基于天然纤维素物质纳米修饰的疏水材料的制备及性质研究

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超疏水、超疏油材料由于其优异的自清洁能力在基础科学研究和工业领域中具有广泛的应用价值。受自然界超疏水荷叶表面的启发,人们对超疏水表面的构筑、制备和性质研究产生了极大的兴趣。纤维素材料是自然界中最丰富的有机材料之一,纤维素材料(如滤纸、棉花和布料等)由微米和纳米级纤维交错而成,具有层次性的结构以及极大的表面粗糙度。此外纤维素材料具有很强的机械强度与柔韧性,同时具备生物降解性能,是一种绿色材料,因此,利用天然纤维素材料作为基体制备超疏水材料具有很大的优势。本文以天然纤维素材料为基底物质,通过表面溶胶—凝胶法和自组装的方法制备了具有很强疏水性以及光敏感表面润湿性的纤维素纳米材料,具有抗菌性质的双疏纤维素材料;同时,本文通过表面溶胶—凝胶法和晶体生长及自组装的方法得到了另外一个超疏水材料。主要研究内容和结论如下:1.基于天然纤维素材料的具有光响应润湿性的疏水纳米材料的制备。一种具有很强疏水性的纤维素复合材料通过在实验室常用普通定量滤纸纳米纤维表面沉积TiO2/CF3AZO膜而得。制备得到的材料表面具有很强的疏水性,并且在紫外光照(λ=365nm)射和黑暗保存循环过程中显示了优异的可逆润湿性转变。通过紫外光的照射,滤纸纤维表面的润湿性从很强的疏水性转变为很强的亲水性,通过将样品保存在黑暗中,材料表面的润湿性能够很好的恢复。在紫外光照射和黑暗保存中循环过程中, CF3AZ0自组装单分子层中分子的构型转变与表面润湿性的改变有关。同时,TiO2凝胶层,相对于Si02凝胶层,在组装CF3AZ0分子上具有更强的活性,并且在紫外光照射下Ti02凝胶层表面羟基的产生以及在黑暗中表面羟基的消失对材料表面润湿性的改变具有调节作用。2.基于天然纤维素材料的具有抗菌性质的双疏纳米材料的制备。具有抗菌性质的双疏纳米纤维素材料通过先用NaOH溶液刻蚀实验室常用普通定量滤纸,再在其表面通过表面溶胶—凝胶法沉积均匀的Ti02超薄膜,最后再在Ti02膜包覆的滤纸纤维表面通过自组装的方法组装PFOTMS单分子层制备得到。由于刻蚀后的滤纸具有的粗超度和表面底表面能单分子层PFOTMS,本身亲水的滤纸被转变成超疏水的材料,同时具有很强的疏油性质和优异的抗细菌污染的效果。3.基于天然纤维素材料的超疏水纳米材料的制备。具有超疏水性质的天然纤维纳米材料通过表面溶胶—凝胶法在滤纸纳米纤维材料表面沉积Ti02凝胶层,随后在其表面沉积CaCO3晶核,再在地热水中通过CaCO3晶体生长得到粗糙表面,最后在其表面组装硬脂酸钠膜。得到的滤纸复合材料显示了很好的超疏水性质。这种简单的通过晶体生长的方法制备超疏水材料的方法将拓展纤维素材料表面疏水化转变的途径。
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