[发明专利]疏油疏水/亲水功能自转换纤维素涂层材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能纤维素涂层材料，特别是一种疏油疏水/亲水功能自转换纤维素涂层材料的制备方法。

背景技术

随着世界经济迅猛发展，石油、煤矿、天然气等不可再生资源的日趋耗竭和环境污染的日益严重，以纤维素为基础的农林生物质资源开发利用正逐渐成为世界范围内的科学家们研究的热点，已广泛应用于在食品、制浆造纸、功能复合材料等诸多领域，许多发达国家已将农林生物质资源的开发与利用作为国家重大战略发展的考虑，在我国也明确将农林生物质综合开发与利用作为国家中长期科学和技术发展规划中的重点发展领域。因此，高效开发与利用农林生物质资源符合当前科技导向和社会经济发展的需要。

纤维素分子链以其特殊的两侧化学结构（C2,C3‐OH和C6‐OH），成为制备两性材料最具有潜力的天然化合物。因此，如何对纤维素分子链进行分子修饰和功能化组装制备两性功能材料，已引起国内外科学家的广泛关注，成为当前世界纤维素化科学研究的前沿和热点问题。为此，国内外研究人员开展了相关研究，取得了许多重要的科研成果。国外研究人员也展开了相关的研究工作，如Hwang等以干状羟乙基纤维素衍生物为原料在NaOH溶液中与甲苯磺酸多聚氟化反应，制备疏油疏水的两性功能材料。Guittard等用化学合成的方法将全氟辛酰氯化学连接在羟丙甲纤维素HPC制备两性氟化纤维素化合物。Cunha等通过可控非均相改性的方法，以五氟苯甲酰氯氟化细菌纤维素制备超疏水的氟化纤维素化合物材料，他们也在甲苯溶液中采用3，3，3‐三氟丙酰氯对纤维素进行表面改性，其获得较好的抗水和抗酯性能。则通过原子转移自由基聚合表面接枝和后期改性处理的方法嫁接环氧丙基‐甲基丙烯酸酯到过滤纸纤维素表面上制备超疏水自清洁纤维，后期处理中则采用嫁接多聚二甲矽氧、全氟分子链或烷基的方法进行表面处理，研究表面材料具有自清洁功能。上述研究基本上是在传统溶剂（如DMFc、NaOH/尿素、LiCl/DMAc）介质下进行纤维素分子链的非均相或均相改性，将一些功能基团嫁接在纤维素分子链C2,C3,C6上，还不能进行有效的选择性改性，以制备具有特定化学结构的两性功能材料或化合物。而目前有关研究则是采用非均相方法石化类有机高分子为载体，将两种不同的疏水亲水性基团化学连接，而这种制备方法得到的产品产率低，且会造成了严重的环境污染。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术存在的问题，提供一种在外界湿度变化的情况下，可实现疏油疏水/亲水功能自转换纤维素涂层材料的制备方法。

本发明通过对天然纤维素分子链进行深度加工，将2种功能不同的疏油疏水、亲水性基团分别化学连接在分子链上，赋予分子链2个不同的功能表现。疏油功能基团主要是含有1‐20个氟元素的化合物。亲水性功能基团是含有羧基基团。本发明利用纤维素涂层在外界湿度变化的情况下，纤维素分子链两侧疏油、亲水基团因化学空间位置的变化而导致涂层表面张力的变化，从而实现纤维素涂层材料的疏油疏水/亲水功能自转换功能。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种疏油疏水/亲水功能自转换纤维素涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）以重量份数计，将1‐3份纤维素加入到20‐25份离子液体中，60‐100℃温度条件下溶解，加入6‐10份三苯甲基氯和9‐15份嘧啶催化剂，在Ar气氛条件下，升温至70‐100℃保持5‐10h进行C₆上三苯甲基取代反应，冷却至室温，将反应混合物注入甲醇溶液，并通过用甲醇反复洗涤和过滤，真空干燥得到反应产物一；所述离子液体为1‐丁基‐3烷烃咪唑氯盐、1‐烯丙基‐3烷烃咪唑氯盐或亚磷酸氢盐烷基咪唑化合物；

（2）将纤维素质量5‐8%的甲基氯代乙酸钠加入反应产物一的二甲基亚砜溶液中，在60‐100℃下搅拌反应20‐72h，反应完成后降至室温，将所得到的溶液注入甲醇溶液中，并用质量浓度为10‐12%稀醋酸中和后，再采用乙醇洗涤，真空干燥得到反应产物二；

（3）以重量份数计，将1‐3份反应产物二在室温条件下分散于15份乙醇溶液中，滴加1‐5份浓盐酸，反应20‐30h后，洗涤，在下真空干燥得到反应产物三；