[发明专利]一种耐磨超疏水纸及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐磨超疏水纸及其制备方法，包括以下步骤：(1)制备纳米二氧化硅粒子；(2)将步骤(1)制备的纳米二氧化硅粒子与羟基化碳纳米管混合，并进行超疏水改性；(3)将AKD溶解在乙醇或者庚烷溶液中；(4)将步骤(2)制备的经过超疏水改性的纳米二氧化硅粒子与羟基化碳纳米管的混合物和步骤(3)制备的AKD溶液混合，制成乳液；(5)将步骤(4)制备的乳液通过喷涂、涂布或者旋涂的方式涂在纸上；(6)将步骤(5)制备的纸进行烘干。本发明制备的耐磨超疏水纸，在一定压力的摩擦试验后依旧保持良好的疏水性能。本发明提供的耐磨超疏水导电纸制备方法简单，工艺容易控制且生产成本较低。

技术领域

本发明是有关于一种耐磨的超疏水纸及其制备方法，涉及纳米技术、特殊功能纸领域。

背景技术

超疏水材料一般是指材料表面的水接触角大于150°且滚动角小于10°的材料。超疏水现象是由固体表面润湿性决定的，固体表面湿润性是其重要的一个性质，主要受固体表面微观结构和化学性质这2个因素影响，固体的湿润性通常用静态时液态在固体表面的接触角来表征，当接触角大于150°时，固体表面表现出超疏水性。自然界中的荷叶、壁虎脚底、西瓜叶、及蝉翼等动植物器官都具有超疏水性，超疏水表面具有良好的抗冰冻、防腐蚀、减阻、生物化验等性能。受自然界超疏水表面特殊功能的启发，科研人员制备出各种性能的超疏水材料，应用于自清洁、油水分离、抗腐烛、水面运动减阻等领域。构建超疏水表面需要两个条件：微/纳表面结构的构建和低表面能物质。荷叶表面复杂的微－纳米结构和低表面能蜡状物质是超疏水自清洁的主要原因，受荷叶效应的启发，制备超疏水表面有两种途径：一种为在基材上构建一定的粗糙表面，再用低表面能材料修饰；另一种为在低表面能材料表面构建合适的粗糙结构。常用于构建超疏水纸的方法有相分离法、湿法刻蚀、浸渍法等。

纸具有价格便宜、来源广泛、无毒、无污染等优异的特性，在包装材料上的应用极其广泛。由于纸纤维含有亲水性官能团，具有良好的亲水性，在潮湿的环境中易吸水，降低纸的强度，丧失其使用价值。若对纸表面赋予超疏水性能，可以提高纸的防潮性、自清洁性及其它特性等，有利于拓展纸的应用领域。

纸基超疏水材料作为一种具有极大实用潜力的新型材料，它既能克服纤维易吸湿、稳定性差等造成的使用局限性，又能克服传统的防水材料的柔韧性差等使用缺点。然而，其显示出优越性的同时也继承了超疏水材料的部分缺点：疏水层和基底之间结合力差，制备过程繁琐。日常使用的超疏水材料会受到拉伸、弯曲、剪切等力学破坏从而发生疏水层和基底之间发生脱落，疏水层的脱落会导致材料的疏水性下降，从而影响材料的重复使用性。超疏水表面的规模化应用一直备受其自身的弱机械耐磨性、高成本、难维护等限制。近年来，为了克服这一问题，人们开始考虑使用有机-无机结合的方式，将无机超疏水纳米粒子粘结在有机树脂上，以提高其耐磨性，从而拓展其应用。

纳米二氧化硅是一种环境友好型材料，它的结构特殊、表面含有大量的活性硅羟基、比表面积很大，因此表现出一些特殊的物理化学特性，如特殊的光电特性、高磁阻现象和非线性电阻现象等。此外，纳米二氧化硅粒子具有表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，及在高温下仍具有很高的强度、韧性和很好的稳定性，因而被广泛应用于涂料、橡胶、药物载体等领域。但是，纳米二氧化硅由于表面自由能较高以至于很容易团聚，将它作为功能填料填充聚合物基体时，无机相和有机相之间很难相容，导致纳米二氧化硅在有机相中分散不均匀，使纳米二氧化硅的很多优点难以充分发挥。为此，需要对纳米二氧化硅进行表面物理或化学改性。通过一定的工艺，使基团与二氧化硅表面的硅羟基和不饱和键反应，在其表面引入所需的各种活性基团，从而改善纳米二氧化硅的性能，使其表面硅羟基的含量减少或消除，提高纳米二氧化硅与有机聚合物基体的相容性。