一種疏水性納米纖維素氣凝膠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣凝膠的制備方法，特別涉及一種疏水性納米纖維素氣凝膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠是一類由無(wú)機(jī)或有機(jī)分子相互聚結(jié)形成的具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固態(tài)材料。具有納米級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)和高孔隙率等特點(diǎn)，是目前所知密度最小的固體材料之一。因其密度低，熱導(dǎo)率低，孔隙率高，比表面積大，在實(shí)際應(yīng)用中，氣凝膠材料有著十分廣闊的應(yīng)用前景，可以作為隔熱保溫材料、隔音材料、催化劑載體、吸附材料等。
[0003]纖維素氣凝膠是近年發(fā)展起來(lái)的一類新型氣凝膠材料。纖維素是地球上儲(chǔ)量豐富的綠色可再生資源，纖維素氣凝膠除了具有傳統(tǒng)氣凝膠材料的諸多優(yōu)點(diǎn)外，還具有韌性好、易加工、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)可控、來(lái)源豐富可再生、良好的生物相容性和可降解性等無(wú)機(jī)氣凝膠無(wú)法比擬的特性，因此纖維素氣凝膠成為一類應(yīng)用前景廣闊、極具開(kāi)發(fā)價(jià)值的新材料。
[0004]現(xiàn)有的纖維素氣凝膠是利用纖維素分子在超微結(jié)構(gòu)層面上的氫鍵連接而形成的多孔構(gòu)，而纖維素上的許多羥基無(wú)法形成有效的氫鍵作用，使得纖維素氣凝膠的力學(xué)強(qiáng)度低，易碎。
[0005]常用的纖維素氣凝膠制備工藝主要采用溶液再生法，即先以纖維素的良溶劑如強(qiáng)堿或離子液體溶解纖維素，而后在水溶液、醇溶液、堿溶液或離子液體溶液中再生，經(jīng)溶劑置換和干燥后得到纖維素氣凝膠。纖維素氣凝膠常采用冷凍干燥或超臨界干燥工藝，制備周期長(zhǎng)，成本高，工藝復(fù)雜，且需要價(jià)格昂貴的特殊設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種制備成本低廉、對(duì)設(shè)備工藝要求簡(jiǎn)單、操作安全、隔熱性能良好、具有良好力學(xué)性能的疏水性納米纖維素氣凝膠的制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)以下方式來(lái)完成:
本發(fā)明所述的疏水性納米纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于疏水性納米氣凝膠的制備方法按下列步驟實(shí)現(xiàn):
(1)將納米微晶纖維素水溶膠(固含量為6-10%)與去尚子水按質(zhì)量比為1:(I?30)在室溫下混合均勻，得到納米微晶纖維素的稀釋水溶膠；
(2)將一定量的交聯(lián)劑加入步驟(I)得到的稀釋水溶膠中，得到混合溶液；
(3)將有機(jī)硅烷化合物和低表面張力溶劑按比例混合均勻，并加入到步驟(2)的混合溶液中，加熱攪拌反應(yīng)；
(4)反應(yīng)結(jié)束后，溶液分層并除去水層，得到纖維素濕凝膠；
(5)將纖維素濕凝膠進(jìn)行常壓干燥處理，得到疏水性納米纖維素氣凝膠；
為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述的交聯(lián)劑為碳酸鋯銨、2D樹(shù)脂、水溶性羥基丙烯酸酯樹(shù)脂的至少一種。
[0008]進(jìn)一步的，所述的納米微晶纖維素可優(yōu)選采用棒狀納米微晶纖維素和球狀納米微晶纖維素的至少一種。
[0009]進(jìn)一步的，所述的有機(jī)硅烷化合物為二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、六甲基二硅氮烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基娃燒、十—■燒基二乙氧基娃燒、十八燒基二甲氧基娃燒、十八燒基二乙氧基娃燒、八甲基環(huán)四硅氧烷、六甲基環(huán)三硅氧烷中的至少一種。
[0010]進(jìn)一步的，所述的低表面張力溶劑為正庚烷、正己烷和正辛烷中的至少一種。
[0011]為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在所述步驟(2)中，交聯(lián)劑與納米微晶纖維素稀釋水溶膠的質(zhì)量比為(0.1?5): 100。
[0012]為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在所述步驟(3)中，有機(jī)硅烷化合物、低表面張力溶劑和納米微晶纖維素稀釋水溶膠的質(zhì)量比為(3?100):(20-100): 100
[0013]為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在所述步驟(3)中的加熱攪拌反應(yīng)中，反應(yīng)溫度為30?70°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5 h-3.5 ho
[0014]為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在所述步驟(5)中的常壓干燥處理指在80?180°C下處理I
?6 ho
[0015]本發(fā)明所制備的疏水性納米纖維素氣凝膠的密度為0.01?0.2g/cm3，比表面積為600-1200 m2/g，導(dǎo)熱系數(shù)為0.013~0.055W/mK。
[0016]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、本發(fā)明提供的制備方法，采用常溫干燥技術(shù)，制備成本低廉、對(duì)設(shè)備工藝要求簡(jiǎn)單、操作安全。
[0017]2、本發(fā)明提供的制備方法，采用納米微晶纖維素為基體，并對(duì)其進(jìn)行疏水處理，制得的納米纖維素氣凝膠力學(xué)性能良好、疏水性好。
[0018]3、本發(fā)明所采用的疏水性納米纖維素氣凝膠制備過(guò)程不必經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)氣凝膠常壓干燥繁瑣的溶劑置換過(guò)程，便于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的棒狀納米微晶纖維素的透射電鏡圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的疏水性納米纖維素氣凝膠的接觸角圖片。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的疏水性納米纖維素氣凝膠的掃描電鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0023]實(shí)施例1
(1)將200g棒狀納米微晶纖維素水溶膠(固含量為6%)與200g去離子水在室溫下混合均勻，得到納米微晶纖維素的稀釋水溶膠；
(2)將4g碳酸鋯銨加入步驟(I)得到的稀釋水溶膠中，得到混合溶液；
(3 )將40g二甲基二乙氧基硅烷和SOOg正己烷混合均勻，加入到步驟(2 )的混合溶液中，在50°C下加熱攪拌反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2.5 h;
(4)反應(yīng)結(jié)束后，溶液分層并除去水層，得到纖維素濕凝膠；
(5)將纖維素濕凝膠在100°C下干燥處理2h，得到疏水性納米纖維素氣凝膠。
[0024]圖1為棒狀納米微晶纖維素的透射電鏡圖。通過(guò)附圖2可以看出，所制備的疏水性納米纖維素氣凝膠具有優(yōu)異的疏水特性，水滴在氣凝膠表面呈球狀，接觸角大于150°。通過(guò)附圖3可以看出，制得的疏水性納米纖維素氣凝膠是具有連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔材料，孔徑大小為10?200 nm，且納米孔洞分布均勻。
[0025]測(cè)試結(jié)果:
密度:0.lg/cm3;
比表面積:1200 m2/g;
導(dǎo)熱系數(shù):0.015W/mK。
[0026]
實(shí)施例2
(1)將10g棒狀納米微晶纖維素水溶膠(固含量為8%)與500g去離子水在室溫下混合均勻，得到納米微晶纖維素的稀釋水溶膠；
(2)將0.6g 2D樹(shù)脂加入步驟(I)得到的稀釋水溶膠中，得到混合溶液；
(3)將120g甲基三乙氧基硅烷和120g正己烷和正庚烷的混合溶液混合均勻，加入到步驟(2)的混合溶液中，在30°C下加熱攪拌反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h;
(4)反應(yīng)結(jié)束后，溶液分層并除去水層，得到纖維素濕凝膠；
(5)將纖維素濕凝膠在180°C下干燥處理lh，得到疏水性納米纖維素氣凝膠。
[0027]測(cè)試結(jié)果:
密度:0.05g/cm3;
比表面積:800 m2/g;