用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法技术

本发明专利技术是一种用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，由纳米纤维素表面原位生成粒径可控的纳米TiO2，通过硬脂酸对使纳米TiO2表面进行疏水改性，无水乙醇为溶剂，十二烷基苯磺酸钠为分散剂。将以纳米纤维素（NCC)为模板改性过的TiO2与PDMS(聚二甲基硅氧烷）复合，经机械共混，热处理得到超疏水涂层。优点：以硬脂酸作为改性剂，还引入了疏水性-CH3基团，降低TiO2/NCC的表面能；聚二甲基硅氧烷与TiO2/NCC复合增加涂层黏附力，并通过与无机纳米粒子的相互作用形成微/纳粗糙结构，弥补TiO2/NCC附着力差的缺点。方法简单，可广泛加入多种涂料中增强其疏水性能，涂膜耐磨性也有一定保障。

【技术实现步骤摘要】
用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法
本专利技术涉及的是一种用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，属于涂层及其改性

技术介绍
水性涂层相比传统的有机涂层，拥有健康、低污染的特点。符合绿色发展的长远道路，有着广阔的应用前景。但却存在耐水性和力学性能差等缺点，专利技术一种新型超疏水性涂层可以很好的克服此缺点。专利CN104448960A公开了一种以硬脂酸处理TiO2/ZnO复合粒子得到超疏水涂层的方法，将ZnO、TiO2、乙醇、十二烷基磺酸钠和去离子水均匀混合,常温磁力搅拌30min后,制得TiO2/ZnO复合粒子；然后将硬脂酸放在无水乙醇中超声充分溶解,最后将溶解后的硬脂酸与TiO2/ZnO复合粒子混合,在45-55℃、pH=3-5的条件下磁力搅拌6h,制得改性疏水性涂层。该方法只是单纯的以无机复合纳米粒子为改性基础，本专利技术以纳米纤维素为模板与诱导剂，在其表面原位生成无机纳米粒子TiO2,在导致疏水性根本原因的微纳粗糙度上制造出一定优势，并且承袭了纳米纤维素高强度与高韧性的特点，提高涂层的力学性能。PDMS的加入也降低了涂层的表面能，增加了涂层的黏附力。为疏水涂层的综合性能提升起到积极的作用。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，其目的旨在针对目前市场上涂层普遍存在耐水性和力学性能差等问题，由纳米纤维素表面原位生成粒径可控的纳米TiO2，通过硬脂酸对使纳米TiO2表面进行疏水改性，无水乙醇为溶剂，十二烷基苯磺酸钠为分散剂。将以纳米纤维素（NCC)为模板改性过的TiO2与PDMS(聚二甲基硅氧烷）复合，经机械共混，热处理得到超疏水涂层。使其具备自清洁功能并且在一定程度上提高涂层耐磨性和延展性等性能。制备工艺简单、不需要复杂昂贵的仪器辅助。本专利技术的技术解决方案：用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，包括如下步骤：用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，包括如下步骤：1）以浓度56％硫酸处理微晶纤维素MCC，重量比例MCC:H2SO4=1：（8.15-9.45）g/ml，酸解温度为45℃，时间为90min-110min；加入去离子水终止酸解反应；2）进行离心洗涤，离心速度6000rpm，时间5min，次数3次-4次；随后进行透析去除酸根离子，70％功率超声处理20min-30min；得纳米纤维素溶液NCC，备用；3）按重量比为V(TiCl4):V(NCC)=1:10的用量将TiCl4缓慢滴入纳米纤维素溶液，70℃下机械搅拌4h-5h；4）加入蒸馏水、无水乙醇、硬脂酸，按加入TiCl4质量8％-8.5％计，70℃下搅拌2h，空气中老化2h-3h；在120℃下烘干，研磨出粉末待用；5）加入去离子水、催化剂氨水和十二烷基苯磺酸钠，按得出粉末质量1％计，超声搅拌20-25min至一定黏度，加入粉末，继续搅拌30min；6）按V(TiCl4):V(PDMS):V(KH550)=1:（0.5-1）:（0.1-0.3）的重量比例，先缓慢加入PDMS，然后加入KH550，继续磁力搅拌，将溶液涂布于基材表面，即得到超疏水涂层。本专利技术的优点：以硬脂酸作为改性剂，因为它表面具有大量的-COOH基团存在，可以与TiO2/NCC的表面-OH发生脱水反应，并且硬脂酸还引入了疏水性-CH3基团，从而降低了TiO2/NCC的表面能；聚二甲基硅氧烷（PDMS)具有较低表面能和化学稳定性，将其与TiO2/NCC复合可以有效增加涂层黏附力，并通过与无机纳米粒子的相互作用形成微/纳粗糙结构，弥补了TiO2/NCC附着力差的缺点。本专利技术的制备方法相对简单，并且可以广泛加入多种涂料中增强其疏水性能，涂膜耐磨性也有一定保障，拥有巨大的市场实用价值。附图说明图1为本专利技术的制备流程图。具体实施方式用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，包括如下步骤：1）以浓度56％硫酸处理微晶纤维素MCC，重量比例MCC:H2SO4=1：（8.15-9.45）g/ml，酸解温度为45℃，时间为90min-110min；加入去离子水终止酸解反应；2）进行离心洗涤，离心速度6000rpm，时间5min，次数3次-4次；随后进行透析去除酸根离子，70％功率超声处理20min-30min；得纳米纤维素溶液NCC，备用；3）按重量比为V(TiCl4):V(NCC)=1:10的用量将TiCl4缓慢滴入纳米纤维素溶液，70℃下机械搅拌4h-5h；4）加入蒸馏水、无水乙醇、硬脂酸，按加入TiCl4质量8％-8.5％计，70℃下搅拌2h，空气中老化2h-3h；在120℃下烘干，研磨出粉末待用；5）加入去离子水、催化剂氨水和十二烷基苯磺酸钠，按得出粉末质量1％计，超声搅拌20-25min至一定黏度，加入粉末，继续搅拌30min；6）按V(TiCl4):V(PDMS):V(KH550)=1:（0.5-1）:（0.1-0.3）的重量比例，先缓慢加入PDMS，然后加入KH550，继续磁力搅拌，将溶液涂布于基材表面，即得到超疏水涂层。所述步骤1）加入去离子水终止反应的重量比为H2SO4:H2O=1:(2.5-3.5)。所述步骤2）透析过程为使用8000-10000分子量的透析袋进行透析，每天换1次水，透析3-4天。所述步骤4）各组分重量配比为，蒸馏水：无水乙醇：硬脂酸=50：（4.5-6.5）：（0.5-1.5）。所述步骤5）各组分重量配比为，去离子水：氨水：十二烷基苯磺酸钠=（35-50）：（0.5-1.5）：0.05。所述步骤5）超声搅拌达到一定的粘度为1.934mm2/s-2.132mm2/s。所述步骤6）加入PDMS后在45℃-55℃下磁力搅拌1.5h-2.5h后再加入KH550，继续磁力搅拌1h-2h。以下结合具体的实施例对本专利技术作进一步描述；实施例1用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，包括如下步骤：一、以微晶纤维素为原料硫酸水解法制备纳米纤维素溶液，具体物料用量比为MCC:H2SO4=1：8.45g/ml,在恒温水浴箱中40℃反应95min。加入体积比为H2SO4:H2O=1:2.5的去离子水终止酸解反应。将样品以6000r/m速度离心5min，倒去上清液，重复操作离心3次，以70％功率超声处理20min。得纳米纤维素溶液(NCC)；二、按V(TiCl4):V(NCC)=1:10的用量将TiCl4缓慢滴入纳米纤维素溶液，70℃下机械搅拌4h；三、加入溶于乙醇的硬脂酸（按加入TiCl4质量8％计），蒸馏水：无水乙醇：硬脂酸=50：4.5：0.8，70℃下搅拌2h，空气中老化2h。在120℃下烘干，研磨出粉末（A)待用；四、然后加入下列组分并且质量比为去离子水：催化剂氨水：分散剂十二烷基苯磺酸钠=35：0.8：0.05，十二烷基苯磺酸钠（按得出粉末质量1％计），超声搅拌20min黏度至1.998mm2/s，加入粉末A，继续搅拌30min；五、按V(TiCl4):V(PDMS):V(KH550)=1:0.8:0.3的比例，先缓慢加入PDMS在45℃下磁力搅拌1.5h，然后加入KH550，继续磁力搅拌1.5h。最后把浸渍提拉完毕的玻璃片在室温下干燥后,130℃烘烤直到涂层充分固化,制得新型纳米超疏水复合涂层。本专利技术的复合涂层与水的静态接触角本文档来自技高网...

【技术保护点】
用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，其特征在于包括如下步骤：1）以浓度56％硫酸处理微晶纤维素MCC，重量比例MCC:H2SO4=1：（8.15‑9.45）g/ml，酸解温度为45℃，时间为90min‑110min；加入去离子水终止酸解反应；2）进行离心洗涤，离心速度6000rpm，时间5min，次数3次‑4次；随后进行透析去除酸根离子，70％功率超声处理20min‑30min；得纳米纤维素溶液NCC，备用；3）按重量比为V(TiCl4):V(NCC)=1:10的用量将TiCl4缓慢滴入纳米纤维素溶液，70℃下机械搅拌4h‑5h；4）加入蒸馏水、无水乙醇、硬脂酸，按加入TiCl4质量8％‑8.5％计，70℃下搅拌2h，空气中老化2h‑3h；在120℃下烘干，研磨出粉末待用；5）加入去离子水、催化剂氨水和十二烷基苯磺酸钠，按得出粉末质量1％计，超声搅拌20‑25min至一定黏度，加入粉末，继续搅拌30min；6）按V(TiCl4):V(PDMS):V(KH550)=1:（0.5‑1）:（0.1‑0.3）的重量比例，先缓慢加入PDMS，然后加入KH550，继续磁力搅拌，将溶液涂布于基材表面，即得到超疏水涂层。...

【技术特征摘要】
1.用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法，其特征在于包括如下步骤：1）以浓度56％硫酸处理微晶纤维素MCC，重量比例MCC：H2SO4=1：(8.15-9.45)，酸解温度为45℃，时间为90min-110min；加入去离子水终止酸解反应；2）进行离心洗涤，离心速度6000rpm，时间5min，次数3次-4次；随后进行透析去除酸根离子，70％功率超声处理20min-30min；得纳米纤维素溶液NCC，备用；3）按体积比为V(TiCl4)：V（NCC）=1：10的用量将TiCl4缓慢滴入纳米纤维素溶液，70℃下机械搅拌4h-5h；4）加入蒸馏水、无水乙醇、硬脂酸，按加入TiCl4质量8％-8.5％计，70℃下搅拌2h，空气中老化2h-3h；在120℃下烘干，研磨出粉末待用；5）加入去离子水、催化剂氨水和十二烷基苯磺酸钠，按得出粉末质量1％计，超声搅拌20-25min至一定黏度，加入粉末，继续搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴燕，于成宁，王晓棠，惠小雨，朱文凯，曹坤丽，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32