一種超疏水再生紙的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種超疏水再生紙的制備方法，將硅酸酯、氨水分別加入極性溶劑中得溶液A和溶液B，將兩者混合，用鹽酸將混合液pH調至5，然后用堿性催化劑將pH調至8~9，陳化得到不透明凝膠；在不透明凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑反應，然后抽濾、清洗即得超疏水二氧化硅凝膠，將超疏水二氧化硅凝膠干燥，研磨得到無機超疏水填充料；將廢紙碎片浸入去離子水中攪拌得到原漿纖維，然后用NaOH溶液將其pH調至8~9，加入多巴胺粉末，攪拌、抽濾、洗凈即得聚多巴胺?纖維素；將聚多巴胺?纖維素分散至乙醇中，攪拌然后加入無機超疏水填充料，室溫攪拌后抽濾，洗滌，將所得纖維干燥，然后將其壓成紙張。本發明超疏水再生紙具有拒水、防水功能。
【專利說明】
一種超疏水再生紙的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種超疏水再生紙的制備方法，屬于超疏水材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]在自然界的啟發下，超疏水表面逐漸被人們所關注，如荷葉表面、蝴蝶翅膀、水黽腿等，都是很好的代表。超疏水表面一般指材料表面對水的接觸角大于150°、滾動角小于10°的表面。超疏水表面具有很多獨特優異的表面性能:疏水、自清潔性、防腐、抗結冰、防霧等特性，使得其在眾多領域都具有巨大的應用前景。
[0003]水一直是紙制品的殺手。當紙張一旦被潤濕后，其強度、書寫性和美觀度都會喪失。而超疏水紙可以解決這一難題，因其具有良好的防水功能，可以應用于各種生活用品中，例如包裝材料、運輸處理及紙藝品方面。超疏水紙在辦公領域和工業領域也起到了重要作用。
[0004]再生紙，利用廢紙為原料，不但可以節約能耗、減少污染也可以保護生態環境。所以集這些優點于一身的超疏水再生紙不但可以延長紙張使用壽命、擴展其使用范圍，同時也可以緩解能源、生態和環境各方面的壓力。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種方便、易行、環保的超疏水再生紙的制備方法，從而解決紙張遇水失去使用價值、無法用于戶外包裝和儲藏以及造紙業污染耗能嚴重等問題。本發明利用簡單易行的傳統造紙工藝及填充料思想，將廢紙二次利用，制備得到了超疏水再生紙，其表面接觸角大于150°，滾動角小于10°，可書寫性好，且具有大規模制備的潛力。
[0006]—種超疏水再生紙的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
1)無機超疏水填充料的制備
將硅酸酯加入極性溶劑中攪拌5?10分鐘得溶液A;將氨水加入極性溶劑中得溶液B;將溶液A和溶液B混合，用鹽酸將混合液pH調至5，然后用堿性催化劑將pH調至8?9，陳化10?12小時，得到白色不透明凝膠;在不透明凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑置于80°C中反應10?14 h，然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水二氧化硅凝膠，將超疏水二氧化硅凝膠置于40?60°C中干燥6?10 h，研磨得到無機超疏水填充料；
2)聚多巴胺-纖維素的制備
將廢紙碎片浸入去離子水中，80°C~90°C攪拌2?3 h得到白的原漿纖維，然后用NaOH溶液將其PH調至8?9，加入多巴胺粉末，攪拌10?12 h，抽濾，用去離子水洗凈即得聚多巴胺-纖維素；
3)超疏水再生紙的制備
將步驟B得到的聚多巴胺-纖維素分散至乙醇中，攪拌15?30 min，然后加入無機超疏水填充料，室溫攪拌30?60 min后抽濾，用乙醇、去離子水洗滌，將所得纖維在40?60°C下干燥3?6 h，得到干聚多巴胺-纖維素-無機超疏水填充料，將其壓成紙張，即得超疏水再生紙。
[0007]所述硅酸酯與極性溶劑的體積比為1:2;所述氨水與極性溶劑的體積比為15:20，所述氨水的物質的量濃度為0.02 Mo
[0008]所述硅酸酯為正硅酸乙酯;所述極性溶劑為甲醇。
[0009]所述溶液A和溶液B的體積比為30:35。
[0010]所述鹽酸的物質的量濃度為0.1 M;所述堿性催化劑為0.02 M的氨水;所述硅甲基修飾劑為六甲基二硅胺烷。
[0011 ] 所述不透明凝膠、正己烷和硅甲基修飾劑的體積比為12:20: 3。
[0012]所述NaOH溶液的物質的量濃度為IM。
[0013]所述廢紙碎片與去離子水的質量比為1:200，與多巴胺的質量比為30:1。
[0014]步驟3)所述聚多巴胺-纖維素與乙醇的質量比為1:80-1:100ο
[0015]步驟3)所述無機超疏水填充料與聚多巴胺-纖維素的質量比為3:10?6:10。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點在于:
1、本發明實現了廢紙的二次利用，工藝簡單，原料易得，無毒環保，成本低廉。
[0017]2、本發明制備的超疏水再生紙，接觸角大于150°，滾動角小于10°，具有很好的拒水、防水功能。
[0018]3、本發明制備的超疏水再生紙有很好的書與性、彎曲性和可折置性，能滿足日常各種需求。
[0019]4、本發明制備的超疏水再生紙具有良好的內外一致性，能夠承受各種程度的磨損而不喪失其超疏水性。
[0020]5、本發明可大面積制備。
【附圖說明】
[0021]
圖1為本發明實施例1所得干聚多巴胺-纖維素-無機超疏水填充料纖維的掃描電鏡圖，其中(a)為低倍掃描電鏡圖，(b)為高倍掃描電鏡圖。
[0022]圖2為本發明實施例1所得超疏水再生紙的接觸角(a)和滾動角照片(b)。
[0023]圖3為水柱在本發明實施例1所得超疏水再生紙上的反射圖。
[0024]圖4為各種液滴在本發明實施例2所得超疏水再生紙上的照片。
[0025]圖5為本發明實施例3所得超疏水再生紙做成的人工荷葉。
[0026]圖6為本發明實施例4所得超疏水再生紙內外一致超疏水性照片。
【具體實施方式】
[0027]
實施例1
(I)無機超疏水填充料的制備:溶液A:正硅酸乙酯加入到甲醇中(V: V=1: 2)，攪拌5分鐘。溶液B:氨水0.02(M)加入甲醇中(V: V=I5: 20)。將溶液A和溶液B混合(V: V=30:35)。用鹽酸(0.1 M)將混合液pH調至5。逐滴往該體系中滴加0.02 M氨水將pH調至9，陳化10小時，得到白色不透明凝膠。把所得的凝膠轉移至反應釜中，加入正己烷和六甲基二硅胺烷修飾劑，三者體積比為12:20:3，再置于80°C中反應10 h。然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水二氧化硅凝膠。將所得凝膠置于60°C中干燥6 h，移除溶劑和殘余反應物，然后研磨得到無機超疏水填充料。
[0028](2)聚多巴胺-纖維素的制備:將廢紙碎片浸入去離子水中(質量比為1:200)，80°C下強力攪拌2 h，得到白的原漿纖維。用NaOH (I M)將體系pH調至9，再加入多巴胺粉末(與廢紙碎片質量比為1:30)，攪拌11 h。抽濾，用去離子水洗凈，即得到聚多巴胺-纖維素。
[0029](3)超疏水再生紙的制備:將步驟B中獲得的聚多巴胺-纖維素分散至乙醇中(質量比為1:80)，攪拌20分鐘。將無機超疏水填充料(與聚多巴胺-纖維素質量比為9: 20)加入該體系。室溫攪拌30 min后抽濾用乙醇、去離子水洗滌。將所得纖維在60°C下干燥3 h，得到干聚多巴胺-纖維素-無機超疏水填充料纖維(其掃描電鏡圖見圖1，可見纖維的直徑由十幾到幾十個微米不等且表面附有大量的納米顆粒)，再將其用壓片機壓成紙張，即得到超疏水再生紙。其接觸角值為158°滾動角小于5° (見圖2)。用注射器將水柱打到超疏水再生紙表面，水柱發生發射而不濺開(見圖3)。
[0030]實施例2
(I)無機超疏水填充料的制備:溶液A:正硅酸乙酯加入甲醇中(V: V= 1: 2 )，攪拌1分鐘。溶液B:氨水0.02(M)加入甲醇中(V: V=I5: 20)。將溶液A和溶液B混合(V: V=30:35)。用鹽酸(0.1 M)將混合液pH調至5。逐滴往該體系中滴加0.02 M氨水將pH調至9，陳化12小時，得到白色不透明凝膠。把所得的凝膠轉移至反應釜中，加入正己烷和六甲基二硅胺烷修飾劑，三者體積比為12:20:3，再置于80°C中反應14 h。然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水二氧化硅凝膠。將所得凝膠置于60°C中干燥6 h，移除溶劑和殘余反應物，然后研磨得到無機超疏水填充料。
[0031](2)聚多巴胺-纖維素的制備:將廢紙碎片浸入去離子水中(質量比為1:200)，90°C下強力攪拌2 h，得到白的原漿纖維。用NaOH (I M)將體系pH調至8，再加入多巴胺粉末(與廢紙碎片質量比為1:30)，攪拌10 h。抽濾，用去離子水洗凈，即得到聚多巴胺-纖維素。
[0032](3)超疏水再生紙的制備:將步驟B中獲得的聚多巴胺-纖維素分散至乙醇中(質量比為1:80)，攪拌25分鐘。將無機超疏水填充料(與聚多巴胺-纖維素質量比為6:10)加入該體系。室溫攪拌30 min后抽濾用乙醇、去離子水洗滌。將所得纖維在60°C下干燥3 h，得到干聚多巴胺-纖維素-無機超疏水填充料纖維，再將其用壓片機壓成紙張，即得到超疏水再生紙。將不同的常見液滴置于紙面，都以球形存在(見圖4)。
[0033]實施例3
(I)無機超疏水填充料的制備:溶液A:正硅酸乙酯加入甲醇中(V: V=1: 2)，攪拌5分鐘。溶液B:氨水0.02(M)加入甲醇中(V: V=I5: 20)。將溶液A和溶液B混合(V: V=30: 35)。用鹽酸(0.1 M)將混合液pH調至5。逐滴往該體系中滴加0.02 M氨水將pH調至9，陳化11小時，得到白色不透明凝膠。把所得的凝膠轉移至反應釜中，加入正己烷和六甲基二硅胺烷修飾劑，三者體積比為12:20:3，再置于80°C中反應12 h。然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水二氧化硅凝膠。將所得凝膠置于60°C中干燥8 h，移除溶劑和殘余反應物，然后研磨得到無機超疏水填充料。
[0034](2)聚多巴胺-纖維素的制備:將廢紙碎片浸入去離子水中(質量比為1:200)，90°C下強力攪拌2 h，得到白的原漿纖維。用NaOH (I M)將體系pH調至9，再加入多巴胺粉末(與廢紙碎片質量比為1:30)，攪拌12 h。抽濾，用去離子水洗凈，即得到聚多巴胺-纖維素。
[0035](3)超疏水再生紙的制備:將步驟B中獲得的聚多巴胺-纖維素分散至乙醇中(質量比為1:100)，攪拌30分鐘。將無機超疏水填充料(與聚多巴胺-纖維素質量比為6:10)加入該體系。室溫攪拌30 min后抽濾用乙醇、去離子水洗滌。將所得纖維在60°C下干燥3 h，得到干聚多巴胺-纖維素-無機超疏水填充料纖維，再將其用壓片機壓成紙張，即得到超疏水再生紙。將超疏水再生紙建成圓形，用油性染料染成綠色得到人工荷葉，可長久浮于水面(見圖5)。
[0036]實施例4
(I)無機超疏水填充料的制備:溶液A:正硅酸乙酯加入甲醇中(V: V= 1: 2 )，攪拌1分鐘。溶液B:氨水0.02(M)加入甲醇中(V: V=I5: 20)。將溶液A和溶液B混合(V: V=30:35)。用鹽酸(0.1 M)將混合液pH調至5。逐滴往該體系中滴加堿性催化劑將pH調至9，陳化10小時，得到白色不透明凝膠。把所得的凝膠轉移至反應釜中，加入正己烷和六甲基二硅胺烷修飾劑，三者體積比為12:20:3，再置于80°C中反應14 h。然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水二氧化硅凝膠。將所得凝膠置于60°C中干燥10 h，移除溶劑和殘余反應物，然后研磨得到無機超疏水填充料。
[0037](2)聚多巴胺-纖維素的制備:將廢紙碎片浸入去離子水中(質量比為1:200)，80°C下強力攪拌2 h，得到白的原漿纖維。用NaOH (I M)將體系pH調至9，再加入多巴胺粉末(與廢紙碎片質量比為1:30)，攪拌10 h。抽濾，用去離子水洗凈，即得到聚多巴胺-纖維素。
[0038](3)超疏水再生紙的制備:將步驟B中獲得的聚多巴胺-纖維素分散至乙醇中(質量比為1:100)，攪拌15分鐘。將無機超疏水填充料(與聚多巴胺-纖維素質量比為3:10到6:10)加入該體系。室溫攪拌30 min后抽濾用乙醇、去離子水洗滌。將所得纖維在60°C下干燥
3h，得到干聚多巴胺-纖維素-無機超疏水填充料，再將其用壓片機壓成紙張，即得到超疏水再生紙。將其從中間掀開，把水滴置于其表面和內部，都以球形穩定存在(見圖6)。
【主權項】
1.一種超疏水再生紙的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 1)無機超疏水填充料的制備 將硅酸酯加入極性溶劑中攪拌5?10分鐘得溶液A;將氨水加入極性溶劑中得溶液B;將溶液A和溶液B混合，用鹽酸將混合液pH調至5，然后用堿性催化劑將pH調至8?9，陳化10?12小時，得到白色不透明凝膠;在不透明凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑置于80°C中反應10-14 h，然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水二氧化硅凝膠，將超疏水二氧化硅凝膠置于40?60°C中干燥6?10 h，研磨得到無機超疏水填充料； 2)聚多巴胺-纖維素的制備 將廢紙碎片浸入去離子水中，80°090°C攪拌2?3 h得到白的原漿纖維，然后用NaOH溶液將其PH調至8?9，加入多巴胺粉末，攪拌10?12 h，抽濾，用去離子水洗凈即得聚多巴胺-纖維素； 3)超疏水再生紙的制備 將步驟B得到的聚多巴胺-纖維素分散至乙醇中，攪拌15?30 min，然后加入無機超疏水填充料，室溫攪拌30?60 min后抽濾，用乙醇、去離子水洗滌，將所得纖維在40?60°C下干燥3~6 h，得到干聚多巴胺-纖維素-無機超疏水填充料，將其壓成紙張，即得超疏水再生紙。2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述硅酸酯與極性溶劑的體積比為1:2;所述氨水與極性溶劑的體積比為15:20，所述氨水的物質的量濃度為0.02 Mo3.如權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述硅酸酯為正硅酸乙酯；所述極性溶劑為甲醇。4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述溶液A和溶液B的體積比為30:35。5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述鹽酸的物質的量濃度為0.1 M;所述堿性催化劑為0.02 M的氨水;所述硅甲基修飾劑為六甲基二硅胺烷。6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述不透明凝膠、正己烷和硅甲基修飾劑的體積比為12:20:3。7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述NaOH溶液的物質的量濃度為IM。8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述廢紙碎片與去離子水的質量比為1:200，與多巴胺的質量比為30:1。9.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟3)所述聚多巴胺-纖維素與乙醇的質量比為 1:80 -1:100ο10.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟3)所述無機超疏水填充料與聚多巴胺-纖維素的質量比為3:10?6:10。
【文檔編號】D21C1/06GK105821689SQ201610192654
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】郭志光, 司帆, 司一帆
【申請人】中國科學院蘭州化學物理研究所