一种超疏水纸张及其制备方法与流程

本发明属于超疏水纸张技术领域，尤其涉及一种超疏水纸张及其制备方法。

背景技术：

超疏水纸张是指纸张表面与水接触时所形成的接触角大于150°，滚动角小于10°的疏水纸。受“荷叶效应”的启发，超疏水表面的制备主要通过以下两种途径，一种是在具有低表面能的疏水性材料表面进行粗糙化处理；另一种是在具有一定粗糙度的表面上修饰低表面能物质，其中微-纳米的分级结构和低表面能的物质是构建超疏水纸张的关键。超疏水纸张具有自清洁、防腐等性质，在工业化生产中具有很大的应用前景。

目前超疏水纸张主要是采用涂布、喷涂或浸渍具有微-纳米结构的低表面能物质来进行制备。如：专利申请号为200710192404.5一种超疏水纸及其制备方法专利中提到，将一定量的石蜡溶解于无水乙醇中，向其中加入热水并搅拌，再将纸张浸渍于石蜡溶液中制得超疏水纸。但使用热水将加大能耗，并且蜡类物质对纸张的浸渍不利于纸张的回收利用；专利申请号为201210294961.9一种超疏水纸及其制备方法专利中提到，将纳米二氧化硅加入到无水乙醇中，超声分散后，向其中加入十六烷基三甲氧基硅烷对纳米二氧化硅进行疏水改性，再将纸张浸渍于改性纳米二氧化硅乙醇悬浮液中制得超疏水纸。但纳米二氧化硅对纸张的粘附力差，涂层容易被破坏；专利申请号为201210286775.0基于超疏水二氧化硅与树脂的超疏水涂层的制备方法专利中提到，将树脂涂在载玻片上作为基底，将超疏水二氧化硅粘到树脂上，树脂固化后制得超疏水涂层。但树脂需要改性处理，合成工艺复杂，并且适用范围窄，综合成本相对较高；专利申请号为201310697984.9一种超疏水纸张的制备方法专利中提到，将两种或两种以上具有不同熔点的蜡质进行热融混合，融合后将其乳化成乳液，再涂布到纸张上制得超疏水纸张。但制备工艺和程序相对复杂，并且不利于纸张的回收利用。

因此，研发出一种超疏水纸张及其制备方法，用于解决现有技术中存在制备工艺和程序相对复杂，超疏水涂层的耐刮擦性能较差，含氟类聚合物危害人体健康，蜡类物质浸渍不利于纸张回收利用的技术缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种超疏水纸张及其制备方法，用于解决现有技术中存在的缺陷，所提供的技术方案原料简单、操作工艺简便、绿色环保以及产品易于回收利用。所制备的纸张具有良好的疏水效果，同时具有良好的耐刮擦性能；经测试，所制备超疏水纸张在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，纸张对水滴的接触角的变化值在5°以内。

所制备的超疏水纸张包括基纸、底涂层和面涂层，所述底涂层为成膜材料层，所述面涂层为疏水材料层。

本发明提供了一种超疏水纸张的制备方法，所述制备方法为：在基纸上涂布底涂涂料，然后喷涂面涂涂料，烘干后得到超疏水纸张。

优选的，所述底涂涂料包括成膜材料和助剂；以质量份计，所述底涂涂料包括成膜材料85-95份，助剂5-15份。

更优选的，所述成膜材料为天然淀粉、改性淀粉、瓜尔胶、海藻酸钠、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、树脂和胶乳中的一种或多种。

更优选的，所述助剂为异氰酸酯、醛类化合物、乙烯砜类化合物、硼酸、硼砂类化合物、金属离子类化合物、偏磷酸盐和碳酸锆盐中的一种或多种。

优选的，所述面涂涂料包括疏水材料和醇类溶剂；以质量份计，所述面涂涂料包括疏水材料1-5份，醇类溶剂95-99份。

更优选的，所述疏水材料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙和纳米氧化锌中的一种或多种。

更优选的，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇和异丁醇中的一种或多种。

优选的，所述基纸包括打印纸、双胶纸、书写纸、喷墨打印纸、预涂纸、铜版纸、轻量涂布纸、牛皮纸或空气过滤纸，定量为80-220g/m²。

优选的，所述底涂的涂布方式为辊式涂布、计量棒涂布、气刀涂布、刮刀涂布或帘式涂布，所述底涂涂料的固含量为10-50%，所述底涂的单面涂布量为2-8g/m²。

优选的，所述面涂的涂布方式为喷涂涂布，所述面涂涂料的固含量为1-5%，所述面涂的单面涂布量为4-10g/m²。

优选的，所述烘干的方法为热风干燥，所述热风干燥的温度为70-140℃。

本发明还提供了一种以上任一项所述的制备方法得到的超疏水纸张。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）所提供的技术方案原料简单、操作工艺简便、绿色环保以及产品易于回收利用。

（2）所制备的超疏水纸张具有良好的疏水效果，同时具有良好的耐刮擦性能；经测试，所制备的超疏水纸张在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，纸张对水滴的接触角的变化值在5°以内。

（3）解决了现有技术中存在制备工艺和程序相对复杂，超疏水涂层的耐刮擦性能较差，含氟类聚合物危害人体健康，蜡类物质浸渍不利于纸张回收利用的技术缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的超疏水纸张刮擦前接触角的测试照片。

图2为本发明实施例1所制备的超疏水纸张刮擦后接触角的测试照片。

具体实施方式

为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种超疏水纸张及其制备方法，进行具体地描述。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种超疏水纸张及其制备方法，用于解决现有技术中存在制备工艺和程序相对复杂，超疏水涂层的耐刮擦性能较差，含氟类聚合物危害人体健康，蜡类物质浸渍不利于纸张回收利用的技术缺陷。

本发明所述的底涂涂料包括成膜材料和助剂，底涂涂料的制备方法如下：以质量份计，将5-15份的助剂加入到85-95份的成膜材料中混合搅拌10-15min后，得到底涂涂料。

本发明所述的面涂涂料包括疏水材料和醇类溶剂，面涂涂料的制备方法如下：在300-600rpm转速下加入醇类试剂和疏水材料，混合搅拌10-30min后，再超声分散10-30min，得到面涂涂料。

本发明所述的超疏水纸张的制备方法，其步骤如下：

（1）提供初始的原纸；

（2）配制底涂涂料和面涂涂料；

（3）将配制好的底涂涂料涂布于原纸表面，然后喷涂配制好的面涂涂料，烘干后得到产品。

本发明所述的超疏水纸张具有原料简单、操作工艺简便、绿色环保以及产品易于回收利用等优点。所制备的纸张具有良好的疏水效果，同时具有良好的耐刮擦性能。经测试，所制备超疏水纸张在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，纸张对水滴的接触角不发生明显变化。

下面通过具体实例对本发明做进一步的说明。

实例1

原纸采用定量为80g/m²牛皮纸。

底涂涂料：以质量份计，成膜材料95份，助剂5份；所述成膜材料为木薯淀粉，所述助剂为乙二醛；底涂涂料固含量为10%。

面涂涂料：以质量份计，疏水材料1份，醇类溶剂99份；所述疏水材料为纳米二氧化硅，所述醇类溶剂为乙醇；涂料固含量为1%。

底涂涂布采用辊式涂布，面涂涂布采用喷涂涂布，单面涂布量分别为2g/m²和4g/m²，热风干燥，烘干温度为70℃。

在制备的超疏水纸上进行刮擦测试，刮擦前纸张对水滴的接触角如图1所示，在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，刮擦后纸张对水滴的接触角如图2所示，由图1和图2知，刮擦后纸张对水滴的接触角由162°变化到157°。

实例2

原纸采用定量为80g/m²打印纸。

底涂涂料：以质量份计，成膜材料92份，助剂8份；所述成膜材料为聚乙烯醇，所述助剂为硼酸；涂料固含量为12%。

面涂涂料：以质量份计，疏水材料2份，醇类溶剂98份；所述疏水材料为纳米二氧化钛，所述醇类溶剂为丙醇；涂料固含量为2%。

底涂涂布采用刮刀涂布，面涂涂布采用喷涂涂布，单面涂布量分别为6g/m²和6g/m²，热风干燥，烘干温度为90℃。

在制备的超疏水纸上进行刮擦测试，经测试，所制备超疏水纸张在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，纸张对水滴的接触角由157°变化到153°。

实例3

原纸采用定量为100g/m²过滤纸。

底涂涂料：以质量份计，成膜材料90份，助剂10份；所述成膜材料为丙烯酸酯胶乳，所述助剂为异氰酸酯；涂料固含量为50%。

面涂涂料：以质量份计，疏水材料5份，醇类溶剂95份；所述疏水材料为纳米二氧化硅，所述醇类溶剂为乙醇；涂料固含量为5 %。

底涂涂布采用辊式涂布，面涂涂布采用喷涂涂布，单面涂布量分别为4g/m²和8g/m²，热风干燥，烘干温度为140℃。

在制备的超疏水纸上进行刮擦测试，经测试，所制备超疏水纸张在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，纸张对水滴的接触角由159°变化到155°。

实例4

原纸采用定量为120g/m²牛皮纸。

底涂涂料：以质量份计，成膜材料88份，助剂12份；所述成膜材料为海藻酸钠，所述助剂为三偏磷酸钠；涂料固含量为40%。

面涂涂料：以质量份计，疏水材料4份，醇类溶剂96份；所述疏水材料为纳米碳酸钙，所述醇类溶剂为异丙醇；涂料固含量为4%。

底涂涂布采用帘式涂布，面涂涂布采用喷涂涂布，单面涂布量分别为4g/m²和6g/m²，热风干燥，烘干温度为120℃。

在制备的超疏水纸上进行刮擦测试，经测试，所制备超疏水纸张在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，纸张对水滴的接触角由156°变化到152°。

实例5

原纸采用定量为220g/m²铜版纸。

底涂涂料：以质量份计，成膜材料85份，助剂15份；所述成膜材料为聚氨酯树脂，所述助剂为异氰酸酯；涂料固含量为35%。

面涂涂料：以质量份计，疏水材料3份，醇类溶剂97份；所述疏水材料为纳米氧化锌，所述醇类溶剂为丁醇；涂料固含量为3%。

底涂涂布采用气刀涂布，面涂涂布采用喷涂涂布，单面涂布量分别为8g/m²和10g/m²，热风干燥，烘干温度为100℃。

在制备的超疏水纸上进行刮擦测试，经测试，所制备超疏水纸张在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，纸张对水滴的接触角由154°变化到151°。

综上所述，本发明提供了一种超疏水纸张及其制备方法，所述制备方法为在基纸上涂布底涂涂料，然后喷涂面涂涂料，烘干后得到超疏水纸张。所提供的技术方案原料简单、操作工艺简便、绿色环保以及产品易于回收利用。所制备的纸张具有良好的疏水效果，同时具有良好的耐刮擦性能。经测试，所制备超疏水纸张在2kg砝码的重力下往复刮擦6次，纸张对水滴的接触角的变化值在5°以内。解决了现有技术中存在制备工艺和程序相对复杂，超疏水涂层的耐刮擦性能较差，含氟类聚合物危害人体健康，蜡类物质浸渍不利于纸张回收利用的技术缺陷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。