[发明专利]一种纳米纤维素基超疏水涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素基超疏水涂料及其制备方法。该方法包括以下步骤：（1）首先将纳米纤维素悬浮液制备成微细水珠，然后通过固气相分离方法将水珠中的水分去除，保留下来的纳米纤维素形成微米级颗粒，同时纳米纤维素在颗粒表面堆积成许多纳米尺度的折叠结构，最终得到类似玫瑰花瓣结构的纳米纤维素基微纳颗粒；（2）将纳米纤维素基微纳颗粒与表面改性剂及有机溶剂混合制备成涂料A液；（3）将交联剂与有机溶剂混合制备成涂料B液；（4）将A液与B液混合，得到纳米纤维素基超疏水涂料。该涂料涂覆于纸张所得涂层的防水性能突出，静态接触角高达157°，滚动角在10°之内，附着性和耐酸性能优异，具有突出的自清洁特性。

技术领域

本发明涉及超疏水涂料技术领域，具体涉及一种纳米纤维素基超疏水涂料及其制备方法。

背景技术

自然界中存在许多的超疏水现象，其中最为人们熟知的是“荷叶效应”。研究人员通过实验研究发现，荷叶表面上具有微米级的乳突，在这乳突上“长满”了纳米级尺寸的蜡状物质。这些微米与纳米物质构成了微纳粗糙结构，而蜡状物质提供了所需要的低表面能，在这两者的共同作用下形成了超疏水现象。除了荷叶表面，自然界中还有一些植物的叶子（如水稻）、花卉（如玫瑰花瓣）等都具有很好的超疏水特性。这些植物的表面结构都存在一个共同点：表面都具有微纳粗糙结构及低表面能物质。通过对玫瑰花瓣进行研究后发现在玫瑰花瓣的表面上存在着层次分明的微米尺度的乳突，而在这些微米乳突的表面上覆盖有许多纳米尺度的折叠结构（层状的微乳突和纳米褶皱）。这些微米结构和纳米结构提供了足够的粗糙度来赋予玫瑰花超疏水性能。

随着人们针对超疏水材料更深层次的研究，总结出了制备超疏水材料的方法：构建微纳结构和低表面能修饰。尤其是近年来，纳米技术的不断发展为制备仿生超疏水性表面提供了强大的技术支持。许多仿生超疏水性表面的制备方法相继被报道，如相分离法、溶胶-凝胶法、激光或化学刻蚀法、模板法、升华法等。如果体系中的其中一相（液相或固相）能够通过挥发或溶剂溶解等方法移除，而另一固态相被保留，那么在这一过程中保留下来的固态相就有可能形成一个多层次的固体结构。

发明内容

本发明旨在提供一种纳米纤维素基超疏水涂料及其制备方法。该超疏水涂料以纳米纤维素为原料制备微纳颗粒来提供超疏水所需的粗糙表面，由表面改性剂提供超疏水所需要的低表面能，同时由交联剂提高涂层的稳定性。制备得到的涂层具有良好的超疏水性能及自清洁性能，且具有较好的耐磨性。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种纳米纤维素基超疏水涂料的制备方法，包括以下过程：

1）采用不同制备方法得到的纳米纤维素作为原料；

2）采用不同纳米纤维素重构微纳粗糙结构；

3）采用纳米纤维素微纳颗粒提供超疏水所需的微纳多层次结构；

4）采用不同的表面改性剂来获得低表面能；

5）采用不同的交联剂来提高涂料的稳定性。

一种纳米纤维素基超疏水涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）首先通过注射器将纳米纤维素悬浮液制备成微细水珠，然后通过固气相分离方法将水珠中的水分去除，保留下纳米纤维素的固体相，保留下来的纳米纤维素形成微米级颗粒，同时纳米纤维素在颗粒表面堆积形成许多纳米尺度的折叠结构，最终得到类似玫瑰花瓣结构的纳米纤维素基微纳颗粒；

（2）将纳米纤维素基微纳颗粒与表面改性剂及有机溶剂混合制备成涂料A液；

（3）将交联剂与有机溶剂混合制备成涂料B液；

（4）将A液与B液混合，得到纳米纤维素基超疏水涂料。

优选的，步骤（1）所述纳米纤维素悬浮液由酸水解法或TEMPO氧化法制备得到，浓度为0.1 wt%-1.0 wt%。