一种生物质基超疏水纸及其制备方法与流程

本发明涉及功能性材料领域，特别涉及一种超疏水纸。

背景技术

近年来，由于超疏水材料在自清洁，农业，油水分离，运输物流包装等方面的潜在应用，科研工作者对超疏水表面的制备做了大量研究工作。众所周知，超疏水表面的构建主要取决于特定的微纳粗糙表面和低表面能物质修饰。因此，科研工作者提出了许多构建超疏水表面的方法，诸如化学气相沉积，等离子体蚀刻法，层层自组装法。然而，相对复杂繁琐的制备工艺，昂贵复杂的设备或材料，在一定程度上限制了超疏水材料的实际应用。

纸制品广泛用于食品和液体包装。耐水性是纸质包装的重要特性之一。一些纸制品如生鲜冷藏食品的瓦楞包装通常需要高防水性。传统上，蜡阻隔涂层作为低成本涂布工艺已经用于提供高度的耐水性。但是，纸张的不可回收性限制了蜡涂层的应用。聚合物阻隔涂层纸也可以提供高防水性，通常被认为是可回收纸。但是，聚合物阻隔涂层的成本比蜡涂层高几倍。

因此，基于材料的特殊浸润性，采用原料经济易得，制备过程简单高效，制备条件温和，可规模化生产的技术手段，设计和制备具有高效超疏水特性的疏水纸材料具有重要的应用价值和意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种生物质基超疏水纸的制备方法，。

本发明所采取的技术方案是：一种生物质基超疏水纸的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)取植物纤维浆板，清洗、干燥；

2)用去离子水对植物纤维浆板进行浸泡疏解，后进行机械打浆，得绝干植物纤维浆料；

3)将绝干植物纤维浆料与乙醇溶液机械搅拌15～30min后加入二氧化钛前驱体和醋酸，并置于25～70℃温度条件下反应3～5h，离心，清洗，得到改性植物纤维，储存于0～4℃条件下；

4)根据不同定量需求用改性植物纤维抄造成纸张，采用低表面能功能助剂进行疏水化处理后，烘箱干燥，得生物质基超疏水纸成品。

本发明通过二氧化钛前驱体改性绝干植物纤维浆料，使其形成载钛改性植物纤维，从而直接赋予了改性植物纤维超疏水性能。

作为上述方案的进一步改进，步骤1)中所述清洗为用乙醇和去离子水依次冲洗植物纤维浆板，以除去植物纤维浆板表面附着的无机灰尘及有机物。

作为上述方案的进一步改进，步骤1)中所述植物纤维浆板的植物纤维选自木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维、棕纤维和草纤维中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，步骤2)中所述机械打浆的打浆度为50-85°sr。

作为上述方案的进一步改进，步骤3)中所述二氧化钛前驱体选自钛酸四乙酯、钛酸丁酯以及其他分子量同系物的至少一种。具体地，本发明步骤3)中绝干植物纤维浆料原位水解二氧化钛是以乙醇作为反应介质的，以使其可形成载钛改性植物纤维。

作为上述方案的进一步改进，步骤4)中所述的低表面能功能助剂选自碳原子数在十及十以上的长碳链硅烷偶联剂中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，步骤4)中所述的低表面能功能助剂的添加量按原料质量比为绝干植物纤维浆料的0.05～0.1。

作为上述方案的进一步改进，步骤1)和步骤4)中所述干燥的温度为50～70℃。

本发明的有益效果是：本发明的制备方法简单，反应条件温和，无需昂贵的化学材料或复杂的大型仪器，可实现规模化生产。且本发明制备得到的生物质基超疏水纸不仅具有良好的超疏水特性，其与水的接触角大于150°，还具有非常好的耐摩擦特性，可重复循环多次使用。同时本发明采用的天然植物纤维可完全生物降解，不会造成二次污染，符合绿色、环保、可持续发展理念。本发明制备得的生物质基超疏水纸可广泛应用于物流运输包装或生鲜冷饮包装等领域。

附图说明

图1为未经任何处理的针叶木纤维的扫面电镜图(sem)。

图2为实施例1制备的改性针叶木纤维的扫描电镜图(sem)。

图3为水滴在实施例1生物质基超疏水纸成品表面的静态接触角光学图片。

图4为实施例2制备的改性阔叶木纤维的扫描电镜图(sem)。

图5为实施例3制备的改性竹纤维的扫描电镜图(sem)。

图6为实施例4制备的改性棉纤维的扫描电镜图(sem)。

图7为实施例5制备的改性麻纤维的扫描电镜图(sem)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。

实施例1

一种生物质基超疏水纸的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)取针叶木纤维浆板，用乙醇和去离子水依次冲洗，然后放入到60℃的烘箱中干燥6h；

2)用去离子水对针叶木纤维浆板进行浸泡疏解，后进行机械打浆，得到打浆度为60°sr的绝干针叶木纤维浆料(其扫描电镜图如附图1所示)；

3)将1g绝干针叶木纤维浆料与乙醇溶液机械搅拌15min后加入钛酸四乙酯和0.2g份醋酸(浓度为36％)，并置于25℃温度条件下反应3h，反应结束后离心，用乙醇清洗，得到改性针叶木纤维(其扫描电镜图如附图2所示)，储存于0～4℃条件下；

4)按定量40g的需求，用改性针叶木纤维抄造成纸张，采用十六烷基三甲氧基硅烷(添加量为绝干针叶木纤维浆料原料质量比的0.05)进行疏水化处理后，置于60℃的烘箱中干燥，得实施例1生物质基超疏水纸成品。

将实施例1生物质基超疏水纸成品进行相关性能检测，其水滴在实施例1生物质基超疏水纸成品表面的静态接触角光学图片如附图3所示，并测得与水的接触角大于150°。

实施例2

一种生物质基超疏水纸的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)取阔叶木纤维浆板，用乙醇和去离子水依次冲洗，然后放入到50℃的烘箱中干燥6h；

2)用去离子水对阔叶木纤维浆板进行浸泡疏解，后进行机械打浆，得到打浆度为50°sr的绝干阔叶木纤维浆料；

3)将1g绝干阔叶木纤维浆料与乙醇溶液机械搅拌30min后加入钛酸丁酯和0.2g份醋酸(浓度为36％)，并置于25℃温度条件下反应4h，反应结束后离心，用乙醇清洗，得到改性阔叶木纤维(其扫描电镜图如附图4所示)，储存于0～4℃条件下；

4)按定量60g的需求，用改性阔叶木纤维抄造成纸张，采用十六烷基三甲氧基硅烷(添加量为绝干植物纤维浆料原料质量比的0.05)进行疏水化处理后，置于50℃的烘箱中干燥，得实施例2生物质基超疏水纸成品。

实施例3

一种生物质基超疏水纸的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)取竹纤维浆板，用乙醇和去离子水依次冲洗，然后放入到70℃的烘箱中干燥6h；

2)用去离子水对竹纤维浆板进行浸泡疏解，后进行机械打浆，得到打浆度为60°sr的绝干竹纤维浆料；

3)将1g绝干竹纤维浆料与乙醇溶液机械搅拌20min后加入钛酸四乙酯和0.2g份醋酸(浓度为36％)，并置于50℃温度条件下反应5h，反应结束后离心，用乙醇清洗，得到改性竹纤维(其扫描电镜图如附图5所示)，储存于0～4℃条件下；

4)按定量60g的需求，用改性竹纤维抄造成纸张，采用十八烷基三甲氧基硅烷(添加量为绝干植物纤维浆料原料质量比的0.1)进行疏水化处理后，置于70℃的烘箱中干燥，得实施例3生物质基超疏水纸成品。

实施例4

一种生物质基超疏水纸的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)取棉纤维浆板，用乙醇和去离子水依次冲洗，然后放入到60℃的烘箱中干燥6h；

2)用去离子水对棉纤维浆板进行浸泡疏解，后进行机械打浆，得到打浆度为85°sr的绝干棉纤维浆料；

3)将1g绝干棉纤维浆料与乙醇溶液机械搅拌25min后加入钛酸丁酯和0.75g份醋酸(浓度为36％)，并置于50℃温度条件下反应3h，反应结束后离心，用乙醇清洗，得到改性棉纤维(其扫描电镜图如附图6所示)，储存于0～4℃条件下；

4)按定量60g的需求，用改性棉纤维抄造成纸张，采用十六烷基三甲氧基硅烷(添加量为绝干植物纤维浆料原料质量比的0.08)进行疏水化处理后，置于60℃的烘箱中干燥，得实施例4生物质基超疏水纸成品。

实施例5

一种生物质基超疏水纸的制备方法，其包括如下工艺步骤：

1)取麻纤维浆板，用乙醇和去离子水依次冲洗，然后放入到60℃的烘箱中干燥6h；

2)用去离子水对麻纤维浆板进行浸泡疏解，后进行机械打浆，得到打浆度为70°sr的绝干麻纤维浆料；

3)将1g绝干麻纤维浆料与乙醇溶液机械搅拌30min后加入钛酸四乙酯和0.5g份醋酸(浓度为36％)，并置于40℃温度条件下反应3h，反应结束后离心，用乙醇清洗，得到改性麻纤维(其扫描电镜图如附图7所示)，储存于0～4℃条件下；

4)按定量60g的需求，用改性麻纤维抄造成纸张，采用十八烷基三甲氧基硅烷(添加量为绝干植物纤维浆料原料质量比的0.06)进行疏水化处理后，置于60℃的烘箱中干燥，得实施例5生物质基超疏水纸成品。

上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。