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多機能化セルロースナノファイバーを用いた撥水性・洗濯持続性コーティング剤の開発
Multifunctionalized Cellulose Nanofiber for Water-Repellent and Wash-Sustainable Coatings on Fabrics.
PMID: 32610913 DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c01145.
抄録
撥水性コーティング用セルロースナノファイバーを、複数回の洗浄サイクル後に優れた持続性で改質するための新しい合成ルートを開発した。2,2,2,6,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル(TEMPO)酸化セルロースナノファイバー(TOCN)に複数の官能基をグラフトし、超疎水性と綿布への強力な接着性を実現した。まず、ヘキサデシルアミン(HDA)を用いてTOCN表面をアミド化して疎水性誘導体に修飾した。次に、アミド化修飾されたＴＯＣＮ（ＡＭＴ）をポリイソシアネート架橋剤（ＰＣＡ）でグラフト化した。最終的な多修飾ＴＯＣＮ（ＭＭＴ）は、表面に疎水性アルキル基とイソシアネート基を有していた。これらの表面官能基は、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）およびX線光電子分光法（XPS）によって確認された。MMT懸濁液を綿織物にスプレーした後、イソシアネート基が綿繊維上の水酸基と反応し、織物表面に均一なコンフォーマル層が形成された。このMMTコーティングは、優れた撥水性と洗濯持続性を示しました。接触角150°の大きな接触角と10°の小さな摺動角が観察された。この超疎水性能は、洗濯物を10回洗濯しても維持された。また、いくつかの例を示して、このコーティング材料を撥水用途に適用する能力と可能性を示した。
A new synthetic route was developed to modify cellulose nanofiber for water-repellent coatings with great sustainability after multiple washing cycles. Multiple functional groups were grafted on 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl radical (TEMPO)-oxidized cellulose nanofibers (TOCN) to achieve superhydrophobic performance and strong adhesion on cotton cloth. First, hexadecylamine (HDA) was used to modify TOCN surface into hydrophobic derivatives via amidation. The amidation-modified TOCN (AMT) were then grafted with a polyisocyanate cross-linking agent (PCA). The final multimodified TOCN (MMT) had hydrophobic alkyls and isocyanate groups on the surface. These surface functional groups were confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). After spraying the MMT suspension on cotton fabrics, the isocyanate groups would react with hydroxyl groups on cotton fibers, leading to a uniform conformal layer of MMT on fabric surfaces. The MMT coating showed great water repellence and washing sustainability. A large contact angle of 150° and a small sliding angle of ∼10° were observed. The superhydrophobic performance retained even after 10 laundry washing cycles. Several examples were also demonstrated to show the capability and the possibility of applying this coating material for water-repellent applications.