專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超疏水紙及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超疏水紙及其制備方法，屬于納米技術(shù)或仿生技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
紙是日常生活中常見(jiàn)的和不可缺少的物質(zhì)。紙纖維因其含有親水性基團(tuán)，具有良好的親水性。對(duì)紙的表面進(jìn)行改性，賦予紙張表面超疏水性能，在紙表面形成近似于仿生的荷葉效應(yīng)，可以提高紙的使用性能，使其具有疏水性和自清潔效應(yīng)，從而擴(kuò)大其使用范圍。常用的方法是在紙表面涂布一層石蠟或浙青等防水物質(zhì)，然而這些紙表面與水的接觸角通常小于120°，且沒(méi)有自清潔性。最近也有報(bào)道通過(guò)石蠟或樹(shù)脂的浸涂方法和使用低溫等離子化學(xué)沉積法制備改性紙張，然而上述方法都存在一定的問(wèn)題，前者使處理后的紙張失去了透氣性，也對(duì)再利用紙和廢紙?zhí)幚韼?lái)一定的難度，后者主要是工藝復(fù)雜且成本較高。
近年來(lái)，超疏水表面引起人們的廣泛關(guān)注。超疏水表面一般可以通過(guò)兩類(lèi)技術(shù)路線來(lái)制備一類(lèi)是在低表面能的疏水材料表面上構(gòu)建具有微/納結(jié)構(gòu)的超疏水表面，另一類(lèi)是在自然界生物的長(zhǎng)期進(jìn)化中形成的，例如許多植物的葉片具有自清潔效應(yīng)。當(dāng)雨水落到植物葉片上，表面的灰塵隨著水滴一起滾落，達(dá)到良好的自清潔效果，水滴與表面的接觸面“出淤泥而不染”即為典型的代表。由于水珠與超疏水材料表面的接觸角非常小且極易表面滾落，因此超疏水性表面在自清潔、防水、防潮、抗凍結(jié)等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。因此，制備超疏水高透明性紙將進(jìn)一步提高紙張的使用性能，使其具有疏水性和自清潔效應(yīng)，可以用來(lái)印刷耐水書(shū)刊、長(zhǎng)期保存的文件、軍事地圖等。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種超疏水且具有自清潔作用的紙，同時(shí)提供一種處理方法簡(jiǎn)單、安全環(huán)保的相關(guān)超疏水紙的制備方法。本發(fā)明所述的超疏水紙，其特征在于該紙是在帶有文字或圖片的普通紙表面上構(gòu)建有粒徑為50-100nm的改性納米二氧化硅涂層，其中所述紙表面的水接觸角大于150° ,水滴在紙張表面的滾動(dòng)角小于10°。上述超疏水紙的制備方法，步驟是(I)將粒徑為50_100nm的納米二氧化硅顆粒溶解于無(wú)水乙醇中，制成納米二氧化硅濃度為O. 5-10 wt %的懸浮液，并超聲分散均勻；( 2)將改性劑十六烷基三甲氧基硅烷加入步驟(I)制得的懸浮液中，并使十六烷基三甲氧基硅烷的濃度為O. 25-5 Wt %，然后超聲分散均勻；(3 )將帶有文字或圖片的普通紙張浸潰于步驟(2 )制得的溶液中，I-IOmin后將紙取出，在室溫環(huán)境中自然干燥12-48小時(shí)，即得超疏水紙。其中，所述納米二氧化硅濃度優(yōu)選為O. 5-5 wt %。其中，所述十六烷基三甲氧基硅烷的濃度優(yōu)選為O. 25-2. 5 wt %。本發(fā)明提供的超疏水紙，以改性二氧化硅顆粒為原料在帶有文字或圖片的普通紙上構(gòu)建了類(lèi)荷葉狀的超疏水表面，該紙表面的水與接觸角大于150° ,水滴在紙張表面的滾動(dòng)角小于10°。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定本發(fā)明的超疏水紙的超疏水性質(zhì)穩(wěn)定，表面涂層透明度高，紙上的文字或圖片清晰。長(zhǎng)時(shí)間放置或保存，超疏水性質(zhì)和透明度無(wú)變化，提示在自清潔、防水防潮、書(shū)刊等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明的超疏水紙的制備操作工藝簡(jiǎn)單、成本低、綠色環(huán)保、無(wú)需復(fù)雜的處理步驟，也無(wú)需昂貴的儀器設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，商業(yè)應(yīng)用價(jià)值高。
具體實(shí)施例方式通過(guò)下面給出的本發(fā)明的具體實(shí)施例可以進(jìn)一步理解本發(fā)明，但下述實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例I :稱(chēng)取O. 20 g納米二氧化硅并加入16g無(wú)水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱(chēng)取O. 10 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超聲lOmin，得到均一穩(wěn)定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙?jiān)谏鲜龌旌弦褐薪min后取出，在室溫環(huán)境中自然干燥12小時(shí)，便得到超疏水紙。用接觸角測(cè)試儀測(cè)試該紙表面的潤(rùn)濕性，結(jié)果表明該表面的水接觸角為151. 5°。該紙表面形貌用掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)紙纖維表面附著大量仿荷葉突起狀結(jié)構(gòu)。見(jiàn)表I。實(shí)施例2:稱(chēng)取O. 20 g納米二氧化硅并加入16g無(wú)水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱(chēng)取O. 10 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超聲lOmin，得到均一穩(wěn)定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙?jiān)谏鲜龌旌弦褐薪min后取出，在室溫環(huán)境中自然干燥24小時(shí)，便得到超疏水紙。用接觸角測(cè)試儀測(cè)試該紙表面的潤(rùn)濕性，結(jié)果表明該表面的水接觸角為151. 3°。該紙表面形貌用掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)紙纖維表面附著大量仿荷葉突起狀結(jié)構(gòu)。見(jiàn)表I。實(shí)施例3:稱(chēng)取O. 10 g納米二氧化硅并加入16g無(wú)水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱(chēng)取O. 05 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超聲lOmin，得到均一穩(wěn)定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙?jiān)谏鲜龌旌弦褐薪min后取出，在室溫環(huán)境中自然干燥12小時(shí)，便得到超疏水紙。用接觸角測(cè)試儀測(cè)試該紙表面的潤(rùn)濕性，結(jié)果表明該表面的水接觸角為153. 2°。該紙表面形貌用掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)紙纖維表面附著大量仿荷葉突起狀結(jié)構(gòu)。見(jiàn)表I。實(shí)施例4:稱(chēng)取O. 20 g納米二氧化硅并加入16g無(wú)水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱(chēng)取O. 10 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超聲lOmin，得到均一穩(wěn)定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙?jiān)谏鲜龌旌弦褐薪min后取出，在室溫環(huán)境中自然干燥24小時(shí)，便得到超疏水紙。用接觸角測(cè)試儀測(cè)試該紙表面的潤(rùn)濕性，結(jié)果表明該表面的水接觸角為153. 0°。該紙表面形貌用掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)紙纖維表面附著大量仿荷葉突起狀結(jié)構(gòu)。見(jiàn)表I。比較例I :
稱(chēng)取O. 25 g納米二氧化硅并加入IOg無(wú)水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱(chēng)取O. 125 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超聲lOmin，得到均一穩(wěn)定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙?jiān)谏鲜龌旌弦褐薪min后取出，在室溫環(huán)境中自然干燥12小時(shí)，得到疏水紙。用接觸角測(cè)試儀測(cè)試該紙表面的潤(rùn)濕性，結(jié)果表明該表面的水接觸角為146. 6°。該紙表面形貌用掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)紙纖維表面附著一定量的仿荷葉突起狀結(jié)構(gòu)。見(jiàn)表I。比較例2 稱(chēng)取O. 50 g納米二氧化硅并加入IOg無(wú)水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱(chēng)取O. 25 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超聲lOmin，得到均一穩(wěn)定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙?jiān)谏鲜龌旌弦褐薪min后取出，在室溫環(huán)境中自然干燥12小時(shí)，便得到超疏水紙。用接觸角測(cè)試儀測(cè)試該紙表面的潤(rùn)濕性，結(jié)果表明該表面的水接觸角為143. 9°。該紙表面形貌用掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)紙纖維表面附著一定量的仿荷葉突起狀結(jié)構(gòu)。見(jiàn)表I?！?br> 表I超疏水涂層制備方法與疏水性能
權(quán)利要求
1.一種超疏水紙，其特征在于所述超疏水紙是在帶有文字或圖片的普通紙表面上構(gòu)建有粒徑為50-100nm的改性納米二氧化硅涂層，其中所述紙表面的水接觸角大于150°，水滴在紙張表面的滾動(dòng)角小于10°。
2.權(quán)利要求I所述超疏水紙的制備方法，步驟是 (1)將粒徑為50-100nm的納米二氧化硅顆粒溶解于無(wú)水乙醇中，制成納米二氧化硅濃度為O. 5-10 wt %的懸浮液，并超聲分散均勻； (2)將改性劑十六烷基三甲氧基硅烷加入步驟(I)制得的懸浮液中，并使十六烷基三甲氧基硅烷的濃度為O. 25-5 wt %，然后超聲分散均勻； (3)將帶有文字或圖片的普通紙張浸潰于步驟(2)制得的溶液中，I-IOmin后將紙取出，在室溫環(huán)境中自然干燥12-48小時(shí)，即得超疏水紙。
3.如權(quán)利要求2所述超疏水紙的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化硅濃度為O. 5-5 wt %。
4.如權(quán)利要求2所述超疏水紙的制備方法，其特征在于，所述十六烷基三甲氧基硅烷的濃度為O. 25-2. 5 wt %。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超疏水紙及其制備方法，所述超疏水紙是在帶有文字或圖片的普通紙表面上構(gòu)建有粒徑為50-100nm的改性納米二氧化硅涂層，其中所述紙表面的水接觸角大于150°，水滴在紙張表面的滾動(dòng)角小于10°。本發(fā)明提供的超疏水紙表面文字與圖片清晰，在自清潔、防水防潮、書(shū)刊等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明提供的紙的制備方法工藝簡(jiǎn)單、成本低、綠色環(huán)保、無(wú)需復(fù)雜的化學(xué)處理、也無(wú)需昂貴的儀器設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)D21H19/40GK102808357SQ2012102949
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者唐新德, 南詩(shī)情, 龐來(lái)學(xué), 張曉 , 朱強(qiáng)強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東交通學(xué)院