[发明专利]一种耐磨损的超疏水滤纸的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种耐磨损的超疏水滤纸的制备方法。

背景技术

最近几年，表面具有极端润湿性的一些材料逐渐引起了人们的重视，其中，超疏水表面因其对水的接触角大于150°、滚动角小于10°，且具有自清洁的特性而引起了学术界和工业界极大的兴趣。在自然界中，许多植物的叶子和花瓣、昆虫的翅膀、以及鸟类的羽毛等均是天然的超疏水材料。从之前的研究中我们可以得知，材料表面的超疏水特性主要归因于表面粗糙的微/纳米粗糙结构以及表面的低表面能。在这一理论的基础上，许多方法通过在材料表面构造适当的粗糙结构并赋予其低表面能，从而制备出超疏水表面，例如：等离子刻蚀法、相分离法、层层自组装法、平版印刷法、化学气相沉淀法、溶液浸泡法以及溶胶-凝胶法。在这些方法中，溶液浸泡法由于其在材料表面构建微/纳结构的高效率以及简单易操作而广泛用于制备各超疏水材料表面。

纸是我们日常生活中不可或缺的一种物质。纸纤维由于其表面有大量的羟基，因而具有良好的亲水性。如果对纸的表面进行处理，从而赋予纸张表面良好的疏水性，类似于荷叶表面的不粘水性，则可以提高纸张的使用性能，进而扩大其使用范围。因此，我们可以将超疏水技术应用于纸张表面，使其具有超疏水特性和自清洁效应，从而可以用于印刷耐水书刊、长期保存的文件、军用地图等。

但是，超疏水纸张的实际应用还未能普及，最主要的一个原因就是超疏水纸张的耐磨损性差。当超疏水表面受到外界的摩擦时，表面微观的粗糙凸起结构受到承载压力和剪切应力，从而导致表面粗糙结构因应力集中而损坏，最终导致超疏水功能性失效。因此，开发出一种耐磨损的、持久性较好的、简单经济、环境友好的超疏水纸张是扩展超疏水纸在实际生活应用中的必经之路。

发明内容

本发明提供了一种耐磨损且具有自清洁作用的超疏水滤纸，同时提供了一种处理方法简单、成本低、安全环保的相关超疏水滤纸的制备方法。

本发明所述的超疏水滤纸的制备方法，它的步骤为：

步骤一、将裁剪好的滤纸用乙醇超声清洗3次，在25℃～60℃条件下干燥(0.5～5)h干燥，备用。

步骤二、将步骤一处理的滤纸浸泡于(0.5～1.0)g/L的环氧树脂的丙酮溶液中10～30)min，取出后室温下干燥(5～10)min；使滤纸基纤维表面环氧化；

步骤三、将步骤二处理的滤纸浸泡于(2.0～5.0)g/L聚乙烯亚胺的水溶液中(10～30)min，取出后(30～60)℃下干燥(10～30)min；通过环氧基与氨基的化学反应使滤纸基纤维表面粘附一层聚乙烯亚胺聚合物；

步骤四、将(0.2～5.0)g环氧化二氧化硅超声分散于100mL去离子水中得到二氧化硅溶液，然后将步骤三处理后的滤纸置于二氧化硅溶液中浸泡(10～30)min，取出后(30～60)℃下干燥(10～30)min；使得二氧化硅和聚乙烯亚胺发生反应，从而二氧化硅通过聚乙烯亚胺聚合物牢固地粘附在了滤纸基纤维表面，并在其表面形成了稳固的粗糙结构；

步骤五、重复步骤三到步骤四3～5次；

步骤六、将(1～2)g硬脂酸溶解于100mL正己烷中得到硬脂酸改性液，然后将步骤五处理后的滤纸浸泡于硬脂酸改性液中，(40～60)℃下保持(2～4)h，取出(50～80)℃干燥，干燥时间为(1～3)h，即制得了耐磨损的超疏水滤纸。

步骤四所述环氧化二氧化硅的制备方法如下：将20mL无水乙醇、2mL正硅酸乙酯以及1mL氨水混合，室温下磁力搅拌12h，再加入1mL3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，室温下磁力搅拌12h，离心，用无水乙醇洗涤3次，置于80℃真空干燥箱中干燥2h，即得到环氧化二氧化硅。

制备好的超疏水滤纸表面有一层致密的亚微级球状二氧化硅，二氧化硅通过聚合物聚乙烯亚胺牢固地粘附在滤纸基纤维表面，形成了稳固的粗糙结果，通过图6的扫描电镜可以观察到这一粗糙结构。

本发明的优点在于：

1、本发明制备的超疏水滤纸具有不粘水性。本方法制备的超疏水滤纸因其与水的接触角大于150°，滚动角小于10°，从而使其具有优异的超疏水性能和良好的自清洁性能。

2、本发明采用的方法操作工艺简单，成本低、绿色环保、无需复杂的处理步骤，也无需昂贵的仪器设备，适用于大批量的超疏水滤纸的生产，具有重大的经济效益。

本发明采用的是溶液浸泡法，只需分别在聚乙烯亚胺溶液、环氧化的二氧化硅溶液浸泡多次，最后再在硬脂酸溶液中浸泡，即可制得耐磨损的超疏水滤纸；整个实验的药品试剂比较易得，成本低，制备周期也不超过48小时。