CN102808357A - 一种超疏水纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水纸及其制备方法，所述超疏水纸是在带有文字或图片的普通纸表面上构建有粒径为50-100nm的改性纳米二氧化硅涂层，其中所述纸表面的水接触角大于150°，水滴在纸张表面的滚动角小于10°。本发明提供的超疏水纸表面文字与图片清晰，在自清洁、防水防潮、书刊等领域具有十分广泛的应用前景。本发明提供的纸的制备方法工艺简单、成本低、绿色环保、无需复杂的化学处理、也无需昂贵的仪器设备，易于实现产业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种超疏水纸及其制备方法，属于纳米技术或仿生技术领域。
背景技术
纸是日常生活中常见的和不可缺少的物质。纸纤维因其含有亲水性基团，具有良好的亲水性。对纸的表面进行改性，赋予纸张表面超疏水性能，在纸表面形成近似于仿生的荷叶效应，可以提高纸的使用性能，使其具有疏水性和自清洁效应，从而扩大其使用范围。常用的方法是在纸表面涂布一层石蜡或沥青等防水物质，然而这些纸表面与水的接触角通常小于120°，且没有自清洁性。最近也有报道通过石蜡或树脂的浸涂方法和使用低温等离子化学沉积法制备改性纸张，然而上述方法都存在一定的问题，前者使处理后的纸张失去了透气性，也对再利用纸和废纸处理带来一定的难度，后者主要是工艺复杂且成本较高。
近年来，超疏水表面引起人们的广泛关注。超疏水表面一般可以通过两类技术路线来制备：一类是在低表面能的疏水材料表面上构建具有微/纳结构的超疏水表面，另一类是在自然界生物的长期进化中形成的，例如许多植物的叶片具有自清洁效应。当雨水落到植物叶片上，表面的灰尘随着水滴一起滚落，达到良好的自清洁效果，水滴与表面的接触面“出淤泥而不染”即为典型的代表。由于水珠与超疏水材料表面的接触角非常小且极易表面滚落，因此超疏水性表面在自清洁、防水、防潮、抗冻结等领域具有十分广泛的应用前景。因此，制备超疏水高透明性纸将进一步提高纸张的使用性能，使其具有疏水性和自清洁效应，可以用来印刷耐水书刊、长期保存的文件、军事地图等。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种超疏水且具有自清洁作用的纸，同时提供一种处理方法简单、安全环保的相关超疏水纸的制备方法。
本发明所述的超疏水纸，其特征在于：该纸是在带有文字或图片的普通纸表面上构建有粒径为50-100nm的改性纳米二氧化硅涂层，其中所述纸表面的水接触角大于150°，水滴在纸张表面的滚动角小于10°。
上述超疏水纸的制备方法，步骤是：
（1）将粒径为50-100nm的纳米二氧化硅颗粒溶解于无水乙醇中，制成纳米二氧化硅浓度为0.5-10 wt %的悬浮液，并超声分散均匀；
（2）将改性剂十六烷基三甲氧基硅烷加入步骤（1）制得的悬浮液中，并使十六烷基三甲氧基硅烷的浓度为0.25-5 wt %，然后超声分散均匀；
（3）将带有文字或图片的普通纸张浸渍于步骤（2）制得的溶液中，1-10min后将纸取出，在室温环境中自然干燥12-48小时，即得超疏水纸。
其中，所述纳米二氧化硅浓度优选为0.5-5 wt %。
其中，所述十六烷基三甲氧基硅烷的浓度优选为0.25-2.5 wt %。
本发明提供的超疏水纸，以改性二氧化硅颗粒为原料在带有文字或图片的普通纸上构建了类荷叶状的超疏水表面，该纸表面的水与接触角大于150°，水滴在纸张表面的滚动角小于10°。经实验测定：本发明的超疏水纸的超疏水性质稳定，表面涂层透明度高，纸上的文字或图片清晰。长时间放置或保存，超疏水性质和透明度无变化，提示在自清洁、防水防潮、书刊等领域具有十分广泛的应用前景。
本发明的超疏水纸的制备操作工艺简单、成本低、绿色环保、无需复杂的处理步骤，也无需昂贵的仪器设备，易于实现产业化，商业应用价值高。
具体实施方式
通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步理解本发明，但下述实施例并不是对本发明的限定。
实施例1：
称取0.20 g纳米二氧化硅并加入16g无水乙醇中，将得到的悬浮液超声10min，然后称取0.10 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超声10min，得到均一稳定的混合液。再将带有文字或图片的打印纸在上述混合液中浸渍1min后取出，在室温环境中自然干燥12小时，便得到超疏水纸。用接触角测试仪测试该纸表面的润湿性，结果表明该表面的水接触角为151.5°。该纸表面形貌用扫描电镜观察，发现纸纤维表面附着大量仿荷叶突起状结构。见表1。
实施例2：
称取0.20 g纳米二氧化硅并加入16g无水乙醇中，将得到的悬浮液超声10min，然后称取0.10 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超声10min，得到均一稳定的混合液。再将带有文字或图片的打印纸在上述混合液中浸渍1min后取出，在室温环境中自然干燥24小时，便得到超疏水纸。用接触角测试仪测试该纸表面的润湿性，结果表明该表面的水接触角为151.3°。该纸表面形貌用扫描电镜观察，发现纸纤维表面附着大量仿荷叶突起状结构。见表1。
实施例3：
称取0.10 g纳米二氧化硅并加入16g无水乙醇中，将得到的悬浮液超声10min，然后称取0.05 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超声10min，得到均一稳定的混合液。再将带有文字或图片的打印纸在上述混合液中浸渍1min后取出，在室温环境中自然干燥12小时，便得到超疏水纸。用接触角测试仪测试该纸表面的润湿性，结果表明该表面的水接触角为153.2°。该纸表面形貌用扫描电镜观察，发现纸纤维表面附着大量仿荷叶突起状结构。见表1。
实施例4：
称取0.20 g纳米二氧化硅并加入16g无水乙醇中，将得到的悬浮液超声10min，然后称 取0.10 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超声10min，得到均一稳定的混合液。再将带有文字或图片的打印纸在上述混合液中浸渍1min后取出，在室温环境中自然干燥24小时，便得到超疏水纸。用接触角测试仪测试该纸表面的润湿性，结果表明该表面的水接触角为153.0°。该纸表面形貌用扫描电镜观察，发现纸纤维表面附着大量仿荷叶突起状结构。见表1。
比较例1：
称取0.25 g纳米二氧化硅并加入10g无水乙醇中，将得到的悬浮液超声10min，然后称取0.125 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超声10min，得到均一稳定的混合液。再将带有文字或图片的打印纸在上述混合液中浸渍1min后取出，在室温环境中自然干燥12小时，得到疏水纸。用接触角测试仪测试该纸表面的润湿性，结果表明该表面的水接触角为146.6°。该纸表面形貌用扫描电镜观察，发现纸纤维表面附着一定量的仿荷叶突起状结构。见表1。
比较例2：
称取0.50 g纳米二氧化硅并加入10g无水乙醇中，将得到的悬浮液超声10min，然后称取0.25 g十六烷基三甲氧基硅烷，并加入到上述混合液中，再超声10min，得到均一稳定的混合液。再将带有文字或图片的打印纸在上述混合液中浸渍1min后取出，在室温环境中自然干燥12小时，便得到超疏水纸。用接触角测试仪测试该纸表面的润湿性，结果表明该表面的水接触角为143.9°。该纸表面形貌用扫描电镜观察，发现纸纤维表面附着一定量的仿荷叶突起状结构。见表1。
表1 超疏水涂层制备方法与疏水性能
Claims (4)
1.一种超疏水纸，其特征在于：所述超疏水纸是在带有文字或图片的普通纸表面上构建有粒径为50-100nm的改性纳米二氧化硅涂层，其中所述纸表面的水接触角大于150°，水滴在纸张表面的滚动角小于10°。
2.权利要求1所述超疏水纸的制备方法，步骤是：
（1）将粒径为50-100nm的纳米二氧化硅颗粒溶解于无水乙醇中，制成纳米二氧化硅浓度为0.5-10 wt %的悬浮液，并超声分散均匀；
（2）将改性剂十六烷基三甲氧基硅烷加入步骤（1）制得的悬浮液中，并使十六烷基三甲氧基硅烷的浓度为0.25-5 wt %，然后超声分散均匀；
（3）将带有文字或图片的普通纸张浸渍于步骤（2）制得的溶液中，1-10min后将纸取出，在室温环境中自然干燥12-48小时，即得超疏水纸。
3.如权利要求2所述超疏水纸的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅浓度为0.5-5 wt %。
4.如权利要求2所述超疏水纸的制备方法，其特征在于，所述十六烷基三甲氧基硅烷的浓度为0.25-2.5 wt %。
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