一种定量检测超疏水纸基材料超疏水性能稳定性的方法与流程

1.本发明属于超疏水纸基材料技术领域，具体涉及一种定量检测超疏水纸基材料超疏水性能稳定性的方法。


背景技术：

2.近年来，随着人们对塑料制品等不可降解材料对环境造成的严重污染的认知越来越深刻，纸基材料作为最具代表性的可持续天然绿色材料，在日常生活和生产中发挥着越来越重要的作用。但是，由于未经任何修饰处理的纸基材料具有强烈的吸湿性，吸湿后的纸基材料强度指标显著下降，从而影响纸基材料的后续使用性能。在传统制浆造纸工业中，通过浆内或表面施胶的处理方式赋予纸基材料抗拒液体(特别是水或水基溶液)渗透和扩散的性能。随着纸基材料应用领域逐渐拓展，传统的施胶技术早已不能满足某些行业对纸基材料性能的要求。为了充分利用可循环、可再生、可生物降解的绿色环保天然高分子材料-木质纤维纸基材料，科研技术人员针对这种原材料在众多应用领域中的共性问题：防水性能差(原生亲水性)，通过生物、化学及物理等修饰手段进行了较为系统性的疏水改性工艺及相关理论的研究，特别是针对纸基材料(木质纤维纤维素的主要应用形式)的疏水改性研究。
3.超疏水现象的报道让科研人员对于制备防水防潮纸基材料有了新的研究思路。固体表面的润湿性通常由接触角来表征，超疏水表面是指液态水滴与固体表面形成的静态表观接触角≥150
°
，滚动角＜10
°
的表面。如果通过超疏水化改性工艺，赋予天然可生物降解的绿色木质纤维基材料防粘附、自清洁、超防水等应用性能，此类新材料将在众多领域具有巨大的应用潜能。因此，基于不同制备原理和工艺的超疏水纸被争相报道出来，如物理化学改性(模板法、等离子体法、浸渍法和造纸填料法等)、表面涂布、化学改性(相分离法、层层组装法)、纳米颗粒沉积法等。根据最新检索显示，与超疏水纸相关的中外科技文献有11，900余项，仅超疏水纸制备相关的中国授权专利就有30余项。
4.在超疏水纸基材料领域，目前大多数的研究主要集中在新材料和新技术的开发方面，而对于纸基纤维三维网络结构对于表面的超疏水性的稳定性的影响鲜有报道。由于超疏水性与材料表面的粗糙结构密切相关，在外界条件(如高湿环境)的影响下，纸基内部纤维网络结构的变化，有可能会引起纸基表面粗糙结构的变化，从而进一步影响纸基材料的表面超疏水性能。此外，超疏水纸基材料在不同温湿度条件下具有两面性，暴露于温湿度环境中的一面(接触面)和封闭于温湿环境中的一面(非接触面)其超疏水性能的稳定性具有明显的不同。因此，如何评价超疏水纸基材料在不同的应用条件下，特别是不同的温湿度环境(由于环境的温湿度对纸基纤维的物化性能影响较大)下，其接触面和非接触面超疏水性能的稳定性是现有检测方法需要解决的关键技术问题。


技术实现要素：

5.本发明针对上述问题，目的在于提供一种定量检测超疏水纸基材料超疏水性能稳
定性的方法，它可以测量不同尺寸的超疏水纸基材料，检测精度高且再现性好。
6.为了实现上述检测目的，本发明所采用的技术方案如下：
7.一种定量检测超疏水纸基材料超疏水稳定性的方法，包括以下具体步骤：
8.s1：根据待检测样品的尺寸，选择合适规格的玻璃片，玻璃片的规格尺寸要比样品尺寸略大；
9.s2：采用密封胶带将待测样品固定于玻璃片上，确保待测样品的四周边缘要用胶带密封好，待测样品的中间位置保持其与测试环境实现良好接触；
10.s3：根据超疏水纸基样品的实际应用条件，确定好测试时间，同时根据测试时间确定测试的间隔时间，据此计算需要制备的测试样品，即需要制备固定有待测样品玻璃片的数量；
11.s4：根据测试需要，设定恒温恒湿箱的温湿度条件，将制备好的待测样品放入设定好测试条件的恒温恒湿箱中，记录初始时间t0，按照设计的测试间隔时间，依次取出待测样品；
12.s5：首先利用接触角测量仪测量取出的待测样品接触面的接触角和滚动角，之后慢慢将密封防水胶带除去，确保待测样品的完整性，利用接触角测量仪测量待测样品非接触面的接触角和滚动角；
13.s6：依据整个测试周期所测量的超疏水纸基样品两面的接触角，分析其变化规律，找出接触角小于150
°
的开始时间t1，计算样品超疏水性能的稳定时间ts(ts＝t
1-t0，h)及确定接触角最后的稳定值θc(
°
)；
14.s7：依据整个测试周期所测量的超疏水纸基样品的滚动角，分析其变化规律，找出滚动角大于10
°
的开始时间t2，计算样品超疏水性能的滚动滞后时间t
l
(t
l
＝t
2-t0，h)及确定滚动角最后的稳定值θs(
°
)。
15.上述s1中若样品为长方形，则玻璃片长度比样品大0.5-10mm，宽度比样品大0.5-5mm；若样品为方形，则玻璃片的边长尺寸比样品大0.4-11mm；若样品为圆形尺寸，则玻璃片的直径比样品大0.3-6mm。
16.上述s2中所述的密封胶带为防水特殊胶带。
17.上述s4中的湿度调节范围：4～98％rh，温度调节范围：5～70℃，其中温湿度的任意组合都可构成测试用温湿度条件。
18.本发明的有益之处在于：采用恒温恒湿箱实现对实际不同温湿条件的模拟，密封防水胶带将待测样品四周密封固定于玻璃片上实现对超疏水纸基材料接触面和非接触面的模拟，能够定量检测超疏水纸基材料在不同的温湿条件下，其接触面和非接触面的超疏水性能的稳定性，达到检测方便且测量精度高、再现性好的优势，适合多种尺寸及形状的超疏水纸基样品超疏水性能稳定性的检测。
附图说明
19.构成本发明一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1一种制样方式示意图(主视图)；
21.图2一种制样方式示意图(俯视图)。
22.其中，1-玻璃片、2-防水密封胶带、3-超疏水纸基样品的接触面、4-超疏水纸基样品的非接触面。
具体实施方式
23.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实施例。在不脱离本发明上述检测方法思想的情况下，根据本领域的科学技术知识和惯用的方法手段做出的各种变更或替换，均应包含在本发明的范围内。
24.本发明的一种定量检测超疏水纸基材料超疏水性能稳定性发方法实施例一：
25.s1：待测样品的形状为长方形，长度为30mm，宽度为25mm，选择玻璃片的长度为35mm，宽度为28mm；
26.s2：采用防水胶带将待测样品固定于玻璃片上，确保待测样品的四周边缘要用防水胶带密封好，待测样品的中间位置保持其与测试环境实现良好接触；
27.s3：确定超疏水纸基样品的总测试时间为48h，测试时间间隔36h前为2h，12h后测试时间间隔为1h，据此计算需要制备的测试样品为31个；
28.s4：设定恒温恒湿箱的温湿度条件为：湿度75
±
5％rh，温度30
±
3℃，将制备好的待测样品放入设定好测试条件的恒温恒湿箱中，记录初始时间t0，按照设计的测试间隔时间，依次取出待测样品；
29.s6：首先利用接触角测量仪测量依次取出的待测样品(直接暴露在高温湿环境中)接触面的接触角和滚动角，之后慢慢将密封防水胶带除去，确保待测样品的完整性，利用接触角测量仪测量待测样品(与玻璃面直接接触而没有直接暴露在高温湿环境中)非接触面的接触角和滚动角；
30.s7：依据整个测试周期所测量的超疏水纸基样品两面的接触角，分析其变化规律，找出接触角小于150
°
的开始时间t1，计算样品超疏水性能的稳定时间ts(ts＝t
1-t0，h)及确定接触角最后的稳定值θc(
°
)；
31.s8：依据整个测试周期所测量的超疏水纸基样品两面的滚动角，分析其变化规律，找出滚动角大于10
°
的开始时间t2，计算样品超疏水性能的滚动滞后时间t
l
(t
l
＝t
2-t0，h)及确定滚动角最后的稳定值θs(
°
)。
32.基于上述方法，超疏水纸基样品m两面的接触角和滚动角随着时间的变化结果如表1.
33.表1 超疏水纸基样品a在湿度75
±
5％rh，温度30
±
3℃条件下的超疏水性能稳定性结果
[0034][0035]
基于表1，超疏水样品a接触面的超疏水性能的稳定时间ts为39h，接触角最后的稳定值为θc为139.8
°
，滚动滞后时间t
l
为38h，滚动角最后的稳定值θs为24.9
°
；非接触面的超疏水性能的稳定时间为45h，接触角最后的稳定值为149.2
°
，滚动滞后时间t
l
为41h，滚动角最后的稳定值θs为12.7
°
。
[0036]
本发明的一种定量检测超疏水纸基材料超疏水性能稳定性发方法实施例二：
[0037]
s1：待测样品的形状为圆形，直径为20mm，选择的圆形玻璃片的直径为21mm；
[0038]
s2：采用防水胶带将待测样品固定于玻璃片上，确保待测样品的四周边缘要用防水胶带密封好，待测样品的中间位置保持其与测试环境实现良好接触；
[0039]
s3：确定超疏水纸基样品的总测试时间为72h，测试时间间隔48h前为12h，48h后测试时间间隔为6h，据此计算需要制备的测试样品为9个；
[0040]
s4：设定恒温恒湿箱的温湿度条件为：湿度50
±
5％rh，温度20
±
3℃，将制备好的待测样品放入设定好测试条件的恒温恒湿箱中，记录初始时间t0，按照设计的测试间隔时间，依次取出待测样品；
[0041]
s6：首先利用接触角测量仪测量依次取出的待测样品接触面的接触角和滚动角，之后慢慢将密封防水胶带除去，确保待测样品的完整性，利用接触角测量仪测量待测样品非接触面的接触角和滚动角；
[0042]
s7：依据整个测试周期所测量的超疏水纸基样品两面的接触角，分析其变化规律，找出接触角小于150
°
的开始时间t1，计算样品超疏水性能的稳定时间ts(ts＝t
1-t0，h)及确定接触角最后的稳定值θc(
°
)；
[0043]
s8：依据整个测试周期所测量的超疏水纸基样品两面的滚动角，分析其变化规律，找出滚动角大于10
°
的开始时间t2，计算样品超疏水性能的滚动滞后时间t
l
(t
l
＝t
2-t0，h)及确定滚动角最后的稳定值θs(
°
)。
[0044]
基于上述方法，超疏水纸基样品m两面的接触角和滚动角随着时间的变化结果如表2.
[0045]
表2 超疏水纸基样品m在湿度50
±
5％rh，温度20
±
3℃条件下的超疏水性能稳定性结果
[0046][0047]
基于表2，超疏水样品m接触面的超疏水性能的稳定时间ts为48h，接触角最后的稳定值为θc为140.0
°
，滚动滞后时间t
l
为24h，滚动角最后的稳定值θs为16.0
°
；非接触面的超疏水性能的稳定时间为＞72h，接触角最后的稳定值为152.9
°
，滚动滞后时间t
l
为＞72h，滚动角最后的稳定值θs为8.4
°
。需要说明的是，延长测试时间，就可以准确测量出样品非接触面具体的稳定时间和滚动滞后时间，此实施例只是为了说明和解释本发明，此处就不做赘述。