CN108745427B - 一种纸基材料中亲水性流道的制备方法 - Google Patents

一种纸基材料中亲水性流道的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纸基材料中亲水性流道的制备方法，采用线性纤维素基材作为亲水性流道，对线性纤维素基材进行亲水处理；植物纤维原料进行疏水化处理作为疏水基底；亲水线性纤维素基材固定在成型网上并进行疏解之后倒入成型桶过滤脱水后压榨；将压榨后的湿纸幅再进行压榨干燥；得到以亲水性的线性纤维素基材作为亲水流道的纸基材料，能够形成形状均匀且具有芯吸作用的亲水性流道，并优化线性纤维素基材的亲水处理条件，在纸基材料的制作过程中添加亲水性流道的原材料，使得亲水性流道与纸基材料同步生成，所用原材料廉价易得，携带方便，且具有一定的机械强度，制备过程简单，具有一定的社会和经济效益。

Description

一种纸基材料中亲水性流道的制备方法
技术领域
本发明属于纸基微流体领域，具体涉及一种纸基材料中亲水性流道的制备方法。
背景技术
纸基材料存在成本较低、来源丰富、易于携带和存储、生物相容性好、制备简单等优点，特别是其自身存在毛细作用力，无需外置泵即可实现对液体的分离和混合等操作，在即时检测技术的纸基微流体装置中有广泛的应用。在以纸张为基底的微流体装置中，通常是对纸张进行图案化处理，在特定区域制造出疏水隔离带，形成具有一定结构的亲疏水微细通道网络，不需外置泵来驱动，仅依靠纸张的毛细作用实现对流体的分离，混合，过滤，甚至延迟等操作，从而实现特定的分析。据报道，以纸张为基底的微流体装置中流道的制作方法主要分为紫外光刻法、喷墨打印法、等离子体处理法、蜡染印刷法、丝网印刷法、激光处理法等。目前大多都是对纸张的后加工处理，制备过程复杂，成本较高，实现对纸基材料中流道结构等的调控较困难，难以实现批量化生产。关于纸基微流体的研究报道虽然很多，但从造纸过程中对纸基材料改进的研究却相对较少。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种纸基材料中亲水性流道的制备方法，省略需要纸张后处理的复杂步骤，在纸基材料的制作过程中添加亲水性流道的原材料，使得亲水性流道与纸基材料同步生成，本发明采用的原材料容易取得，成本低廉，易于携带，该制备方法制作简单，无需昂贵试剂和设备，有望实现批量化生产。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种纸基材料中亲水性流道的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，取线性纤维素基材，对线性纤维素基材进行亲水处理，再进行烘干；
步骤2，疏水基底所需的纤维原料进行疏水化处理；
步骤3，将步骤1处理过的线材作为亲水流道固定在成型网上，疏解步骤2处理过的浆料，再将疏解后的浆料倒入成型桶过滤脱水；
步骤4，将步骤3滤水后的湿纸幅转移到干布上，压榨湿纸幅；
步骤5，将步骤4压榨后的湿纸幅再进行压榨干燥得到纸基材料的亲水性流道。
步骤1中所述的线性纤维素基材采用毛线、棉线或丝线。
步骤1中，使用质量分数为1％～5％的氢氧化钠碱溶液在60℃～100℃下处理不同材质的线材，去除线性纤维素基材表面的蜡。
疏水基底的纸张的定量为80g/m2。
步骤2中，使用稀释过的AKD溶液处理针叶木浆，固含量15％的AKD溶液稀释10倍。
步骤4中，压力0.06MPa，加压时间5min。
步骤5中，压榨干燥的真空度为1.0MPa，温度为105±5℃。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：以亲水性的线性纤维素基材作为亲水流道的纸基材料，能够形成形状均匀且具有芯吸作用的亲水性流道，并优化线性纤维素基材的亲水处理条件，疏水纸基材料所用原材料廉价易得，携带方便，且具有一定的机械强度，制备过程简单，可应用于不发达国家或资源匮乏地区，具有一定的社会和经济效益；本发明通过对棉线的亲水处理，在80℃下于2％的氢氧化钠碱溶液中处理棉线1.5h流道的芯吸距离最大。
附图说明
图1为液体在毛线中流动的光学显微图片。
图2为液体在棉线中流动的光学显微图片。
图3为不同处理条件对棉线吸液速度的影响。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明进一步详细解释。
线性纤维素基材也是常用于制造医疗保健和环境测定的低成本和低体积微流体诊断装置材料，线性纤维素基材成本低，经济环保，毛细作用明显，无需外部泵送，此外，与纸张相比，线性纤维素基材作为即时检测的诊断基材还有其独特的优势，较强的拉伸强度和柔韧性，而且可以直接利用线构建各种结构的3D微流体通道，无需特意制造疏水隔离带，省去了昂贵、繁琐的微流体通道加工过程，大大简化了加工工艺，有效降低了制作成本，线性纤维素基材还可与其他材料一起使用，例如缝合到各种支撑材料上以流体输送通道，以制造轻质和可嵌入的系统。
本发明提出采用埋线法在造纸过程中形成亲水性通道，通过对不同的线进行亲水化处理、对纸张进行疏水化处理，探索在纸张中形成流道的最佳方法，并进一步研究影响流道中液体流速的因素，从而使即时检测纸基材料中流道获得良好的性能，满足对不同液体、不同检测方法的需求。
一种带有亲水性流道的纸基材料，包括疏水基底和亲水流道，其中疏水基底由针叶木纤维制备的纸张制备，疏水基底纸张的定量为80g/m2，亲水性线性纤维素基材作为流道。
一种纸基材料中亲水性流道的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，取线性纤维素基材，对线性纤维素基材进行亲水处理，再进行烘干；使用质量分数为1％～5％的氢氧化钠碱溶液，去除线性纤维素基材表面的蜡；在60～100℃温度下处理相应的时间，之后用水反复清洗至中性，在105℃的烘箱中烘5min备用
步骤2，疏水基底所需的纤维原料进行疏水化处理；使用稀释过的AKD溶液处理针叶木浆，固含量15％的AKD溶液稀释10倍；
步骤3，将步骤1处理过的线材作为亲水流道固定在成型网上，疏解步骤2处理过的浆料，再将疏解后的浆料倒入成型桶过滤脱水；
步骤4，将步骤3滤水后的湿纸幅转移到干布上，压榨湿纸幅；压力0.06MPa，加压时间5min。
步骤5，将步骤4压榨后的湿纸幅再进行压榨干燥；压榨干燥的真空度为1.0MPa，温度为105±5℃。
步骤1中所述的线性纤维素基材采用毛线、棉线或丝线，
本发明优选的线性纤维素基材采用棉线。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明；本发明中液体在毛线中流动的光学显微图片如图1所示，液体在棉线中流动的光学显微图片如图2所示，采用不同处理条件对棉线吸液速度的影响，如图3所示。
针叶木浆料为风干下的浆料，计算出需要的绝干量，再根据水分算风干量。
实施例1：
步骤1，将长度20cm的毛线浸入事先配制好的浓度为2％的氢氧化钠溶液中，在70℃温度下处理1h，之后用水反复清洗至中性，在105℃的烘箱中烘5min备用；
步骤2，取固含量为15％的AKD溶液，稀释10倍备用。称取绝干为2.54g针叶木浆料，倒入稀释后的AKD溶液，使浆料全部被浸没，10min后取出浆料，在流水下洗净；
步骤3，将步骤1处理过的棉线固定在成型网上，采用标准纤维疏解机疏解步骤2处理过的浆料20000转，将此悬浮液倒入成型桶后，过滤脱水；
步骤4，将湿纸幅转移到干布上，采用纸页压榨机压榨湿纸页5min，压力为0.06MPa；
步骤5，将步骤4埋入棉线的纸张按照常规方法进行压榨干燥，真空度为1.0MPa，温度为105±5℃。
实施例1中处理过的毛线亲水性明显增强，可以很快输送流体；以毛线为亲水流道的纸基材料也可输送流体，但由于毛线本身容易起毛、起球，成纱表面粗糙，纤维排布杂乱，因此液体在毛线中的流动是比较杂乱的，且液体并没有完全浸润毛线，只在毛线的部分区域流动。
实施例2：
步骤1，将长度20cm的棉线浸入事先配制好的浓度为1％的氢氧化钠溶液中，在60℃下处理1h，之后用水反复清洗至中性，在105℃的烘箱中烘5min备用；
步骤2，取固含量为15％的AKD溶液，稀释10倍备用。称取绝干为2.54g针叶木浆料，倒入稀释后的AKD溶液，使浆料全部被浸没，10min后取出浆料，在流水下洗净；
步骤3，将步骤1处理过的棉线固定在成型网上，采用标准纤维疏解机疏解步骤2处理过的浆料20000r，将此悬浮液倒入成型桶后，过滤脱水；
步骤4，将湿纸幅转移到干布上，采用纸页压榨机压榨湿纸页5min，压力为0.06MPa；
步骤5，将步骤4埋入棉线的纸张按照常规方法进行压榨干燥，真空度为1.0MPa，温度为105±5℃。
实施例2处理过的棉线亲水性明显增强，可以很快输送流体；以棉线为亲水流道的纸基材料也可输送流体；棉线本身表面光洁，纤维排布规则，纤维间结合比较紧密，因此液体的流动比较均匀，且液体流过部分棉线全部被润湿，滴加20μL液体，润湿棉线的距离达8cm。
实施例3：
步骤1，将长度20cm的棉线浸入事先配制好的浓度为2％的氢氧化钠溶液中，在80℃下处理1.5h，之后用水反复清洗至中性，在105℃的烘箱中烘5min备用；
步骤2，取固含量为15％的AKD溶液，稀释10倍备用。称取绝干为2.54g针叶木浆料，倒入稀释后的AKD溶液，使浆料全部被浸没，10min后取出浆料，在流水下洗净；
步骤3，将步骤1处理过的棉线固定在成型网上，采用标准纤维疏解机疏解步骤2处理过的浆料20000转，将此悬浮液倒入成型桶后，过滤脱水；
步骤4，将湿纸幅转移到干布上，采用纸页压榨机压榨湿纸页5min，压力为0.06MPa；
步骤5，将步骤4埋入棉线的纸张按照常规方法进行压榨干燥，真空度为1.0MPa，温度为105±5℃。
实施例3处理过的棉线亲水性明显增强，可以很快输送流体；以棉线为亲水流道的纸基材料也可输送流体，且液体流过部分棉线全部被润湿，滴加20μL液体，润湿棉线的距离达10cm。
实施例4：
步骤1，将长度20cm的丝线浸入事先配制好的浓度为2％的氢氧化钠溶液中，在70℃下处理2h，之后用水反复清洗至中性，在105℃的烘箱中烘5min备用；
步骤2，取固含量为15％的AKD溶液，稀释10倍备用，称取绝干为2.54g针叶木浆料，倒入稀释后的AKD溶液，使浆料全部被浸没，10min后取出浆料，在流水下洗净；
步骤3，将步骤1处理过的棉线固定在成型网上，采用标准纤维疏解机对步骤2处理过的浆料进行疏解，20000转，将此悬浮液倒入成型桶后，过滤脱水；
步骤4，将湿纸幅转移到干布上，采用纸页压榨机压榨湿纸页5min，压力为0.06MPa；
步骤5，将步骤4埋入棉线的纸张按照常规方法进行压榨干燥，真空度为1.0MPa，温度为105±5℃。
实施例4中处理过的丝线亲水明显增强，可以很快输送流体；以丝线为亲水流道的纸基材料却无法输送流体，毛细现象不明显。
本发明优选的，采用棉线制备亲水性流道。

Claims (4)

1.一种纸基材料中亲水性流道的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，取线性纤维素基材，对线性纤维素基材进行亲水处理，再进行烘干；
步骤2，疏水基底所需的纤维原料进行疏水化处理；
步骤3，将步骤1处理过的线材固定在成型网上，疏解步骤2处理过的浆料，再将疏解后的浆料倒入成型桶过滤脱水；
步骤4，将步骤3滤水后的湿纸幅转移到干布上，压榨湿纸幅；
步骤5，将步骤4压榨后的湿纸幅再进行压榨干燥得到纸基材料的亲水性流道；
步骤1中所述的线性纤维素基材采用毛线、棉线或丝线；使用质量分数为1％～5％的氢氧化钠碱溶液在60℃～100℃下处理不同材质的线材，去除线性纤维素基材表面的蜡；步骤2中，纤维原料用针叶木浆料，使用稀释过的AKD溶液处理针叶木浆料，固含量15％的AKD溶液稀释10倍。
2.根据权利要求1所述的纸基材料中亲水性流道的制备方法，其特征在于，疏水基底的纸张的定量为80g/m2。
3.根据权利要求1所述的纸基材料中亲水性流道的制备方法，其特征在于，步骤4中，压力0.06MPa，加压时间5min。
4.根据权利要求1所述的纸基材料中亲水性流道的制备方法，其特征在于，步骤5中，压榨干燥的真空度为1.0MPa，温度为105±5℃。
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