一种纳米纤维素基超疏水涂层及其制备方法

本发明涉及超疏水涂层，尤其涉及一种纳米纤维素基超疏水涂层及其制备方法。

背景技术：

1、本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、超疏水涂料表面具有极强的疏水性，水滴接触其表面时会形成球状，迅速滚落而不会停留在表面上；同时由于水滴在超疏水涂料表面上无法停留，因此可以带走表面的尘埃、污垢等杂质，实现自我清洁效果，因此能够用于各种需要保持表面清洁、防水的场合，在建筑涂料、汽车涂装、船舶涂装等领域均有广泛的应用。

3、目前常用的超疏水涂料以含氟超疏水涂料为主，然而，含氟物质环保性差，生产工艺复杂，在生产和使用过程中具有较大的毒性，对环境和人体健康有较大危害。因此，越来越多的研究针对无氟超疏水涂料的开发。

4、专利cn 116856194 a(公开日：2023.10.10)公开了一种纳米纤维素基超疏水涂料及其制备方法，其先采用氯乙酸对纤维素进行接枝反应，然后通过控制不同的调节制备了不同粒径的纳米纤维素，并将其脱水干燥得到粉末后对其进行甲基三甲氧基硅烷疏水改性，最后分散在含聚二甲基硅氧烷、固化剂的四氢呋喃溶液中，得到了超疏水涂料。虽然该专利并未采用含氟改性剂，环保性较好，但其超疏水涂料的制备过程繁琐，涉及多步反应。

5、因此，如何提供一种环保超疏水涂层的简单制备方法是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种纳米纤维素基超疏水涂层及其制备方法，本发明超疏水涂层的制备过程非常简单，而且不涉及含氟改性剂的使用，具有良好的应用前景。

2、第一方面，本发明提供了一种纳米纤维素基超疏水涂层的制备方法，包括如下步骤：

3、a)向纳米纤维素水悬浮液中加入沉淀剂，混合均匀后，离心分离，得到残留有沉淀剂的纳米纤维素沉淀；

4、b)将所述残留有沉淀剂的纳米纤维素沉淀分散到置换溶剂中、离心，重复分散-离心过程1～3次，得到无水纳米纤维素沉淀；

5、c)向所述无水纳米纤维素沉淀中加入聚二甲基硅氧烷、固化剂和溶剂，混合均匀后喷雾到基材表面，即得。

6、优选的，所述纳米纤维素选自纤维素纳米纤丝(cnf)、纳米纤维素晶体(cnc)或球形纳米纤维素(snc)中的一种或多种。

7、优选的，所述纳米纤维素水悬浮液中，纳米纤维素的质量浓度为0.1～10wt％；所述沉淀剂占纳米纤维素水悬浮液的质量分数为0.5～5wt％。

8、优选的，所述沉淀剂选自乙酸钾、氯化锂或丙酸钾中的任意一种；所述置换溶剂选自乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃或乙二醇中的任意一种。

9、进一步的，当沉淀剂为乙酸钾时，置换溶剂选自乙醇、甲醇、四氢呋喃、乙二醇中的任意一种；当沉淀剂为氯化锂时，置换溶剂选自乙醇或丙酮中的任意一种；当沉淀剂为丙酸钾时，置换溶剂选自乙醇。

10、优选的，所述置换溶剂的质量为所述纳米纤维素绝干质量的50～100倍。

11、优选的，步骤a)和步骤b)中的离心转速为5000～12000转/分。

12、优选的，所述无水纳米纤维素沉淀与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:0.5～5。

13、优选的，步骤c)中，所述溶剂选自环己烷或四氢呋喃；所述溶剂质量为聚二甲基硅氧烷质量的10～100倍。

14、第二方面，本发明提供了上述制备方法得到的纳米纤维素基超疏水涂层。

15、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

16、(1)本发明提供的纳米纤维素基超疏水涂层的制备方法非常简单，无需对反应体系进行加热，也无需对纳米纤维素进行预先疏水改性处理，而是在与聚二甲基硅氧烷(pdms)、固化剂及溶剂的混合过程中，使pdms包覆纳米纤维素，而后通过喷雾的方式喷涂到基材表面，即可得到超疏水涂层；本发明的制备方法大幅减少了化学试剂的使用，简化了超疏水涂料的制备流程，降低了超疏水涂层的生产成本；

17、(2)本发明制备的超疏水涂层中，被包覆的纳米纤维素提供微纳结构，pdms提供疏水性，不含有毒性大的化学品，具有良好的环保性；同时制备得到的超疏水涂层具有良好的耐磨擦性能。

技术特征：

1.一种纳米纤维素基超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维素选自纤维素纳米纤丝、纳米纤维素晶体或球形纳米纤维素中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维素水悬浮液中，纳米纤维素的质量浓度为0.1～10wt％；所述沉淀剂占纳米纤维素水悬浮液的质量分数为0.5～5wt％。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂选自乙酸钾、氯化锂或丙酸钾中的任意一种；所述置换溶剂选自乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃或乙二醇中的任意一种。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当沉淀剂为乙酸钾时，置换溶剂选自乙醇、甲醇、四氢呋喃、乙二醇中的任意一种；当沉淀剂为氯化锂时，置换溶剂选自乙醇或丙酮中的任意一种；当沉淀剂为丙酸钾时，置换溶剂选自乙醇。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述置换溶剂的质量为所述纳米纤维素绝干质量的50～100倍。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)和步骤b)中的离心转速为5000～12000转/分。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无水纳米纤维素沉淀与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:0.5～5。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述溶剂选自环己烷或四氢呋喃；所述溶剂质量为聚二甲基硅氧烷质量的10～100倍。

10.如权利要求1～9任一项所述的制备方法得到的纳米纤维素基超疏水涂层。

技术总结本发明公开了一种纳米纤维素基超疏水涂层及其制备方法，属于超疏水涂层技术领域。本发明超疏水涂层的制备方法包括如下步骤：向纳米纤维素水悬浮液中加入沉淀剂，混合均匀后，离心分离，得到残留有沉淀剂的纳米纤维素沉淀；将所述残留有沉淀剂的纳米纤维素沉淀分散到置换溶剂中、离心，重复分散‑离心过程1～3次，得到无水纳米纤维素沉淀；向所述无水纳米纤维素沉淀中加入聚二甲基硅氧烷、固化剂和溶剂，混合均匀后喷雾到基材表面，即得。本发明的制备方法大幅减少了化学试剂的使用，简化了超疏水涂料的制备流程，降低了超疏水涂层的生产成本，所制得的超疏水涂层具有良好的环保性和耐磨擦性能。技术研发人员：王文波,马海龙,孔凡功,王守娟受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）技术研发日：技术公布日：2024/7/4