本发明专利技术提供了一种改性纤维素纳米纤丝溶液及其改性的水性高分子涂料。本发明专利技术通过采用硅烷偶联剂对纤维素纳米纤丝进行改性，硅烷偶联剂与纤维素纳米纤丝产生化学交联，并形成空间位阻的效应，实现了纤维素纳米纤丝在水性高分子涂料中的均匀分散和长期稳定。由本发明专利技术得到的改性纤维素纳米纤丝溶液作为改性剂，与水性高分子涂料为基体物质进行组合，仅需少量的改性纤维素纳米纤丝，得到的改性水性高分子涂层在保证了良好的成膜性和透光率的前提下，漆膜的杨氏模量、硬度和耐磨性质显著增高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米纤维材料
，特别涉及一种改性纤维素纳米纤丝溶液及其改性的水性高分子涂料。
技术介绍
水性高分子涂料是一种用水作为溶剂或分散介质的聚合物涂料，其有机挥发物少，无刺激性气味，环保健康，是涂料市场上一种新型和受欢迎的涂料，被广泛用于家具和室内装饰。随着人们环保意识的不断提高以及环保法规的日趋严格，水性高分子涂料具有良好的市场发展前景。但与传统溶剂型涂料相比，水性涂料在固含量、漆膜强度、硬度、丰满度、耐磨性和光泽度方面较差，需要进行增稠或补强改性。为改善水性高分子涂料的以上不足，除改变涂料配方外，添加填料或纳米材料进行补强也是一个研究热点。将具有优良特性的纳米粒子通过一定的手段分散在涂料中，可以形成聚合物基质的纳米复合涂料，使涂料的一些性能(如硬度、耐磨性和附着力等)得以提高或具备新性能(如抗菌性性、抗紫外等)。目前，用于水性高分子涂料改性的纳米粒子主要是无机纳米相，如纳米金属氧化物(TiO2和SiO2等)、金属纳米粉体(如Al和Ag等)、无机盐类(如CaCO3)和层状硅酸盐等。近期，随着纳米纤维素研究的发展，其应用日趋成为热点，在水性高分子涂料中的应用也引起关注。但现有技术公开的采用纳米纤维素来改性水性涂料的技术方案还仅局限于使用纤维素纳米晶体，如纤维素纳米晶须或纤维素纳米棒。然而，由于纤维素纳米纤丝其自身分散性不好和易团聚，在水性高分子涂料中尚未得到应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改性纤维素纳米纤丝溶液及其改性的水性高分子涂料，本专利技术制备得到的改性纤维素纳米纤丝溶液分散性良好且不易团聚，在不影响涂料的成膜性和透光性的基础上，能更好地增稠和补强水性高分子涂料。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种改性纤维素纳米纤丝溶液，由包括以下重量份数的原料制备得到：硅烷偶联剂 0.01～5份；纤维素原料或其纳米纤丝 0.01～5份；水 80～120份。优选的，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。优选的，所述纤维素纳米纤丝为植物原料的纤维素纳米纤丝，包括木材类纤维素纳米纤丝、竹材类纤维素纳米纤丝、麻类纤维素纳米纤丝、麦草类纤维素纳米纤丝、秸秆类纤维素纳米纤丝和纸浆类纤维素纳米纤丝中的一种或几种；所述纤维素纳米纤丝的直径为1～100nm，长度大于等于500nm，长径比大于等于200。优选的，所述原料包括0.08～0.48份的硅烷偶联剂。本专利技术提供了一种所述的改性纤维素纳米纤丝溶液的制备方法，包含如下步骤：对包括硅烷偶联剂、纤维素纳米纤丝和水的混合液进行改性处理，得到改性纤维素纳米纤丝溶液。本专利技术提供了另一种所述的改性纤维素纳米纤丝溶液的制备方法，包含如下步骤：对包括硅烷偶联剂、纤维素原料和水的混合液进行开纤处理，得到纤维素纳米纤丝溶液；对所述纤维素纳米纤丝溶液进行改性处理，得到改性纤维素纳米纤丝溶液。优选的，所述开纤处理的时间为10～50分钟；所述改性处理的时间为1～5小时。本专利技术提供了所述的改性纤维素纳米纤丝溶液或者所述制备方法得到的改性纤维素纳米纤丝溶液作为水性高分子涂料改性剂的应用。本专利技术还提供了一种改性水性高分子涂料，以所述的改性纤维素纳米纤丝溶液或者所述制备方法得到的改性纤维素纳米纤丝溶液作为改性剂，水性高分子材料作为基体物质；所述改性纤维素纳米纤丝溶液与水性高分子材料的质量比为(1～50):100。优选的，所述水性高分子涂料为水性丙烯酸聚氨酯涂料、水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料、水性醇酸涂料、水性环氧树脂涂料或水性聚酯涂料。本专利技术提供了一种改性纤维素纳米纤丝溶液，由包括以下重量份数的原料制备得到：硅烷偶联剂0.01～5份；纤维素原料或其纳米纤丝0.01～5份；水80～120份。本专利技术通过采用硅烷偶联剂对纤维素纳米纤丝进行改性，硅烷偶联剂与纤维素纳米纤丝产生化学交联，并形成空间位阻的效应，实现了纤维素纳米纤丝在水性高分子涂料中的均匀分散和长期稳定。本专利技术以没有添加硅烷偶联剂的纤维素纳米纤丝水溶液作为对比例，对本专利技术得到的纤维素纳米纤丝的分散性和溶液稳定性进行了研究。实验结果表明，对比例纤维素纳米纤丝溶液静置24小时左右时会出现分层现象，纤维素纳米纤丝及其聚集体会沉积在溶液底部。而本专利技术得到的纤维素纳米纤丝溶液却保持了非常好的分散性和稳定性，在静置放置了6个月之后依然未发现分层和团聚现象。本专利技术还提供了一种改性水性高分子涂料，由本专利技术得到的改性纤维素纳米纤丝溶液作为改性剂，与水性高分子涂料为基体物质进行组合，仅需少量的添加改性纤维素纳米纤丝溶液，得到的改性水性高分子涂层在保证了良好的成膜性和透光率的前提下，涂层的杨氏模量、硬度和耐磨性质显著增高。实验结果表明，本专利技术实施例得到的改性水性高分子涂料黏度和玻璃化转变温度均显著增高，其中黏度最高能够达到280mPa·s，玻璃化转变温度最高能够达到140.36℃；在保证了良好的透光率的前提下，涂层的杨氏模量显著增高，最高能够达到499.15MPa；涂层的硬度和耐磨性质显著增高，其中硬度最高能够达到4H，最低耐磨量仅仅为4.3mg。具体实施方式本专利技术提供了一种改性纤维素纳米纤丝溶液，由包括以下重量份数的原料制备得到：硅烷偶联剂 0.01～5份；纤维素原料或其纳米纤丝 0.01～5份；水 80～120份。本专利技术提供的改性纤维素纳米纤丝溶液包含0.01～5份硅烷偶联剂，优选为0.05～0.3份，更优选为0.08～0.48份。在本专利技术中，所述硅烷偶联剂优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792)和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH602)中的一种或几种，具体的可以为一种、两种、三种、四种或五种。本专利技术对所述硅烷偶联剂的来源没有特殊要求，具体的可以为上述种类的硅烷偶联剂的市售产品。本专利技术提供的改性纤维素纳米纤丝溶液包含0.01～5份纤维素原料或其纳米纤丝，优选为0.05～0.3份，更优选为0.1～0.8份。在本专利技术中，所述纤维素纳米纤丝优选为植物原料的纤维素纳米纤丝，具体的包括木材类纤维素纳米纤丝、竹材类纤维素纳米纤丝、麻类纤维素纳米纤丝、麦草类纤维素纳米纤丝、秸秆类纤维素纳米纤丝和纸浆类纤维素纳米纤丝中的一种或几种。在本专利技术中，所述纤维素纳米纤丝的直径优选为1～100nm，更优选为2～80nm，最优选为3～10nm；所述纤维素纳米纤丝的长度优选大于等于500nm，更优选的大于等于800nm，最优选的大于等于1000nm；所述纤维素纳米纤丝的长径比优选大于等于200，更优选大于等于300，最优选的大于等于500。本专利技术对所述纤维素的来源没有本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改性纤维素纳米纤丝溶液，由包括以下重量份数的原料制备得到：硅烷偶联剂 0.01～5份；纤维素原料或其纳米纤丝 0.01～5份；水 80～120份。
【技术特征摘要】
1.一种改性纤维素纳米纤丝溶液，由包括以下重量份数的原料制备得到：硅烷偶联剂 0.01～5份；纤维素原料或其纳米纤丝 0.01～5份；水 80～120份。2.根据权利要求1所述的改性纤维素纳米纤丝溶液，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的改性纤维素纳米纤丝溶液，其特征在于，所述纤维素纳米纤丝为植物原料的纤维素纳米纤丝，包括木材类纤维素纳米纤丝、竹材类纤维素纳米纤丝、麻类纤维素纳米纤丝、麦草类纤维素纳米纤丝、秸秆类纤维素纳米纤丝和纸浆类纤维素纳米纤丝中的一种或几种；所述纤维素纳米纤丝的直径为1～100nm，长度大于等于500nm，长径比大于等于200。4.根据权利要求1所述的改性纤维素纳米纤丝溶液，其特征在于，所述原料包括0.08～0.48份的硅烷偶联剂。5.权利要求1～4任意一项所述的改性纤维素纳米纤丝溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：于海鹏，谭瑶，刘永壮，陈文帅，刘一星，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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