CN107401086A - 一种超疏水纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超疏水纸的制备方法，包括以下步骤：S1、预处理；S2、制备偶联剂：将硅烷树脂水解得到偶联剂；S3、搅拌：将偶联剂放入搅拌机内，搅拌，静置，得到偶联剂悬浮液；S4、一次喷涂：将偶联剂悬浮液通过喷涂机均匀喷涂于铜版纸表面上；S5、烘烤：将铜版纸放入恒温烤箱，烘烤得到纸面结构层；S6、制备溶液：向氟醚类溶剂添加纳米氧化硅粉体，用超高速搅拌机进行搅拌，搅拌均匀后，制得溶液；S7、二次喷涂。本发明的优点在于：简便易行，操作简单，设备投资小，可以进行规模化生产，具有良好的应用前景，其接触角可达到170°，而滚动角可达到3°，具有优良的超疏水性能，相比于普通疏水纸，其疏水性能有较大提升。

Description

一种超疏水纸的制备方法
技术领域
本发明涉及超疏水材料技术领域，特别是一种超疏水纸的制备方法。
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。
公开号为CN103711030A的中国专利文献公开了一种超疏水纸张的制备方法，将两种或两种以上的低熔点蜡热融混合，乳化后涂布于纸张表面，经热处理后形成亚微米-微米微观结构，产生超疏水现象，但是超疏水的接触角通常在150°左右，其疏水效果很难再有较大幅度的提升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种超疏水纸的制备方法，该方法简便易行，操作简单，设备投资小，可以进行规模化生产，具有良好的应用前景，其接触角可达到170°，而滚动角可达到3°，具有优良的超疏水性能，相比于普通疏水纸，其疏水性能有较大提升。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种超疏水纸的制备方法，包括以下步骤：
S1、预处理：将400～800目的砂纸固定在打磨机上，用该打磨机在铜版纸上按顺时针旋转，同时施加300～1000g的压力，进行打磨，得到无规则且粗糙的纸面结构；
S2、制备偶联剂：将质量分数为1～5％的硅烷树脂水解得到偶联剂；
S3、搅拌：将偶联剂放入搅拌机内，调节转速为100～200rpm，搅拌10～20min，静置5～7h后，得到偶联剂悬浮液，待用；
S4、一次喷涂：将偶联剂悬浮液通过喷涂机均匀喷涂于铜版纸表面上；
S5、烘烤：将铜版纸放入恒温烤箱，将恒温烤箱温度调节到55～65℃，烘烤4～6min，在铜版纸表面形成一层附着力佳但防水且仍然粗糙的纸面结构层；
S6、制备溶液：向质量分数为5～10％的氟醚类溶剂添加纳米氧化硅粉体，添加量为氟醚类溶剂质量的1～5％，用超高速搅拌机进行搅拌，搅拌速度为1000～1500rpm，搅拌均匀后，静置8～12min，制得溶液；
S7、二次喷涂：将步骤S6制得的溶液通过喷涂机均匀喷涂在步骤S5制得的纸面结构层上，立即放入恒温烤箱内进行烘烤，控制恒温烤箱温度为110～130℃，烘烤4～6min，取出后，冷却至室温，得到超疏水纸。
进一步地，所述硅烷树脂为有机硅烷树脂。
进一步地，所述硅烷树脂的水解步骤为向硅烷树脂加入醋酸，调节pH值至3.5～5.5，水解得到偶联剂。
进一步地，所述氟醚类溶剂为全氟聚醚。
进一步地，步骤S6中，所述纳米氧化硅粉体的粒径为20～50nm。
本发明具有以下优点：
1、用本发明的方法制得的超疏水纸，其接触角可达到170°，而滚动角可达到3°，具有优良的超疏水性能，相比于普通疏水纸，其疏水性能有较大提升。
2、本发明的制备方法简便易行，操作简单，设备投资小，可以进行规模化生产，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
【实施例1】
一种超疏水纸的制备方法，包括以下步骤：
S1、预处理：将400目的砂纸固定在打磨机上，用该打磨机在铜版纸上按顺时针旋转，同时施加300g的压力，进行打磨，得到无规则且粗糙的纸面结构；
S2、制备偶联剂：将质量分数为5％的硅烷树脂水解得到偶联剂，硅烷树脂为有机硅烷树脂；硅烷树脂的水解步骤为向硅烷树脂加入醋酸，调节pH值至3.5，水解得到偶联剂；
S3、搅拌：将偶联剂放入搅拌机内，调节转速为200rpm，搅拌10min，静置7h后，得到偶联剂悬浮液，待用；
S4、一次喷涂：将偶联剂悬浮液通过喷涂机均匀喷涂于铜版纸表面上；
S5、烘烤：将铜版纸放入恒温烤箱，将恒温烤箱温度调节到55℃，烘烤6min，在铜版纸表面形成一层附着力佳但防水且仍然粗糙的纸面结构层；
S6、制备溶液：向质量分数为10％的氟醚类溶剂添加纳米氧化硅粉体，氟醚类溶剂为全氟聚醚，纳米氧化硅粉体的粒径为20nm，添加量为氟醚类溶剂质量的1％，用超高速搅拌机进行搅拌，搅拌速度为1500rpm，搅拌均匀后，静置12min，制得溶液；
S7、二次喷涂：将步骤S6制得的溶液通过喷涂机均匀喷涂在步骤S5制得的纸面结构层上，立即放入恒温烤箱内进行烘烤，控制恒温烤箱温度为110℃，烘烤6min，取出后，冷却至室温，得到超疏水纸。
【实施例2】
一种超疏水纸的制备方法，包括以下步骤：
S1、预处理：将600目的砂纸固定在打磨机上，用该打磨机在铜版纸上按顺时针旋转，同时施加700g的压力，进行打磨，得到无规则且粗糙的纸面结构；
S2、制备偶联剂：将质量分数为1～5％的硅烷树脂水解得到偶联剂，硅烷树脂为有机硅烷树脂；硅烷树脂的水解步骤为向硅烷树脂加入醋酸，调节pH值至4.5，水解得到偶联剂；
S3、搅拌：将偶联剂放入搅拌机内，调节转速为150rpm，搅拌15min，静置6h后，得到偶联剂悬浮液，待用；
S4、一次喷涂：将偶联剂悬浮液通过喷涂机均匀喷涂于铜版纸表面上；
S5、烘烤：将铜版纸放入恒温烤箱，将恒温烤箱温度调节到60℃，烘烤5min，在铜版纸表面形成一层附着力佳但防水且仍然粗糙的纸面结构层；
S6、制备溶液：向质量分数为8％的氟醚类溶剂添加纳米氧化硅粉体，氟醚类溶剂为全氟聚醚，纳米氧化硅粉体的粒径为35nm，添加量为氟醚类溶剂质量的3％，用超高速搅拌机进行搅拌，搅拌速度为1300rpm，搅拌均匀后，静置10min，制得溶液；
S7、二次喷涂：将步骤S6制得的溶液通过喷涂机均匀喷涂在步骤S5制得的纸面结构层上，立即放入恒温烤箱内进行烘烤，控制恒温烤箱温度为120℃，烘烤5min，取出后，冷却至室温，得到超疏水纸。
【实施例3】
一种超疏水纸的制备方法，包括以下步骤：
S1、预处理：将800目的砂纸固定在打磨机上，用该打磨机在铜版纸上按顺时针旋转，同时施加1000g的压力，进行打磨，得到无规则且粗糙的纸面结构；
S2、制备偶联剂：将质量分数为1％的硅烷树脂水解得到偶联剂，硅烷树脂为有机硅烷树脂；硅烷树脂的水解步骤为向硅烷树脂加入醋酸，调节pH值至5.5，水解得到偶联剂；
S3、搅拌：将偶联剂放入搅拌机内，调节转速为100rpm，搅拌20min，静置5h后，得到偶联剂悬浮液，待用；
S4、一次喷涂：将偶联剂悬浮液通过喷涂机均匀喷涂于铜版纸表面上；
S5、烘烤：将铜版纸放入恒温烤箱，将恒温烤箱温度调节到65℃，烘烤4min，在铜版纸表面形成一层附着力佳但防水且仍然粗糙的纸面结构层；
S6、制备溶液：向质量分数为5％的氟醚类溶剂添加纳米氧化硅粉体，氟醚类溶剂为全氟聚醚，纳米氧化硅粉体的粒径为50nm，添加量为氟醚类溶剂质量的5％，用超高速搅拌机进行搅拌，搅拌速度为1000rpm，搅拌均匀后，静置8min，制得溶液；
S7、二次喷涂：将步骤S6制得的溶液通过喷涂机均匀喷涂在步骤S5制得的纸面结构层上，立即放入恒温烤箱内进行烘烤，控制恒温烤箱温度为130℃，烘烤4min，取出后，冷却至室温，得到超疏水纸。
【实施例4】
一种超疏水纸的制备方法，包括以下步骤：
S1、预处理：将500目的砂纸固定在打磨机上，用该打磨机在铜版纸上按顺时针旋转，同时施加800g的压力，进行打磨，得到无规则且粗糙的纸面结构；
S2、制备偶联剂：将质量分数为4％的硅烷树脂水解得到偶联剂，硅烷树脂为有机硅烷树脂；硅烷树脂的水解步骤为向硅烷树脂加入醋酸，调节pH值至5，水解得到偶联剂；
S3、搅拌：将偶联剂放入搅拌机内，调节转速为180rpm，搅拌12min，静置5h后，得到偶联剂悬浮液，待用；
S4、一次喷涂：将偶联剂悬浮液通过喷涂机均匀喷涂于铜版纸表面上；
S5、烘烤：将铜版纸放入恒温烤箱，将恒温烤箱温度调节到62℃，烘烤4min，在铜版纸表面形成一层附着力佳但防水且仍然粗糙的纸面结构层；
S6、制备溶液：向质量分数为8％的氟醚类溶剂添加纳米氧化硅粉体，氟醚类溶剂为全氟聚醚，纳米氧化硅粉体的粒径为40nm，添加量为氟醚类溶剂质量的2％，用超高速搅拌机进行搅拌，搅拌速度为1100rpm，搅拌均匀后，静置9min，制得溶液；
S7、二次喷涂：将步骤S6制得的溶液通过喷涂机均匀喷涂在步骤S5制得的纸面结构层上，立即放入恒温烤箱内进行烘烤，控制恒温烤箱温度为110℃，烘烤6min，取出后，冷却至室温，得到超疏水纸。
按照上述各实施例制备的超疏水纸进行接触角和滚动角测量，并与普通疏水纸进行对比，如下表所示：
接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角，是润湿程度的量度。
滚动角是指液滴在倾斜表面上刚好发生滚动时，倾斜表面与水平面所形成的临界角度。
由上表可知，实施例2为最佳实施例，其接触角达到170°，滚动角为3°，具有优良的超疏水性能，相比于普通疏水纸，其疏水性能有较大提升。

Claims (5)

1.一种超疏水纸的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、预处理：将400～800目的砂纸固定在打磨机上，用该打磨机在铜版纸上按顺时针旋转，同时施加300～1000g的压力，进行打磨，得到无规则且粗糙的纸面结构；
S2、制备偶联剂：将质量分数为1～5％的硅烷树脂水解得到偶联剂；
S3、搅拌：将偶联剂放入搅拌机内，调节转速为100～200rpm，搅拌10～20min，静置5～7h后，得到偶联剂悬浮液，待用；
S4、一次喷涂：将偶联剂悬浮液通过喷涂机均匀喷涂于铜版纸表面上；
S5、烘烤：将铜版纸放入恒温烤箱，将恒温烤箱温度调节到55～65℃，烘烤4～6min，在铜版纸表面形成一层附着力佳但防水且仍然粗糙的纸面结构层；
S6、制备溶液：向质量分数为5～10％的氟醚类溶剂添加纳米氧化硅粉体，添加量为氟醚类溶剂质量的1～5％，用超高速搅拌机进行搅拌，搅拌速度为1000～1500rpm，搅拌均匀后，静置8～12min，制得溶液；
S7、二次喷涂：将步骤S6制得的溶液通过喷涂机均匀喷涂在步骤S5制得的纸面结构层上，立即放入恒温烤箱内进行烘烤，控制恒温烤箱温度为110～130℃，烘烤4～6min，取出后，冷却至室温，得到超疏水纸。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水纸的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述硅烷树脂为有机硅烷树脂。
3.根据权利要求1或2所述的一种超疏水纸的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述硅烷树脂的水解步骤为向硅烷树脂加入醋酸，调节pH值至3.5～5.5，水解得到偶联剂。
4.根据权利要求1所述的一种超疏水纸的制备方法，其特征在于：步骤S6中，所述氟醚类溶剂为全氟聚醚。
5.根据权利要求1所述的一种超疏水纸的制备方法，其特征在于：步骤S6中，所述纳米氧化硅粉体的粒径为20～50nm。
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