CN103711030B - 一种超疏水纸张的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水纸张的制备方法，包括以下步骤：（1）将两种或两种以上具有不同熔点的蜡质进行热融混合，融合的温度高于任一种蜡质的熔点温度，融合后的蜡质在乳化剂和均质器的作用下乳化成乳液；（2）将步骤（1）得到的乳液涂布在纸张表面，在室温下干燥，得到涂布纸张；（3）将步骤（2）得到的涂布纸张置于40℃～80℃进行热处理1～24h，得到超疏水纸张。本发明的制备方法不涉及任何含氟化学品或有机溶剂，操作简单，原料易得，适宜工业化连续生产应用。

Description

一种超疏水纸张的制备方法
技术领域
本发明涉及纸张后加工的技术领域，特别涉及一种超疏水纸张的制备方法。
背景技术
超疏水表面是指水的静态接触角大于150°，滑动角小于10°的表面。自然界中存在许多的超疏水现象，包括许多植物叶面、禽类羽毛、昆虫翅膀等。这些动植物的表面不仅覆盖有疏水性的油脂或蜡质，同时具有微米-纳米的二级结构，因此和水的接触面积显著降低，产生了超疏水现象。超疏水表面具有自净、防雪、防腐、防氧化等特性，在工业生产和人们的日常生活中有着巨大的应用前景。受“荷叶效应”的启发，目前制备超疏水表面主要通过降低固体表面的自由能，或增加粗糙度，或两者同时进行。当然，超疏水表面的制备也受到固体自身的物理化学性质的影响。例如金属超疏水表面可用化学腐蚀法，高聚物超疏水表面可用静电纺丝等。
相对而言，作为包装材料的纸和纸板的物理强度和化学稳定性较差，因此许多超疏水的新制备方法相应提出，如氟化纳米二氧化硅、含氟长链硅氧烷等可应用于纸张表面涂布，或者自由基聚合、等离子体刻蚀后再进行氟化反应等可应用于纸张表面纤维的疏水改性。但上述方法中包含了含氟化合物或有机溶剂等非绿色环保的化学试剂，原料较为昂贵，制备工艺和程序相对复杂，工业化生产的可行性较小。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种超疏水纸张的制备方法，不涉及任何含氟化学品或有机溶剂，操作简单，原料易得，适宜工业化连续生产应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种超疏水纸张的制备方法，包括以下步骤：
（1）将两种或两种以上具有不同熔点的蜡质进行热融混合，融合的温度高于任一种蜡质的熔点温度，融合后的蜡质在乳化剂和均质器的作用下乳化成浓度为10wt%-20wt%乳液；
（2）将步骤（1）得到的乳液涂布在纸张表面，在室温下干燥，得到涂布纸张；
（3）将步骤（2）得到的涂布纸张置于40℃～80℃进行热处理1～24h，得到超疏水纸张。
步骤（1）所述乳化剂的用量为融合后的蜡质的0.1wt%～2wt%。
所述蜡质为动物蜡、植物蜡、矿物蜡或合成蜡。
本发明的原理如下：本发明采用的混合蜡乳液涂布在纸张表面后能够产生微米级的微观结构。由于含有不同的熔点的蜡质，在适宜的温度下，混合蜡形成部分固体-部分液体的状态。液态蜡质部分从混合蜡中溶出，进而进一步融合，固体部分保持原有的骨架结构，上述相分离过程实现了亚微米级的微观结构，与之前的微米级的蜡颗粒共同形成了亚微米-微米的二级微观结构，从而产生超疏水现象。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明使用的原料是具有不同熔点的两种或两种以上蜡质，可以为动物蜡、植物蜡、矿物蜡或合成蜡，原料易得。蜡质的表面能相对较低，因而无需进一步氟化处理。
（2）本发明将混合蜡质以乳液的形式涂布在纸张表面，以适应常规的涂布操作，不需要其他任何有机溶剂，既降低了生产成本，又不会产生任何对环境有害的副产物。
（3）本发明的亚微米-微米的二级结构通过热处理得到，无需其他物质的辅助，因此超疏水表面生成的速度快，成本低，适合大规模的工业生产。
附图说明
图1为本发明的实施例1的热处理前的纸张的表面微观结构。
图2为本发明的实施例1的热处理后的纸张的表面微观结构。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将蜂蜡（熔点约61℃）和棕榈蜡（熔点约82℃）以5:5的质量比在90±5℃进行热融混合，然后加入90±5℃0.1wt%的溴化十六烷基三甲胺（乳化剂，CTAB）溶液，用均质器将混合蜡质分散成浓度为10wt%蜡质乳液。然后将该乳液涂布在纸张表面，室温下干燥。最后将干燥的涂布纸张在70℃下热处理4h即可得到超疏水纸张。经接触角仪器测定，该超疏水纸张的接触角为161.7±3.0°，滑动角为9.7°。
热处理前后的纸张的表面微观结构分别如图1、2所示，可以看出，热处理之后基本能保持原本混合蜡乳液的球形颗粒状，为微米级结构，同时在球状颗粒上又生成了孔状，为亚微米结构。两者共同形成了微米-亚微米的二级结构，与荷叶表面的微观二级结构相似，是超疏水界面的重要保证。
实施例2
将蜂蜡和棕榈蜡以7:3的质量比在90±5℃进行热融混合，然后加入90±5℃2wt%的CTAB溶液，用均质器将混合蜡质分散成浓度为20wt%的蜡质乳液。然后将该乳液涂布在纸张表面，室温下干燥。最后将干燥的涂布纸张在40℃下处理24h即可得到超疏水纸张。经接触角仪器测定，该超疏水纸张的接触角为159.7±1.3°，滑动角为5.3°。
实施例3
将虫蜡和棕榈蜡以5:5的质量比在90±5℃进行热融混合，然后加入90±5℃0.5wt%的CTAB溶液，用均质器将混合蜡质分散成蜡质乳液。然后将该乳液涂布在纸张表面，室温下干燥。最后将干燥的涂布纸张在80℃下热处理1h即可得到超疏水纸张。经接触角仪器测定，该超疏水纸张的接触角为162.1±3.6°，滑动角为5.6°。
实施例4
将蜂蜡和小烛树蜡以7:3的质量比在90±5℃进行热融混合，然后加入90±5℃0.1wt%的CTAB溶液，用均质器将混合蜡质分散成蜡质乳液。然后将该乳液涂布在纸张表面，室温下干燥。最后将干燥的涂布纸张在65℃下热处理12h即可得到超疏水纸张。经接触角仪器测定，该超疏水纸张的接触角为155.7±2.4°，滑动角为8.3°。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，如蜡质还可以为其他动物蜡（虫蜡、羊毛蜡等），其他植物蜡（小烛树蜡、米糠蜡、甘蔗蜡等）、还可以为矿物蜡（固体石蜡、褐煤蜡）或合成蜡（聚乙烯蜡、酰胺蜡）。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种超疏水纸张的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将两种或两种以上具有不同熔点的蜡质进行热融混合，融合的温度高于任一种蜡质的熔点温度，融合后的蜡质形成部分固体-部分液体的状态；
融合后的蜡质在乳化剂和均质器的作用下乳化成浓度为10wt％～20wt％乳液；所述蜡质为动物蜡、植物蜡、矿物蜡或合成蜡；
(2)将步骤(1)得到的乳液涂布在纸张表面，在室温下干燥，得到涂布纸张；
(3)将步骤(2)得到的涂布纸张置于40℃～80℃进行热处理1～24h，得到超疏水纸张。
2.根据权利要求1所述的超疏水纸张的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述乳化剂的用量为融合后的蜡质的0.1wt％～2wt％。
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