一種超疏水紙及其制備方法技術

本發明專利技術公開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角小于10°。本發明專利技術提供的超疏水紙表面文字與圖片清晰，在自清潔、防水防潮、書刊等領域具有十分廣泛的應用前景。本發明專利技術提供的紙的制備方法工藝簡單、成本低、綠色環保、無需復雜的化學處理、也無需昂貴的儀器設備，易于實現產業化。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于納米技術或仿生

技術介紹
紙是日常生活中常見的和不可缺少的物質。紙纖維因其含有親水性基團，具有良好的親水性。對紙的表面進行改性，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，可以提高紙的使用性能，使其具有疏水性和自清潔效應，從而擴大其使用范圍。常用的方法是在紙表面涂布一層石蠟或浙青等防水物質，然而這些紙表面與水的接觸角通常小于120°，且沒有自清潔性。最近也有報道通過石蠟或樹脂的浸涂方法和使用低溫等離子化學沉積法制備改性紙張，然而上述方法都存在一定的問題，前者使處理后的紙張失去了透氣性，也對再利用紙和廢紙處理帶來一定的難度，后者主要是工藝復雜且成本較高。 近年來，超疏水表面引起人們的廣泛關注。超疏水表面一般可以通過兩類技術路線來制備一類是在低表面能的疏水材料表面上構建具有微/納結構的超疏水表面，另一類是在自然界生物的長期進化中形成的，例如許多植物的葉片具有自清潔效應。當雨水落到植物葉片上，表面的灰塵隨著水滴一起滾落，達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、抗凍結等領域具有十分廣泛的應用前景。因此，制備超疏水高透明性紙將進一步提高紙張的使用性能，使其具有疏水性和自清潔效應，可以用來印刷耐水書刊、長期保存的文件、軍事地圖等。
技術實現思路
為克服現有技術的不足，本專利技術提供了一種超疏水且具有自清潔作用的紙，同時提供一種處理方法簡單、安全環保的相關超疏水紙的制備方法。本專利技術所述的超疏水紙，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，在室溫環境中自然干燥12-48小時，即得超疏水紙。其中，所述納米二氧化硅濃度優選為O. 5-5 wt %。其中，所述十六烷基三甲氧基硅烷的濃度優選為O. 25-2. 5 wt %。本專利技術提供的超疏水紙，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建了類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角小于10°。經實驗測定本專利技術的超疏水紙的超疏水性質穩定，表面涂層透明度高，紙上的文字或圖片清晰。長時間放置或保存，超疏水性質和透明度無變化，提示在自清潔、防水防潮、書刊等領域具有十分廣泛的應用前景。本專利技術的超疏水紙的制備操作工藝簡單、成本低、綠色環保、無需復雜的處理步驟，也無需昂貴的儀器設備，易于實現產業化，商業應用價值高。具體實施例方式通過下面給出的本專利技術的具體實施例可以進一步理解本專利技術，但下述實施例并不是對本專利技術的限定。實施例I :稱取O. 20 g納米二氧化硅并加入16g無水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱取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，得到均一穩定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙在上述混合液中浸潰Imin后取出，在室溫環境中自然干燥12小時，便得到超疏水紙。用接觸角測試儀測試該紙表面的潤濕性，結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，發現紙纖維表面附著大量仿荷葉突起狀結構。見表I。實施例2:稱取O. 20 g納米二氧化硅并加入16g無水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱取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，得到均一穩定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙在上述混合液中浸潰Imin后取出，在室溫環境中自然干燥24小時，便得到超疏水紙。用接觸角測試儀測試該紙表面的潤濕性，結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，發現紙纖維表面附著大量仿荷葉突起狀結構。見表I。實施例3:稱取O. 10 g納米二氧化硅并加入16g無水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱取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，得到均一穩定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙在上述混合液中浸潰Imin后取出，在室溫環境中自然干燥12小時，便得到超疏水紙。用接觸角測試儀測試該紙表面的潤濕性，結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，發現紙纖維表面附著大量仿荷葉突起狀結構。見表I。實施例4:稱取O. 20 g納米二氧化硅并加入16g無水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱取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，得到均一穩定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙在上述混合液中浸潰Imin后取出，在室溫環境中自然干燥24小時，便得到超疏水紙。用接觸角測試儀測試該紙表面的潤濕性，結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，發現紙纖維表面附著大量仿荷葉突起狀結構。見表I。比較例I :稱取O. 25 g納米二氧化硅并加入IOg無水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱取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，得到均一穩定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙在上述混合液中浸潰Imin后取出，在室溫環境中自然干燥12小時，得到疏水紙。用接觸角測試儀測試該紙表面的潤濕性，結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，發現紙纖維表面附著一定量的仿荷葉突起狀結構。見表I。比較例2 稱取O. 50 g納米二氧化硅并加入IOg無水乙醇中，將得到的懸浮液超聲lOmin，然后稱取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，得到均一穩定的混合液。再將帶有文字或圖片的打印紙在上述混合液中浸潰Imin后取出，在室溫環境中自然干燥12小時，便得到超疏水紙。用接觸角測試儀測試該紙表面的潤濕性，結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，發現紙纖維表面附著一定量的仿荷葉突起狀結構。見表I。·表I超疏水涂層制備方法與疏水性能權利要求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角小于10°。2.權利要求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. 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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角小于10°。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐新德，南詩情，龐來學，張曉，朱強強，
申請(專利權)人：山東交通學院，
類型：發明
國別省市：