纤维素基超疏水材料的现状分析

近年来超疏水材料的应用领域越来越广泛,对超疏水材料的机械强度、耐磨性、透光度、重复利用性等性能方面的要求越来越高,原料的绿色环保性要求也日渐提高。生物质原料种类多、储量大,占据着可再生资源的主导地位。纤维素作为生物质原料的下游精细产品,具有绿色环保、储量大、应用灵活的优点。本文简单介绍了纤维素基超疏水材料的发展历程、特点及应用,重点分析了水热法、化学沉积法、原子转移自由基聚合和溶胶-凝胶法(纤维素/SiO₂超疏水材料和纤维素基气凝胶)等超疏水改性方法在制备纤维素基超疏水材料中的应用。最后对纤维素基超疏水材料的未来发展进行了展望。     

基于纤维素的超疏水材料研究进展

综述了超疏水纤维素复合材料的研究进展。简要介绍了几种常用的改性方法,如浸涂法、喷涂法、等离子体法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法。这些方法用于开发简单、高效、绿色、多功能和稳定的纤维素基超疏水材料。对基于纤维素的超疏水材料在油水分离、电磁干扰屏蔽、阻燃和自清洁等方面的应用现状进行了总结。还对纤维素基超疏水材料未来的潜在应用和发展趋势进行了分析,对未来纤维素基超疏水材料的应用研究的侧重领域提出了建议。     

纳米纤维素构建超疏水材料研究进展

纳米纤维素表面富含活性羟基,具有高度的亲水性和吸水性,这在很大程度上成为影响纳米纤维素在工业上大规模应用的主要因素。对纳米纤维素表面的活性羟基进行化学修饰提高其疏水性,日益成为国内外学者研究的热点。本文在简要阐述超疏水材料基本特征和制备方法的基础上,对比了不同超疏水材料制备方法 (模板法、喷涂法、沉积法、刻蚀法)的优劣,重点介绍了国内外学者利用纳米纤维素构建超疏水材料(气凝胶、纸张、涂层、薄膜等)在生物医学、造纸工业、油水分离、食品包装、储能材料等不同领域的研究进展,归纳并分析了目前纳米纤维素构建超疏水材料在改性方式和性能提升等方面仍存在的问题,同时指出了纳米纤维素构建超疏水材料未来将朝着过程无污染化、工艺简化、稳定性优化等方向发展。     

纤维素气凝胶及其疏水改性研究进展

纤维素气凝胶具有的低密度(≥8 kg/m~3)、低热导率(0.0201~0.0295 W/m·K)、高孔隙率(≤99.5%)、高比表面积(100~605 m~2/g)等使其在隔热、吸附、催化、储能等领域应用广泛,是多功能、轻质、纳米多孔材料。纤维素表面存在大量的羟基,氢键和亲水性使纤维素气凝胶在吸附油污等应用受限。利用三甲基氯硅烷(TMCS)、十八烷基三氯硅烷(OTS)等进行纤维素气凝胶的疏水改性,拓展其应用范围。     

羧基化纳米纤维素乳化马来松香甘油酯乳液稳定性及超疏水纸制备

采用溶剂助溶法制备马来松香酯乳液,确定了最佳的工艺合成条件。比较分析了十二烷基硫酸钠（SDS）、烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）和羧基化纳米纤维素（CNF-C）马来松香酯乳液粒径和稳定性的影响。采用双层涂布的方式,机械浆纳米纤维素和沉淀碳酸钙PCC作为第一道涂布,马来松香酯乳液作为第二道涂布,构建了超疏水性纸张的工艺策略。研究发现：马来松香酯的最佳合成工艺条件为马来松香和甘油的配比为1:3;引发剂（偶氮二异丁腈）用量为0.4%;催化剂（纳米ZnO2）用量为2%;在250℃条件下反应5小时。羧基化纳米纤维素作为乳化剂,制备的马来松香乳液粒径达到527 nm,在室温下静置90天不破乳分层,具有较强的稳定性。双层涂布制备的PCC-CNF-MAP-DG涂布纸与水的接触角159.1°,cobb值为2.4 g/m2,且经过200次折叠后仍具有超强的疏水性能,并且耐酸碱,具有良好的化学稳定性。纸张的超疏水性源于双级结构间滞留的空气对水滴的托举,在纸张纤维表面形成致密的疏水层。     

纳米纤维素膜疏水化改性研究进展

近些年来,以纳米纤维素为原料制备出的柔性透明薄膜,因其优异的机械性能、可再生性、生物相容性等,在新型包装材料、透明电子元器件基底等领域展现出巨大的应用价值。然而在潮湿环境下,纳米纤维素膜如何维持高的机械性能,成为其在高附加值领域应用中一个重要又易被忽视的问题。先阐述了纳米纤维素膜以及天然亲水性对其隔绝和机械性能的影响,接着从化学改性、物理吸附、共混交联三种改性方法入手,综述了近些年来纳米纤维素膜疏水改性的研究与进展,以及不同改性方式对膜材料应用性能的影响。     

聚合物基疏水/超疏水涂层防垢的研究进展

聚合物基疏水/超疏水涂层因具有较低的表面自由能、优良的粘结性及化学稳定性,在防垢方面具有重要的应用前景。主要围绕"聚合物基涂层",综述了环氧树脂、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)及全氟聚醚(PFPE)等疏水/超疏水涂层在防垢方面的研究进展。展望了其在防垢中面临的挑战以及进一步需要研究的工作。     

辊式涂布法构建纸基牢固超疏水表面

采用辊式涂布的方法在纸基材料上构建超疏水表面,并对超疏水表面的牢固性、自清洁性和疏水性能进行评价。用γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）对微米级和纳米级两种尺寸的TiO₂粒子进行疏水改性处理,然后将改性后的微/纳米TiO₂涂布在纸基材料表面。采用红外光谱（FTIR）对改性后的微/纳米TiO₂的化学组成进行了分析,采用扫描电镜（SEM）对涂布纸表面结构进行了表征,通过接触角、耐磨性和自洁净测试评价了涂层表面的超疏水性、牢固性和自清洁性。改性TiO₂的FTIR分析显示在1000～1500cm^-1之间出现多个C—F键的伸缩振动峰,表明POTS通过化学键与TiO₂表面发生了结合。涂布纸表面的SEM分析可以看出,纸基材料表面上均匀分布了微米和纳米尺寸的TiO₂颗粒,具备了类似荷叶表面微-纳结构的粗糙表面。涂层表面的水接触角为153°±1.5°,滚动角为3.5°±0.5°,水滴在涂层表面呈球形,极易滑落,涂层在水中浸泡7天后,接触角没有发生明显变化,表明纸张表面具备了优异的超疏水性能,且疏水稳定性较好。涂层表面经过10次循环磨损试验后,接触角仍能达到150°,滚动角为9°,表明机械摩擦没有对涂布纸表面的化学成分和粗糙结构造成明显的破坏,超疏水表面的牢固性较好。自洁净测试表明,涂布纸表面具有良好的自清洁和防污性能。该工艺过程操作简单,易于实现工业化生产,为在纸基表面构建综合性能优异的超疏水表面提供了一种新的便利途径。     

疏水化改性纳米纤维素的制备及应用研究进展

综述了疏水化改性纳米纤维素的研究进展,从表面吸附改性、对表面羟基化学改性和接枝共聚改性3个方面论述了对纳米纤维素的疏水化改性研究,介绍了疏水改性纳米纤维素及其衍生物在乳液和泡沫稳定方面以及在造纸、气凝胶和膜材料领域中的应用,并对其发展进行了展望,为其广泛应用提供了参考。     

纳米纤维素的疏水改性及应用研究进展

纳米纤维素作为一种性能优越的可再生纳米材料,应用前景极为广阔。然而,由于纳米纤维素结构上富含羟基,使其具有极强的亲水性,严重影响了纳米纤维素的疏水性能,并且在一定程度上限制了其在复合材料领域的应用。综述了纳米纤维素疏水改性的研究进展,从物理吸附、表面化学修饰（甲硅烷化、烷酰化、酯化等）、聚合物接枝共聚3个方面简述了目前应用较为广泛的疏水化改性方法,并对疏水纳米纤维素在包装材料、造纸、水净化等方面的应用现状进行了总结。最后对疏水改性纳米纤维素的未来发展进行了展望,旨在为疏水纳米纤维素的研究和应用提供参考。     

纤维素吸附材料的研究进展

纤维素是一种纤维状、多毛细管的天然高分子聚合物。纤维素中富含羟基,通过羟基的一系列衍生化反应,可以将纤维素改性成为阳离子纤维素、阴离子纤维素和两性纤维素等,作为吸附剂应用于环境污染的治理当中。综述了国内外纤维素吸附材料的研究进展,以及在环境治理方面的应用,并提出其在未来发展方向以及应用前景的展望。     

纤维素基重金属离子吸附材料研究进展

针对近年来利用纤维素及其衍生物制备高吸附材料的热点,概述了纤维素基重金属离子吸附材料(离子交换型纤维素吸附材料和离子螯合型纤维素吸附材料)的研究现状。     

超疏水涂层的研究进展

总结了近年来国内外制备超疏水涂层材料的类型、超疏水涂层的制备方法以及超疏水涂层在某些领域中的应用,并对超疏水涂层的未来发展趋势进行了展望。     

超疏水表面制备的研究进展

近年来,在研究领域接触角大于150°的超疏水表面有着巨大的吸引力.超疏水表面一般通过构造一定表面粗糙度和用低表面自由能物质修饰表明而成.文章简单的介绍了疏水表面的基础理论和最新研究进展.虽然超疏水表面在实际应用中还有一定的限制,但这些困难都将慢慢被克服,最后超疏水表面将应用在各种不同的工业领域.     

仿生超疏水表面的研究进展

近些年,超疏水表面因其优秀的疏水性能和广泛的应用前景,使其成为国内外研究的热点之一。从仿生制备超疏水表面到将其功能化应用到多种领域,超疏水表面的研究在近几年飞速的发展。本文综述了近几年超疏水表面的研究进展,如高效吸油材料、外界刺激下粘附性响应、自修复超疏水涂料等方面的应用,并对超疏水表面的研究发展进行了展望。     

自修复超疏水多功能协同作用涂层研究进展

自修复超疏水涂层是近年来多功能涂层研究的热点之一。文中总结了超疏水自修复涂层的修复机理,包括表面形貌的恢复和低表面能物质的补充。表面形貌的恢复可采用动态化学键和气体补偿来实现;低表面能物质的补充依靠在外界条件刺激下表面能驱动底层的低表面能物质迁移至涂层表面。目前有利用形状记忆合金实现大尺度结构损伤自修复、减少对外界刺激依赖实现自主自修复进程、利用分子结构设计自修复、多层光滑浸渍多孔表面(SLIPS)设计自修复等新的研究方向。同时介绍了自修复超疏水性能结合其他功能的多功能协同作用涂层的应用,包括超疏水自修复多功能纤维、超疏水防腐蚀自修复涂层和超疏水导电自修复涂层,各个功能间不是简单的叠加而是协同作用使涂层整体性能达到最佳,这为多功能涂层的设计提供了新思路。最后展望了自修复超疏水涂层的发展方向。     

超疏水表面润湿性能研究

润湿性能是固体表面的重要特征之一,具有特殊润湿性和可控润湿性材料因其巨大的应用潜力而成为人们关注的热点。介绍超疏水状态下Wenzel和Cassie-Baxter两种接触角模型及其相互关系,讨论了微纳米结构对疏水表面接触角的影响,总结了近年来超疏水表面制备技术的研究进展,并展望了超疏水表面润湿理论研究前景。     

仿生超疏水透明涂层的研究进展

仿生超疏水透明涂层不仅具有超疏水表面的独特性能,而且对光具有一定的透过性,在生产和生活中有着广泛的应用前景。而如何在同一个固体表面同时引入超疏水特性和光学透明性将具有极大的研究价值。介绍了仿生超疏水透明涂层的构建机理进展,总结了近年来相关领域的制备方法和应用情况,并简单分析了存在问题和发展方向。     

纤维素基表面活性剂的研究进展及在造纸工业中的应用

纤维素基表面活性剂具有可生物降解、无污染等特性,具有广泛的应用前景。表面活性剂具有双亲结构,纤维素基表面活性剂通过各种化学改性的方法在纤维素骨架上引入亲水端和疏水端,使整个分子具有表面活性。文章综述了离子型和非离子型纤维素基表面活性剂的合成,以纤维素或其衍生物为原料,通过取代、聚合等方法引入长链烷基等作为疏水基团,离子结构或聚醚结构作为亲水基团,合成的表面活性剂表现出良好的表面性能,并具有高分子表面活性剂的特性。纤维素基表面活性剂在造纸工业中的助留剂和涂料分散剂方面有一定的应用,并有望用于白水处理和废纸脱墨工段。而进一步降低产品的成本并开发更高效、功能更多样的纤维素基表面活性剂将成为未来的研究方向。     

制备超疏水聚苯胺的研究进展

简要介绍了目前超疏水聚苯胺的制备方式,概括了制备的基本思路,以及苯胺聚合时的主要影响因素,指出超疏水聚苯胺具有广阔的应用前景。