[发明专利]一种超疏水细菌纤维素及其绿色制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种超疏水细菌纤维素及其绿色制备方法与应用，属于超疏水功能材料领域。将细菌纤维素水凝胶置于水中溶胀，再浸泡在无水乙醇中，使所述细菌纤维素水凝胶中的水分被无水乙醇替换，得到无水乙醇相的细菌纤维素凝胶；将二氧化硅纳米颗粒分散在无水乙醇中，得到超疏水分散液；将无水乙醇相的细菌纤维素凝胶加入到所述超疏水分散液中，使二氧化硅纳米颗粒与细菌纤维素上的羟基形成氢键，即得到超疏水细菌纤维素。本发明制备的超疏水细菌纤维素表现出优异的超疏水性能，以及抗酸碱盐等液体腐蚀的性能；浸泡超过半年依旧表现出优异的超疏水性能。

技术领域

本发明涉及超疏水功能材料领域，更具体地，涉及一种超疏水细菌纤维素及其绿色制备方法与应用。

背景技术

超疏水材料是指材料表面和水的接触角大于150°，滚动角小于10°的一类功能材料，正因如此，超疏水材料能够正被广泛的应用于防水、防冰、防雾等领域。

将超疏水的纳米颗粒制备成超疏水涂料，并使用超疏水涂料涂敷作为制备超疏水材料最简单快速且低成本的方法，得到了广泛的应用，但是简单的涂敷不能够让超疏水的纳米颗粒很好的黏附在材料表面，使得制备的超疏水材料极容易被外力破坏。为了解决超疏水纳米颗粒黏附的问题，科学家发明了化学气相沉积法和自组装法，制备出超疏水性能较为坚固的超疏水材料，但是制备过程中涉及到的合成工艺复杂，且使用到大量的有机试剂，成本高，且容易造成环境污染。通过光刻技术在材料表面刻蚀出坚固的微观结构可以制备出坚固的超疏水材料，且制备过程不存在化学试剂对环境的污染，但是需要使用到光刻机，成本高。所示，综合来看，目前的超疏水材料无法兼顾坚固的超疏水性能和低廉的成本以及制备过程对环境的友好。

发明内容

本发明解决了现有超疏水材料无法兼顾坚固的超疏水性能和低廉的成本以及制备过程对环境的友好的问题，提供了一种以细菌纤维素为基材，通过将二氧化硅纳米颗粒负载到细菌纤维素纤维网络结构中以解决上述问题，细菌纤维素中的纳米纤维含有大量羟基，能够与氧化硅颗粒形成氢键增强二氧化硅纳米颗粒的附着力，同时细菌纤维素的纳米网络结构能够很好的保护二氧化硅纳米颗粒，防止因为外力而脱落。超疏水细菌纤维素的制备过程只涉及到无水乙醇、二氧化硅纳米颗粒和细菌纤维素三种材料，成本低，制备过程几乎不会造成环境污染。

根据本发明第一方面，提供了一种超疏水细菌纤维素的制备方法，包括以下步骤：

(1)将细菌纤维素水凝胶置于水中溶胀，再浸泡在无水乙醇中，使所述细菌纤维素水凝胶中的水分被无水乙醇替换，得到无水乙醇相的细菌纤维素凝胶；

(2)将二氧化硅纳米颗粒分散在无水乙醇中，得到超疏水分散液；将步骤(1)得到的无水乙醇相的细菌纤维素凝胶加入到所述超疏水分散液中，使二氧化硅纳米颗粒与细菌纤维素上的羟基形成氢键，即得到超疏水细菌纤维素。

优选地，步骤(1)中，将细菌纤维素水凝胶置于沸水中煮胀，以加快细菌纤维素水凝胶溶胀速度。

优选地，所述二氧化硅纳米颗粒尺寸为50±10nm。

优选地，所述超疏水分散液中，二氧化硅纳米颗粒的浓度为1wt％-5wt％。

优选地，步骤(2)中，所述无水乙醇相的细菌纤维素凝胶与所述超疏水分散液的质量比为(0.2-1)：1。

根据本发明另一方面，提供了任一所述制备方法制备得到的超疏水细菌纤维素。

优选地，所述超疏水细菌纤维素的厚度为20-40um。

根据本发明另一方面，提供了所述超疏水细菌纤维素用于超疏水材料的应用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：