CN109054101B - 一种超疏水磁性纳米纤维素及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及疏水材料领域，本发明公开了一种超疏水磁性纳米纤维素及其制备方法。该方法将含氟化合物与多巴胺的共聚物同磁性纳米纤维素反应，制备超疏水磁性纳米纤维素。以及由上述方法制备的超疏水磁性纳米纤维素。利用多巴胺含氟共聚物中的酚羟基与磁性粒子中铁的络合作用，将多巴胺含氟共聚物引入到磁性纳米纤维素的表面，使纳米纤维素基疏水材料具有稳健的磁性和超疏水性能。此类材料在建筑、家具等表面的防水防潮等领域有广泛的应用。

Description

一种超疏水磁性纳米纤维素及其制备方法
技术领域
本发明涉及疏水材料领域，具体地说，是涉及一种超疏水磁性纳米纤维素及其制备方法。
背景技术
纳米纤维素(Nanocrystalline Cellulose,NCC)是一种直径为1-100nm，长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素，具有高比表面积、高强度、生物相容性和无毒等优点，在化工、环保、医药等等领域有广泛的应用。但其含有大量的羟基、亲水性较强，限制了纳米纤维素的更深一步应用。因此，对纳米纤维素进行磁性和疏水改性，开发出超疏水磁性纳米纤维素，充分利用纳米纤维素并拓宽其应用范围，具有很重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超疏水磁性纳米纤维素及其制备方法，使改性后的纳米纤维素基疏水材料具有磁性和超疏水性能。
为实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种超疏水磁性纳米纤维素的制备方法，将含氟化合物与多巴胺类单体的共聚物负载在磁性纳米纤维素上，制备超疏水磁性纳米纤维素。
具体包括如下步骤：
(1)将FeCl3和FeCl2混合液加入到纳米纤维素的悬浮液中，加入氨水至pH 9-12，制备磁性纳米纤维素；
(2)将含氟化合物与多巴胺类单体进行共聚，制备多巴胺含氟共聚物；将含氟化合物和多巴胺类单体溶解在反应溶剂中，再加入引发剂溶解，除去混合溶液中的氧气，并通入氮气保护，在65-70℃下反应15-20h，得到多巴胺含氟共聚物；
(3)将所述多巴胺含氟共聚物溶解，再将步骤(1)得到的磁性纳米纤维素分散到多巴胺含氟共聚物的溶液中，反应得到超疏水磁性纳米纤维素。
步骤(1)所述的FeCl2/FeCl3的摩尔比为1:2，其混合物的含量与纳米纤维素纤维素的质量比为1:3-20；
步骤(2)所述的多巴胺含氟共聚物为3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-丙烯酸全氟辛基乙基酯共聚物，或3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸全氟辛基乙基酯共聚物，或3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-丙烯酸全氟己基乙基酯共聚物，或3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸全氟己基乙基酯共聚物。
步骤(2)所述的多巴胺类单体与含氟化合物的摩尔比为0.05～0.3：1。
步骤(3)用于溶解多巴胺含氟共聚物的溶剂包括五氟二氯丙烷AK225，其浓度为0.5％～2％。
步骤(3)所述的多巴胺含氟共聚物与磁性纳米纤维素的质量比为0.05～0.2：1。
本发明还提供了一种超疏水磁性纳米纤维素材料，由上述方法制备。
本发明的创新点在于：利用多巴胺含氟共聚物中的酚羟基与磁性粒子中铁的络合作用，将多巴胺含氟共聚物引入到磁性纳米纤维素的表面，使纳米纤维素基疏水材料具有稳健的磁性和超疏水性能。可将此材料应用于建材、家具等的防水防潮防霉等领域。
附图说明
图1为超疏水磁性纳米纤维素的接触角图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明方法作进一步的详细说明。需要特别说明的是，本发明的保护范围应当包括但不限于本实施例所公开的技术内容。
实施例1
(1)将5mL 3％FeCl3和1.2％FeCl2混合液加入到0.05wt％的纳米纤维素悬浮液中，充分搅拌，通入氮气，加热到65℃，再滴入氨水，使pH值为10左右，反应30min,用超纯水和乙醇清洗，冷冻干燥，得到磁性纳米纤维素。
(2)将1g的3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺溶解在N,N-二甲基甲酰胺中(DMF)，然后量取1mL丙烯酸全氟辛基乙基酯加入上述溶液中，再将24.6mg引发剂偶氮二异丁腈溶解在上述混合溶液，通过冷冻-抽真空-解冻的方法除去氧气，并通入氮气保护，在70℃下反应18h。反应后的产物用DMF稀释，在乙醚中沉淀，沉淀物真空干燥，得到3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-丙烯酸全氟辛基乙基酯共聚物。
(3)取0.1g 3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-丙烯酸全氟辛基乙基酯共聚物溶解在20mL的AK225溶液中，再加入1g的磁性纳米纤维素，常温下反应24h，用乙醇清洗，真空干燥，得到超疏水磁性纳米纤维素。
实施例2
(1)将5mL 3％FeCl3和1.2％FeCl2混合液加入到0.05wt％的纳米纤维素悬浮液中，充分搅拌，加热到65℃，再滴入氨水，使pH值为10左右，反应30min,用超纯水和乙醇清洗，冷冻干燥，得到磁性纳米纤维素。
(2)将1g的3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺溶解在N,N-二甲基甲酰胺中(DMF)，然后量取0.8mL甲基丙烯酸全氟辛基乙基酯加入上述溶液中，再将24.6mg引发剂偶氮二异丁腈溶解在上述混合溶液，通过冷冻-抽真空-解冻的方法除去氧气，并通入氮气保护，在70℃下反应18h。反应后的产物用DMF稀释，在乙醚中沉淀，沉淀物真空干燥，得到3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸全氟辛基乙基酯共聚物。
(3)取0.1g 3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸全氟辛基乙基酯共聚物溶解在20mL的AK225溶液中，再加入1g的磁性纳米纤维素，常温下反应24h，用乙醇清洗，真空干燥，得到超疏水磁性纳米纤维素。
实施例3
(1)将5mL 3％FeCl3和1.2％FeCl2混合液加入到0.05wt％的纳米纤维素悬浮液中,充分搅拌，加热到65℃，再滴入氨水，使pH值为10左右，反应30min,用超纯水和乙醇清洗，冷冻干燥，得到磁性纳米纤维素。
(2)将1g的3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺溶解在N,N-二甲基甲酰胺中(DMF)，然后量取1.5mL丙烯酸全氟己基乙基酯加入到上述溶液中，再将30.7mg引发剂偶氮二异丁腈溶解在上述混合溶液，通过冷冻-抽真空-解冻的方法除去氧气，并通入氮气保护，在70℃下反应18h。反应后的产物用DMF稀释，在乙醚中沉淀，沉淀物真空干燥，得到3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-丙烯酸全氟己基乙基酯共聚物。
(3)取0.1g 3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-丙烯酸全氟己基乙基酯共聚物溶解在20mL的AK225溶液中，再加入1g的磁性纳米纤维素，常温下反应24h，用乙醇清洗，真空干燥，得到超疏水磁性纳米纤维素。
实施例4
(1)将5mL 3％FeCl3和1.2％FeCl2混合液加入到0.05wt％的纳米纤维素悬浮液中，充分搅拌，加热到65℃，再滴入氨水，使pH值为10左右，反应30min,用超纯水和乙醇清洗，冷冻干燥，得到磁性纳米纤维素。
(2)将1g的3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺溶解在N,N-二甲基甲酰胺中(DMF)，然后量取0.5mL甲基丙烯酸全氟己基乙基酯加入到上述溶液中，再将30.7mg引发剂偶氮二异丁腈溶解在上述混合溶液，通过冷冻-抽真空-解冻的方法除去氧气，并通入氮气保护，在70℃下反应18h。反应后的产物用DMF稀释，在乙醚中沉淀，沉淀物真空干燥，得到3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸全氟己基乙基酯共聚物。
(3)取0.1g 3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸全氟己基乙基酯共聚物溶解在20mL的AK225溶液中，再加入1g的磁性纳米纤维素，常温下反应24h，用乙醇清洗，真空干燥，得到超疏水磁性纳米纤维素。
主要性能测试
本发明所制备的超疏水磁性纳米纤维素材料，其重要特点是材料具有疏水性能，因此对其疏水性能进行了接触角测试。
所有实施例中的改性磁性纳米纤维素具有疏水性能和磁性性能。将改性磁性纳米纤维素材料所配制的溶液喷涂在木片、铁片、和铝片等基板上，所得材料的接触角都大于150°，具有优异的超疏水性能，如图1所示；其磁饱和强度为20.5emu/g，具有较好的磁性效果。此类材料可应用于建筑、家具等表面的防水防潮等领域。

Claims (5)

1.一种超疏水磁性纳米纤维素的制备方法，其特征在于：将含氟化合物与多巴胺类单体的共聚物同磁性纳米纤维素反应，制备超疏水磁性纳米纤维素，包括如下步骤：
(1)将FeCl3和FeCl2混合液加入到纳米纤维素的悬浮液中，加入氨水至pH 9-12，制备磁性纳米纤维素；
(2)将含氟化合物与多巴胺类单体进行共聚，制备多巴胺含氟共聚物；将含氟化合物和多巴胺类单体溶解在反应溶剂中，再加入引发剂溶解，除去混合溶液中的氧气，并通入氮气保护，在65-70℃下反应15-20h，得到多巴胺含氟共聚物；
(3)将所述多巴胺含氟共聚物溶解，再将步骤(1)得到的磁性纳米纤维素分散到多巴胺含氟共聚物的溶液中，反应得到超疏水磁性纳米纤维素；
步骤(1)中FeCl2/FeCl3的摩尔比为1:2，其混合物的含量与纳米纤维素的质量比为1:3-20；
步骤(2)所述的多巴胺类单体与含氟化合物的摩尔比为0.05～0.3：1。
2.根据权利要求1所述的超疏水磁性纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的多巴胺含氟共聚物为3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-丙烯酸全氟辛基乙基酯共聚物、3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸全氟辛基乙基酯共聚物、3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-丙烯酸全氟己基乙基酯共聚物或3,4-二羟苯乙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸全氟己基乙基酯共聚物。
3.根据权利要求1所述的超疏水磁性纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(3)用于溶解多巴胺含氟共聚物的溶剂包括五氟二氯丙烷AK225。
4.根据权利要求1所述的超疏水磁性纳米纤维素的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的多巴胺含氟共聚物与磁性纳米纤维素的质量比为0.05～0.2：1。
5.由权利要求1-4中任意一项所述制备方法制得的超疏水磁性纳米纤维素。
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