疏水纤维素基材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种疏水纤维素基材料及其制备方法，属于木质材料领域。背景技术：1、纤维素基材料(包括木材、纸张、织物、棉花、海绵)因为含有纤维素这一亲水性化学主分，很容易吸水/吸湿受潮，影响其使用寿命。以木材为例，木材已广泛应用于人类日常生活中的各种应用，包括建筑、室内装饰、地板、家具和木船的制造。然而木材的易吸水和易吸湿性使得其容易受到真菌和尺寸不稳定性的影响，发生开裂、霉变和生物降解等，严重降低了木材的使用寿命。因此，迫切需要降低纤维素基材料的吸湿性，从而提高其耐久性并延长其使用寿命。2、降低吸湿性增强防潮性的一种方法是使用超疏水表面，因为这些表面将材料与水/湿气的相互作用所造成的损害降至最低。通过使用超疏水表面提高防潮性将提高这些材料的耐久性，尤其是在潮湿或室外条件下。3、超疏水表面制备可以通过以下两种方法实现：1)在疏水表面上形成合适的粗糙度，2)用低表面能物质对粗糙表面进行化学修饰。因此，制备超疏水表面的方法可以分为物理和化学两类。物理方法包括静电纺丝、相分离、等离子体处理、光刻、喷涂、和旋涂。化学方法包括溶胶-凝胶工艺化学气相沉积、水热处理、层层自组装、和电化学方法。尽管已经通过上述方法在各种材料(或基材)上制造了人造超疏水表面，但规模化生产出具有实际应用的产品很少。4、大多数用于制备超疏水表面的方法都需要一个繁琐而耗时的过程。有些需要苛刻的反应条件和专门的试剂和设备。此外，许多方法价格非常昂贵，并且仅适用于小的平坦表面或特定材料。还有一些在高温下操作的方法，例如化学气相沉积，仅适用于特殊材料，例如硅晶片。这些方法不能应用于纤维基这类温度敏感材料，因它们在高温下会发生严重的热降解。光刻和电化学方法仅用于光滑或均质材料，例如金属和合金。这些方法会损坏这些材料的内在外观和粗糙度。因此，这些方法不适用于不均匀的纤维素材料，如木材。5、引用文献1公开一种基于溶凝胶法制备超疏水木材的方法，其方法包括以下步骤：步骤是(1)硅溶胶合成：按氨水：无水乙醇：正硅酸乙酯的体积比为1：15～17：1的量份备料；(2)单分散纳米二氧化硅溶胶的疏水改性：用十六烷基三甲氧基硅烷，或三乙氧基-1h,1h,2h,2h-十七氟癸基硅烷，对合成的单分散纳米二氧化硅溶胶进行疏水改性，同时疏水剂促进纳米粒子相互聚集，促其形成二氧化硅纳米粒子聚集体；(3)木材覆膜处理：将疏水改性硅溶胶溶液采用浸渍或喷涂工艺涂覆于木材表面。但是，该方法过于复杂，影响量产。6、引用文献2公开一种超疏水自清洁特性木材的制备方法，其：将含氟可聚合单体、不饱和单体、poss纳米颗粒、氨基改性的mxene、溶剂和引发剂混合得到浸渍液；然后将木材和浸渍液加入到反应罐中，加压处理使浸渍液注入木材孔结构中，然后包裹试件并室温常压下陈化，再加热处理，真空干燥后得到超疏水自清洁特性木材。但是该方法会破坏木材的原本的纤维结构，后面使用会受到一定的限制。7、引用文献：8、引用文献1：cn105599077a9、引用文献2：cn112536874a技术实现思路1、发明要解决的问题2、鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明首先提供一种疏水纤维素基材料。所述疏水纤维素基材料具有优异的自清洁能力和疏水能力。3、进一步地，本发明的疏水纤维素基材料对于具有一些网络多孔结构的纤维基材料，还能实现油水分离、破乳等功能。4、进一步地，本发明还提供一种疏水纤维素基材料的制备方法，本发明的方法适用于所有纤维素基材料，而且操作便捷，只需要通过简单的浸渍或喷涂工艺，可以适用于大规模生产。5、用于解决问题的方案6、本发明提供一种疏水纤维素基材料，其包括：7、基体，所述基体具有纤维丝结构，且所述基体的表面和/或内部具有多酚结构；以及，8、活性金属离子，基于所述多酚结构，所述活性金属离子络合在所述基体的表面和/或内部，并形成金属网络结构。9、根据本发明所述的疏水纤维素基材料，其中，所述多酚结构通过氢键和疏水键形成于所述基体的表面和/或内部；10、所述活性金属离子与多酚以配位键相结合，形成所述金属网络结构。11、根据本发明所述的疏水纤维素基材料，其中，以所述疏水纤维素基材料的总质量为100％计，碳元素的含量为30-60％，氧元素的含量为20-50％，活性金属元素的含量为1-45％。12、根据本发明所述的疏水纤维素基材料，其中，所述多酚结构源自于植物多酚，优选地，所述植物多酚包括芦丁、单宁酸、鞣花单宁、儿茶酚、没食子酸和儿茶酸中的一种或两种以上的组合；和/或13、所述活性金属离子包括铁离子，铝离子、亚铁离子、铜离子、钙离子、锌离子、镍离子、钴离子、铅离子、锗离子中的一种或两种以上的组合。14、根据本发明所述的疏水纤维素基材料，其中，所述疏水纤维素基材料的表面还具有低表面自由能层；15、优选地，所述低表面自由能层源自于低表面自由能物质；16、更优选地，所述低表面自由能物质包括聚二甲基硅氧烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸硫醇、十八胺或十二烷基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。17、本发明还提供一种根据本发明所述的疏水纤维素基材料的制备方法，其中，包括：在植物多酚的存在下，将活性金属离子络合在基体的表面和/或内部的步骤。18、根据本发明所述的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：19、当所述基体含有植物多酚时，配制含有活性金属离子的溶液，并使活性金属离子络合在所述基体的表面和/或内部，得到络合产物。20、根据本发明所述的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：21、当所述基体不含有植物多酚时，配制含有植物多酚的溶液，并使植物多酚共聚在所述基体的表面和/或内部，形成含有多酚结构的基体；22、配制含有活性金属离子的溶液，并使活性金属离子络合在所述基体的表面和/或内部，得到络合产物。23、根据本发明所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括，利用低表面自由能物质对所述络合产物进行改性，在所述络合产物的表面形成低表面自由能层；24、优选地，配制含有低表面自由能物质的溶液，然后在所述络合产物的表面形成低表面自由能层。25、根据本发明所述的制备方法，其中，所述含有活性金属离子的溶液中，活性金属离子的浓度为0.01-0.1mol/l；和/或26、所述含有植物多酚的溶液中，活性金属离子的浓度为0.0005-0.01mol/l。27、发明的效果28、本发明的疏水纤维素基材料具有优异的自清洁能力和疏水能力，特别是可以具有优异的超疏水能力。29、进一步地，本发明的疏水纤维素基材料对于具有一些网络多孔结构的纤维基材料，还能实现油水分离、破乳等功能。30、本发明的疏水纤维素基材料的制备方法适用于所有纤维素基材料，而且操作便捷，只需要通过简单的浸渍或喷涂工艺，可以适用于大规模生产。