一种纳米纤维素基疏油耐油无氟涂料的制备方法及应用

技术领域

本发明属于涂料材料技术领域，特别涉及一种纳米纤维素基疏油耐油无氟涂料的制备方法及应用。

背景技术

防水和防油表面在许多工业应用中具有极大的意义，从防污医疗设备、船舶设备到玻璃的自清洁，以及节能蒸馏和燃料运输领域等等。材料表面能否被润湿主要依据其接触角的大小，当水或油的接触角< 90°时，称为亲水或亲油，当水或油的接触角> 90°时，称为疏水或疏油，当水或油的接触角> 150°时，称为超疏水或超疏油。

随着社会技术的快速发展，疏油材料已经成为人们迫切需要的急需品，尤其是在全国实行“禁塑”的大背景下，开发一种环保、绿色可降解的疏油材料是目前研究的热点之一。通过将疏油涂层涂覆在材料表面，可赋予材料表面优异的疏油耐油性能，是一种简单，快捷，适用范围广且易商业化的渠道。具有疏油耐油性能的涂层就会具有抗污和自清洁的性能，已广泛用于生活和工业的各个领域。

然而，目前大多数疏油涂层都含有表面能较低的氟类有机化合物，所制备的涂层虽具有优异的疏油效果，但氟类化合物是一种剧毒性物质，人体每日摄入量4mg以上会造成中毒，损害健康。饮用水中含氟量超过1ppm，牙齿则会逐渐产生斑点并变脆，饮用水中氟含量超过4ppm时，人易患氟骨病，导致骨髓畸形，一次吞服5~10g则会引起胃肠出血而死亡。因此，开发一种环保环保、绿色可降解的疏油耐油涂层具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种纳米纤维素基疏油耐油无氟涂料的制备方法及应用，利用本发明可制备出绿色环保且不含氟的疏油耐油涂层。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种纳米纤维素基疏油耐油无氟涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）在纳米纤维素悬浮液中加入10%-30%高碘酸钠，并用调节pH值至中性，在40-60℃下避光反应1-5h，过滤、洗涤，得到醛基化改性的纳米纤维素悬浮液；2）往改性的纳米纤维素悬浮液中加入10%-30%绝干质量比的带氨基的多糖聚合物，在40-60℃下搅拌、避光反应1-3h，得到混合均匀的涂料液。

更为优选的是，在步骤1）中，所述高碘酸钠的添加量为20%。

更为优选的是，在步骤1）中，醛基化改性的反应时间为3h，反应温度为50℃。

更为优选的是，在步骤2）中，所述带氨基的多糖聚合物为天然高分子聚合物，包括：甲壳素、壳聚糖、明胶、胶原纤维中的一种或几种。

更为优选的是，在步骤2）中，所述带氨基的多糖聚合物为壳聚糖，添加量为20%。

更为优选的是，在步骤2）中，反应温度为50℃，反应时间为2h。

一种纳米纤维素基疏油耐油无氟涂料的应用，其特征在于，将如上所述的制备方法制得的涂料液均匀涂布在载体表面，涂布厚度为1-5μm。

更为优选的是，利用计量棒来涂布涂料液，在涂料液涂布完成后将物品置于烘箱内进行干燥步骤。

更为优选的是，所述载体为纸张。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对纳米纤维素、带氨基的多糖聚合物进行一定的改性和反应条件控制，使组份间发生Schiff base反应（席夫碱缩合反应）形成化学交联，进而在涂料内部形成稳定的化学键阻止油脂的渗入，从而实现优异疏油耐油的效果。利用本发明制得的纳米纤维素基疏油耐油无氟涂层，由于其组成均为天然高分子聚合物，不含氟类等有毒物质，在自然界中可降解，无毒无公害。

附图说明

图1所示为纳米纤维素与改性纳米纤维素的红外光谱对照图。

图2所示本发明制得的涂层5s后的疏油接触角测试图。

图3所示为本发明制得的涂层3min后的疏油接触角测试图。

具体实施方式

下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

实施例1。

一种纳米纤维素基疏油耐油无氟涂料的制备方法，包括以下步骤：1）在纳米纤维素悬浮液中加入10%的高碘酸钠，并用调节pH值至中性，在40℃下避光反应1h，过滤、洗涤，得到醛基化改性纳米纤维素悬浮液；2）往改性纳米纤维素悬浮液中加入10%绝干质量比的壳聚糖，在40℃下搅拌、避光反应1h，得到混合均匀的涂料液。将上述混合均匀的涂料液，利用计量棒，均匀的涂覆在纸页表面，涂布厚度为1μm；将涂覆完成的纸页在烘箱内进行干燥，利用接触角测量仪，测量其疏油耐油性能，5s后的疏油角为91.0°，其3min后的疏油角为52.6°。

实施例2。

一种纳米纤维素基疏油耐油无氟涂料的制备方法，包括以下步骤：1）在纳米纤维素悬浮液中加入30%的高碘酸钠，并用调节pH值至中性，在60℃下避光反应5h，过滤、洗涤，得到醛基化改性纳米纤维素悬浮液；2）往改性纳米纤维素悬浮液中加入30%的绝干质量比的壳聚糖，在60℃下搅拌、避光反应3h，得到混合均匀的涂料液。将上述混合均匀的涂料液，利用计量棒，均匀的涂覆在纸页表面，涂布厚度为5μm；将涂覆完成的纸页在烘箱内进行干燥，利用接触角测量仪，测量其疏油耐油性能，5s后的疏油角为92.0°，其3min后的疏油角为82.5°。

实施例3。

一种纳米纤维素基疏油耐油无氟涂料的制备方法，包括以下步骤：1）在纳米纤维素悬浮液中加入20%高碘酸钠，并用调节pH值至中性，在50℃下避光反应3h，过滤、洗涤，得到醛基化改性的纳米纤维素悬浮液；2）往改性的纳米纤维素悬浮液中加入20%绝干质量比的壳聚糖，在40-60℃下搅拌、避光反应2h，得到混合均匀的涂料液。将上述混合均匀的涂料液，利用计量棒，均匀的涂覆在纸页表面，涂布厚度为3μm；将涂覆完成的纸页在烘箱内进行干燥，利用接触角测量仪，测量其疏油耐油性能；5s后的疏油角为91.8°，其3min后的疏油角为81.4°（如图2、图3所示）；具有优异的疏油耐油性能。

为更好地体现本发明的进步性，本实施例还对纳米纤维素改性前后的性能进行了检测对比。从图1的红外光谱图可以看出，经本发明改性后，纳米纤维素的透射比在500-4000/cm的波数范围内，透射比显著提升，尤其是在1600/cm的波数处，可明显的看出醛基峰的出现，表明改性非常成功。放大图为光谱的局部放大，为更清楚的看清改性后的峰。

另外， 3min后的疏油角可视为其耐油性，发明中的材料耐油指数均达到最高值12/12。

通过上述原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。