一种超疏水纤维素纤维材料及其制备方法与应用

本发明涉及功能纺织品，具体涉及一种超疏水纤维素纤维材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、超疏水是指表面上水的接触角大于150°的润湿状态，当材料表面对水的接触角超过150°，称之为超疏水表面。在自然界中就有很多超疏水的现象，例如荷叶等植物的表面、蝴蝶等昆虫的翅膀等，水滴可以在超疏水表面自由滚动，并将附着在超疏水表面的污染物带走，起到清洁的效果。超疏水表面得益于其特殊的表面性能，广泛应用于防污、自清洁、防冰、防腐蚀、水油分离等各个领域。受天然荷叶的启发，研究人员已经认识到蜡和微尺度的共存是实现超疏水表面的关键，即具有低表面能和微纳米结构的材料可用于创建超疏水表面。脆弱的微纳结构使超疏水表面难以拥有持续的超疏水稳定性，因此需要增强超疏水表面与基材之间的附着力。

2、纤维素纤维材料具有价格低廉、手感柔软、良好的吸湿性以及透气性等特点，是使用最为广泛的天然纤维面料。因为纤维素纤维表面含有大量的羟基，所以其亲水性较强、容易染色的同时也带来极多的问题，例如受污渍污染难以清洗、容易霉变、滋生细菌等，这些问题都使纤维素纤维材料的应用受到了极大地限制。给纤维素纤维材料表面附着一层超疏水涂层可以赋予纤维素纤维材料自清洁的效果，极大地改善易污染以及易霉变的问题，但是超疏水涂层脆弱的微纳结构以及超疏水涂层与纤维素纤维材料之间较差的附着力使其很容易脱落，极大的影响超疏水纤维素纤维材料的效果。目前常用的纤维素纤维材料表面疏水改性的材料往往缺乏与纤维素纤维材料之间的稳定的共价连接并进一步导致超疏水性能不稳定，如超疏水剂二甲基硅氧烷(pdms)与织物结合力较弱，制备的超疏水纺织品的耐久性较差；现有技术使用的低表面能物质含有氟化合物对环境和人体都有害，因此亟需开发一种易操作且稳定性强的超疏水纤维素纤维材料的制备方法。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明的首要目的是提供一种超疏水纤维素纤维材料的制备方法，将具有疏水作用的高密度网络以共价键的形式接枝在纤维素纤维材料的表面，可以提高超疏水纤维素纤维材料的耐强酸、摩损、紫外线、热等性能。

2、本发明的进一步目的是提供一种由上述方法制备得到的超疏水纤维素纤维材料。

3、本发明的第三个目的是提供一种上述超疏水纤维素纤维材料在制备功能纺织品上的应用。

4、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

5、本发明第一方面提供了一种超疏水纤维素纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

6、s1.将甲基丙烯酸缩水甘油酯、具有支化结构的硫醇类化合物和含双键聚硅氧烷单体溶于有机溶剂中，在有机碱的催化下发生迈克尔加成反应，得到有机硅改性环氧树脂溶液；

7、s2.在s1得到的有机硅改性环氧树脂溶液中加入含氨基固化剂、含氨基硅烷偶联剂和疏水性纳米颗粒，得到混合溶液；

8、s3.将纤维素纤维材料浸渍于s2得到的混合溶液中，进行热固化处理后得到所述超疏水纤维素纤维材料。

9、本发明将具有环氧基团的甲基丙烯酸缩水甘油酯和长链的硅氧烷疏水基团引入同一分子中得到有机硅改性环氧树脂，因此该有机硅改性环氧树脂同时具有高化学反应性和低表面能。同时，氨基固化剂的氨基与合成的有机硅改性环氧树脂里的环氧基团在加热条件下开环反应，使得环氧基团在氨基固化剂固化后形成坚固的高交联网络，可以极大提高基材与涂层之间的粘合强度，从而提高涂层的机械性能。此外，通过引入疏水性纳米颗粒制备超疏水涂层，引入含氨基硅烷偶联剂充当连接有机材料-无机材料的分子桥，进一步增强该涂层的机械性能。本发明制备超疏水纤维素纤维材料的方法，可以在无需复杂设备、无需复杂工艺的情况下制备耐强酸、摩擦、紫外线、热等性能的超疏水纤维素纤维材料。

10、进一步地，所述纤维素纤维材料为棉织物、纸、粘胶、莫代尔或莱赛尔。

11、进一步地，所述有机硅改性环氧树脂溶液中有机硅改性环氧树脂的质量分数为20％～30％，优选为25％。

12、进一步地，步骤s1中，所述具有支化结构的硫醇类化合物为季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)。

13、进一步地，步骤s1中，所述含双键聚硅氧烷单体为单丙烯酸酯封端聚硅氧烷或单甲基丙烯酸酯封端聚硅氧烷。

14、进一步地，步骤s1中，所述有机溶剂为四氢呋喃、三氯甲烷和丙酮中的一种或多种；所述有机碱为三丁基膦、三苯基膦和二甲基苯基膦中的一种或多种。

15、进一步地，步骤s1中，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯、具有支化结构的硫醇类化合物和含双键聚硅氧烷单体的摩尔比为(0.1～5):(0.03～2):(0.03～2)，优选为3:1:1。

16、进一步地，所述迈克尔加成反应在20～30℃下进行，优选在25℃下进行。

17、进一步地，步骤s2中，所述含氨基固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种或多种。

18、进一步地，步骤s2中，所述含氨基硅烷偶联剂为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

19、进一步地，步骤s2中，所述疏水性纳米颗粒为二氧化钛、二氧化硅和碳黑纳米颗粒中的一种或多种。

20、进一步地，步骤s2中，所述含氨基固化剂、含氨基硅烷偶联剂和疏水性纳米颗粒的质量比为(1～4):1:(4～16)。

21、进一步地，步骤s2中，所述疏水性纳米颗粒与有机硅改性环氧树脂的质量百分比为10％～40％。

22、进一步地，步骤s2中，还包括将混合溶液超声分散均匀的步骤。

23、进一步地，步骤s3中，所述纤维素纤维材料经过预处理，预处理包括以下步骤：将纤维素纤维材料依次用去离子水、乙醇进行超声处理，在每种溶剂中分别清洗20～30分钟，清洗结束后进行干燥处理得到所述预处理的纤维素纤维材料。

24、进一步地，步骤s3中，所述热固化处理的温度为50～150℃。

25、本发明第二方面提供了第一方面所述的方法制备得到的超疏水纤维素纤维材料。

26、本发明第三方面提供了第二方面所述的超疏水纤维素纤维材料在制备功能纺织品中的应用。

27、本发明的有益效果：

28、本发明对纤维素纤维材料进行超疏水整理后，由疏水纳米颗粒提供粗糙度，高密度疏水交联网络降低了纤维素纤维材料的表面能，以引入硅烷偶联剂以及环氧基团这两种方式增加涂层与纤维素纤维材料之间的结合力，从而达到增强超疏水稳定性的效果，最终制备得到耐强酸、磨损、紫外线、热等性能的超疏水纤维素纤维材料。

技术特征：

1.一种超疏水纤维素纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述具有支化结构的硫醇类化合物为季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)；所述含双键聚硅氧烷单体为单丙烯酸酯封端聚硅氧烷或单甲基丙烯酸酯封端聚硅氧烷。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述有机溶剂为四氢呋喃、三氯甲烷和丙酮中的一种或多种；所述有机碱为三丁基膦、三苯基膦和二甲基苯基膦中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述含氨基固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述含氨基硅烷偶联剂为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述疏水性纳米颗粒为二氧化钛、二氧化硅和碳黑纳米颗粒中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述含氨基固化剂、含氨基硅烷偶联剂和疏水性纳米颗粒的质量比为(1～4):1:(4～16)。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述疏水性纳米颗粒与有机硅改性环氧树脂的质量百分比为10％～40％。

9.权利要求1～8任意一项所述的方法制备得到的超疏水纤维素纤维材料。

10.权利要求9所述的超疏水纤维素纤维材料在制备功能纺织品上的应用。

技术总结本发明提供一种超疏水纤维素纤维材料及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：将甲基丙烯酸缩水甘油酯、具有支化结构的硫醇类化合物和含双键聚硅氧烷单体溶于有机溶剂中，在有机碱的催化下发生迈克尔加成反应，得到有机硅改性环氧树脂溶液；S2.在有机硅改性环氧树脂溶液中加入含氨基固化剂、含氨基硅烷偶联剂和疏水性纳米颗粒，得到混合溶液；S3.将纤维素纤维材料浸渍于混合溶液中，进行热固化处理后得到所述超疏水纤维素纤维材料。本发明制备得到的超疏水纤维素纤维材料以引入硅烷偶联剂以及环氧基团这两种方式增加涂料与纤维素纤维材料之间的结合力，提高了超疏水纤维素纤维材料的耐强酸、磨损、紫外线、热等性能。技术研发人员：张丹,赵增第,吴赟,刘世奇受保护的技术使用者：江南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13