[发明专利]一种纳米纤丝纤维素表面疏水改性方法

说明书

本发明要求保护一种纳米纤丝纤维素表面疏水改性方法，其通过在纳米纤维素表面接枝烯基琥珀酸酐或烷基烯酮二聚体，取代部分羟基、羧基等亲水性基团，从而达到改变纳米纤维表面能的目的，使其由超亲水转变为疏水，最终能够拓展其应用领域。该工艺过程操作简单，成本低廉，效果显著。

技术领域

本发明涉及纳米纤维素领域，更具体地是一种利用造纸法反应型施胶剂对纳纤维素表面进行疏水化改性。

背景技术

纳米纤维素包括纳米纤化纤维素和纳米结晶纤维素，其是一种从植物纤维素分离得到的直径为5-20nm，长度几百纳米至几十微米的丝状纤维素纤维。纳米纤维素作为一种新型纳米纤维材料，其不仅具有纤维素的特性，更具有纳米材料的诸多特性，如巨大的比表面积、较高的杨氏模量、超强的吸附能力和高的反应活性，使其与普通纤维素的性质有很大差异，因此备受国内外的研究者们的青睐。近年来纳米纤维素凝胶及纤维的应用研究较多，例如食品、涂料、日化、药物缓释、可降解水凝胶、精细化工及高强度纳米材料等行业和领域。

目前纳米纤维素常用的制备主要是以辅助生物(酶处理)，化学预处理(TEMPO氧化，阳离子化等)等前期预处理将纤维润胀，而后经高压均质机均质剪切得到凝胶状的纳米纤维素。纳米纤维素巨大的比表面积、表面丰富的羟基含量，以及纳米纤维素制备过程中的亲水改性，使得纳米纤维素表现出优异的亲水性，通常1％时即成透明凝胶(纳米纤维素凝胶)，浓度大多为4％以下，使得所生产出来的纳米纤维素具有共同的特性，凝胶性，通常未改性的纳米纤维素凝胶为白色乳状，羧基改性或阳离改性后的纳米纤维素均为半透明或透明的凝胶。

超亲水的纳米纤维素凝胶具有超强的保水能力(通常含水量大于95％)，将纳米纤丝纤维素凝胶的应用限制在亲水性领域，使其无法在油性或非水溶剂中分散，因而很难将纳米纤维素应用于材料行业的加工成型。为了扩展纳米纤维素的应用领，使其成为一种理想的成型塑造材料，对应的表面功能化修饰变得不可避免。另外，纳米纤丝纤维素其突出的物理化学特性使其成为理想的材料用于代替石油产品基高分子合成材料，巨大的应用前景促进了表面功能化修饰，因此研究纳米纤丝纤维素的疏水改性表变得尤为重要。

纳米纤维素作为一种新型的纳米材料，近年来，其应用领域的研究不仅局限在凝胶领域，国内的研究者将纳米纤维素纤维作为特殊的功能材料，将其应用于汽车、航空、结构等材料，然而在材料中应用的前提是先将纳米纤维素纤维从凝胶状中提取出来，同时需通过化学手段改变纳米纤维素的表面特性才能将其后添加到材料加工。目前已报到的纳米纤维素的疏水改性方法主要为酯化改性、硅烷偶联剂改性。例如，专利(申请号：201610993865.1)公开了一种利用硅烷偶联剂改性制备疏水性纳米纤维素；专利(申请号：201710667227.5)公开了一种高效的硅烷改性纳米纤维素的方法，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纳米纤维素，可选用的硅烷化试剂种类广泛，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。专利(申请号：201710000299.4)公开了一种利用丙烯酰胺对纳米纤维素进行改性，得到疏水纳米纤维素。专利(申请号：201510555794.2)公开了一种将单体苯乙烯接枝到纤维素纳米晶体的表面的纳米纤维素。而对于烷基烯酮二聚体和烯基琥珀酸酐对纳米纤维素的疏水改性则尚无报道，仅有专利CN104499361B公开了一种含有纳米微晶纤维素的AKD施胶剂、制备方法及其用途。

本发明利用造纸行业常用的施胶剂(疏水物质)对纳米纤维素进行表面疏水改性，通过在纳米纤丝纤维素/微纤化纤维素表面接枝疏水基团，改变其表面能使其能够分散于非水体系，使其能够应用于复合材料加工等领域。

发明内容

本发明的目的为通过化学修饰/接枝的手段将具有造纸反应型施胶剂接枝在纳米纤维素表面，取代纳米纤维素表面部分羟基、羧基等亲水性基团，从而达到改变纳米纤维表面能的目的，使其由超亲水转变为疏水，最终能够拓展其应用领域。该工艺过程操作简单，成本低廉，效果显著。

为实现本发明的目的，所采用的技术方案为：