[發明專利]一種超疏水紙張的制備方法

有效

• 申請號: 201310697984.9
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103711030A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 肖惠寧;章偉偉;錢麗穎;何北海
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: D21H19/18
• 分類號: D21H19/18;D21H25/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

技術領域

本發明涉及紙張后加工的技術領域，特別涉及一種超疏水紙張的制備方法。

背景技術

超疏水表面是指水的靜態接觸角大于150°，滑動角小于10°的表面。自然界中存在許多的超疏水現象，包括許多植物葉面、禽類羽毛、昆蟲翅膀等。這些動植物的表面不僅覆蓋有疏水性的油脂或蠟質，同時具有微米-納米的二級結構，因此和水的接觸面積顯著降低，產生了超疏水現象。超疏水表面具有自凈、防雪、防腐、防氧化等特性，在工業生產和人們的日常生活中有著巨大的應用前景。受“荷葉效應”的啟發，目前制備超疏水表面主要通過降低固體表面的自由能，或增加粗糙度，或兩者同時進行。當然，超疏水表面的制備也受到固體自身的物理化學性質的影響。例如金屬超疏水表面可用化學腐蝕法，高聚物超疏水表面可用靜電紡絲等。

相對而言，作為包裝材料的紙和紙板的物理強度和化學穩定性較差，因此許多超疏水的新制備方法相應提出，如氟化納米二氧化硅、含氟長鏈硅氧烷等可應用于紙張表面涂布，或者自由基聚合、等離子體刻蝕后再進行氟化反應等可應用于紙張表面纖維的疏水改性。但上述方法中包含了含氟化合物或有機溶劑等非綠色環保的化學試劑，原料較為昂貴，制備工藝和程序相對復雜，工業化生產的可行性較小。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種超疏水紙張的制備方法，不涉及任何含氟化學品或有機溶劑，操作簡單，原料易得，適宜工業化連續生產應用。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種超疏水紙張的制備方法，包括以下步驟：

（1）將兩種或兩種以上具有不同熔點的蠟質進行熱融混合，融合的溫度高于任一種蠟質的熔點溫度，融合后的蠟質在乳化劑和均質器的作用下乳化成濃度為10wt%-20wt%乳液；

（2）將步驟（1）得到的乳液涂布在紙張表面，在室溫下干燥，得到涂布紙張；

（3）將步驟（2）得到的涂布紙張置于40℃～80℃進行熱處理1～24h，得到超疏水紙張。

步驟（1）所述乳化劑的用量為融合后的蠟質的0.1wt%～2wt%。

所述蠟質為動物蠟、植物蠟、礦物蠟或合成蠟。

本發明的原理如下：本發明采用的混合蠟乳液涂布在紙張表面后能夠產生微米級的微觀結構。由于含有不同的熔點的蠟質，在適宜的溫度下，混合蠟形成部分固體-部分液體的狀態。液態蠟質部分從混合蠟中溶出，進而進一步融合，固體部分保持原有的骨架結構，上述相分離過程實現了亞微米級的微觀結構，與之前的微米級的蠟顆粒共同形成了亞微米-微米的二級微觀結構，從而產生超疏水現象。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

（1）本發明使用的原料是具有不同熔點的兩種或兩種以上蠟質，可以為動物蠟、植物蠟、礦物蠟或合成蠟，原料易得。蠟質的表面能相對較低，因而無需進一步氟化處理。

（2）本發明將混合蠟質以乳液的形式涂布在紙張表面，以適應常規的涂布操作，不需要其他任何有機溶劑，既降低了生產成本，又不會產生任何對環境有害的副產物。

（3）本發明的亞微米-微米的二級結構通過熱處理得到，無需其他物質的輔助，因此超疏水表面生成的速度快，成本低，適合大規模的工業生產。

附圖說明

圖1為本發明的實施例1的熱處理前的紙張的表面微觀結構。

圖2為本發明的實施例1的熱處理后的紙張的表面微觀結構。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

將蜂蠟（熔點約61℃）和棕櫚蠟（熔點約82℃）以5:5的質量比在90±5℃進行熱融混合，然后加入90±5℃0.1wt%的溴化十六烷基三甲胺（乳化劑，CTAB）溶液，用均質器將混合蠟質分散成濃度為10wt%蠟質乳液。然后將該乳液涂布在紙張表面，室溫下干燥。最后將干燥的涂布紙張在70℃下熱處理4h即可得到超疏水紙張。經接觸角儀器測定，該超疏水紙張的接觸角為161.7±3.0°，滑動角為9.7°。

熱處理前后的紙張的表面微觀結構分別如圖1、2所示，可以看出，熱處理之后基本能保持原本混合蠟乳液的球形顆粒狀，為微米級結構，同時在球狀顆粒上又生成了孔狀，為亞微米結構。兩者共同形成了微米-亞微米的二級結構，與荷葉表面的微觀二級結構相似，是超疏水界面的重要保證。

實施例2