[发明专利]一种纤维素的疏水改性方法

说明书

本发明公开了一种纤维素的疏水改性方法。将纤维素膜置于干燥器中，于干燥器底部放置一小型敞口容器，其中加入5~10 mL硅烷化试剂，将干燥器抽成真空状态，放入烘箱中加热一段时间即得到疏水改性的纤维素膜。该法充分利用化学气相沉积方法，通过原位反应一步法直接制备得到疏水改性的纤维素膜，可选择的硅烷化试剂广泛，无溶剂污染、无须复杂的后处理过程，并且可保持材料原有的优良性质。此外，本方法同样适用于其它纤维素材料如滤纸、微晶纤维素、天然纤维和再生纤维素纤维。本发明制备工艺简单，无环境污染，成本低，安全可生物降解，可用于化工、食品、环保、纺织、医用领域中的分离、蒸发渗透、离子交换及防水包装材料及医用材料。

技术领域

本发明属于天然高分子领域，特别涉及一种纤维素的疏水改性方法。

背景技术

近来，全世界对可持续发展问题的关注日益增长，环保且可生物降解性天然高分子的应用越来越广泛，涉及到纺织、轻工、化工、国防、石油、医药、生物技术、环境保护、能源和生物科学等领域。纤维素是自然界中最为丰富的可再生生物质资源，可以转化为再生材料包括丝、膜、水凝胶、气凝胶、生物塑料、杂化材料和高性能材料。纤维素的基础和应用研究有利于促进生物质材料的应用，并且对全球经济的发展和社会进步起不可估量的作用。

其中，再生纤维素薄膜由于其低成本，透明性，良好的机械性能和生物可降解性有可能替代一些石油基塑料。然而，再生纤维素膜显示出差的耐水性。因此，为了进一步的商业应用，改善纤维素薄膜的疏水性是极其重要的。文献（ACS Appl. Mater. Interfaces2013, 5, 585−591 ）首先制备纤维素/硬脂酸复合凝胶，再热压制备纤维素/硬脂酸薄膜，通过调控硬脂酸的结晶度来促使再生纤维素表面及内部界面中粗糙结构的构建，这种粗糙表面可捕捉大量空气从而形成高疏水性。文献（ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6,5726−5734）首先通过浸涂将聚氨酯丙烯酸酯预聚物引入多孔的纤维素基质中，在紫外光下聚氨酯丙烯酸酯预聚物相互连接在纤维素周围固化，形成疏水聚合物壳将纤维素包裹形成疏水性纤维素膜。文献（ACS Sustainable Chem. Eng. 2016, 4, 6409−6416 ）首先将块状微纤化纤维素浸渍在乙醇/甲基三乙氧基硅烷溶液中，通过真空干燥得到超疏水且亲油的微纤化纤维素气凝胶。文献（Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 510–517）首先利用冷冻干燥得到纳米纤维素气凝胶，通过化学气相沉积的方法在气凝胶的骨架上制备厚度约7 nm的均一的TiO₂涂层；称重显示TiO₂涂覆的气凝胶样品在浸渍时基本上不吸水，达到较好的疏水效果。以上已报道的几种制备疏水性纤维素材料的方法，通过共混、液相化学改性、表面涂层等方式来实现，步骤繁琐，并且难以保留材料原本的优良性质，后处理工艺复杂，制备成本较高，难以实现规模化生产。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种充分利用化学气相沉积法，采用原位一步反应制备疏水改性的纤维素材料的方法，其制备工艺简单，无环境污染，且成本低。

本发明实现上述目的的技术方案如下：

第一方面，提供一种纤维素的疏水改性方法，将纤维素材料置于干燥器中，于干燥器底部放置一小型敞口容器，其中加入5~10 mL有机硅烷化试剂，抽真空使干燥器真空状态，放入烘箱中加热，加热温度为40 - 120℃，加热时间为10 min – 24 h，即得到疏水改性的纤维素膜。

优选地，所述有机硅烷化试剂为六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷等有机硅烷试剂。

优选地，所述纤维素材料包括商品化纤维素膜（玻璃纸），定性滤纸，纤维素氨基甲酸酯，NaOH/尿素体系、LiOH/尿素体系、铜氨法以及其它体系所制备的纤维素膜。

优选地，所述纤维素材料为微晶纤维素、天然和再生的纤维素纤维。