一种用于制备超疏水滤纸的防水剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制备超疏水滤纸的防水剂及其制备方法，涉及纸张表面疏水化，属于材料表面改性技术领域。所制备的超疏水防水剂主要成分为挥发性有机溶剂，活性成分在催化剂的作用下，在滤纸表面形成低表面能的微纳米结构。该方法制得的滤纸与水的接触角大于150°，具有极好的疏水亲油的性能，而且耐摩擦，耐热，耐酸碱。防水剂的原材料来源广泛，价格适中，生产过程简单，能耗小，应用范围广泛，易于大规模工业生产和使用。

Waterproof agent for preparing super hydrophobic filter paper and preparation method thereof

The invention discloses a waterproof agent for preparing Ultrahydrophobic filter paper and a preparation method thereof, which relates to the surface hydrophobicity of paper and belongs to the technical field of material surface modification. The main components of the superhydrophobic waterproofing agent are volatile organic solvents. The active components form low surface energy Micro-Nanostructures on the surface of filter paper under the action of catalyst. The contact angle between the filter paper and water is more than 150 degrees. The filter paper has excellent hydrophobic and hydrophobic properties, and is resistant to friction, heat and acid and alkali. Waterproofing agent has a wide range of raw materials, moderate price, simple production process, low energy consumption, wide range of applications, easy to large-scale industrial production and use.

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备超疏水滤纸的防水剂及其制备方法
本专利技术涉及化学分析、环境保护、材料防护等领域的纸张表面疏水化改性技术，具体涉及一种用于制备超疏水滤纸的防水剂及其制备方法。
技术介绍
雨后天晴，荷叶或者一些植物叶片上会出现水珠从上面滚落的现象。这种现象在科学研究上称之为“超疏水”，即水珠与其表面的接触角大于150°、滚动角小于10°的现象。因这种现象在自清洁和防污染等领域上都有较广的应用，所以近年来研究十分火热。纸张是生活中比较常见的一种材料。而滤纸则是一种在科学研究中，用于固液分离的特殊纸张。由于构成纸张的纤维素表面含有大量亲水性的羟基，大大限制了滤纸在工业生产和日常生活上的应用。如果对滤纸进行表面改性，赋予其良好的疏水和亲油性能，将使其在油水分离和环境污染处理等领域有更大的应用。目前常见的超疏水表面制备技术有气相沉积法、溶胶凝胶法、化学刻蚀法、平板印刷法、溶液喷洒浸泡法等等。公开号为CN102677058A和CN106903034A的专利分别通过含铜和氯离子溶液、氢氧化钠溶液在铝板上进行微纳米结构的构建，再辅以诸如十七氟癸三甲氧基硅氧烷、硬酯酸、月桂酸、氟硅烷等溶液修饰得到超疏水的铝合金或者铝制品表面。公开号为CN102849962A的专利展示了一种制备超疏水二氧化硅薄膜的方法，将利用水解后的纳米二氧化硅涂敷于基材表面，烧结成膜，在涂上含有烷基烷氧基硅烷的碱性微米二氧化硅溶胶，烘干后即可制成超疏水薄膜。这些已经相对成熟的技术，仍存在一定问题：(1)需要较为昂贵的材料(氟硅烷)和设备(刻蚀设备和电镀设备)；(2)部分技术需要加热，增加了能耗，不便于工业大规模应用，不适用于热敏性基材；(3)耐久性较差，不耐腐蚀；(4)生产应用复杂，增加了人力成本。考虑到上述技术缺陷，目前已商业化的超疏水滤纸制备技术并不多。因此，专利技术一种简单易行且成本低廉的超疏水滤纸制备技术很有必要的，也是扩大滤纸应用范围的必然选择。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于制备超疏水滤纸的防水剂及其制备方法，所制得的超疏水滤纸防水性能好，耐摩擦，耐热，耐酸碱，防水剂产品的原材料来源广泛，价格适中，生产过程简单，能耗小，应用范围广泛，易于大规模工业生产和使用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：一种用于制备超疏水滤纸的防水剂，按质量份数计包括：催化剂1.5～3.5份、粘结剂0～0.5份、溶剂94.0～97.5份、活性成分1～2份；所述催化剂为硅酸酯、钛酸酯、锡基酯中的至少一种；所述粘结剂为醇溶性酚醛树脂、醇溶性聚氨酯、醇酸树脂中的至少一种；所述溶剂为醇类、烃类、醚类中的至少一种；所述活性成分为甲基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的至少一种。一实施例中：所述催化剂为硅酸四甲酯、硅酸四乙酯、乙酰丙酮钛、磷酸丁基钛酸酯、二醋酸二丁基锡、二丁基锡二月桂酸酯中的至少一种。一实施例中：所述溶剂为甲醇、丁醇、正庚烷、正己烷、乙醚、正丁醚中的至少一种。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是：一种上述的防水剂的制备方法，室温下，将所述催化剂加入至所述溶剂中，超声处理1～8min，再用1～5min向其中匀速滴加所述活性成分，隔绝空气密封，超声下反应5～10min，即得所述防水剂。一实施例中：所述活性成分滴加完毕后，可根据需要，加入所述粘结剂，隔绝空气密封，超声下反应5～10min，即得所述防水剂。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之三是：一种利用上述防水剂制备超疏水滤纸的方法，将所述防水剂涂抹或喷涂在滤纸上，使滤纸完全浸透，然后置于室温下12～16h，即得超疏水滤纸。一实施例中：将所述防水剂喷涂在滤纸上：喷嘴距离滤纸表面5～8cm，喷涂压力为5～10psi，喷涂速度为3～6cm/s，喷涂量为40～80g/m2，并使滤纸完全浸润；喷涂完成后的滤纸置于室温下12～16h，即得超疏水滤纸。一实施例中：所述滤纸先用乙醇或丙酮清洗后，晾晒1～2h，再将所述防水剂涂抹或喷涂在滤纸上。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之四是：一种根据上述方法所制备得到的超疏水滤纸。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：1、本专利技术采用催化技术，在室温下即可完成反应，适宜温度范围较宽，适用基材广泛，对基材无损伤，防护耐久性强。2、本专利技术所需原材料均来源广泛，成本低，无毒无污染。3、本专利技术采用简易的喷涂工艺，即可在滤纸表面形成超疏水结构，不受基材形状和施工环境的影响，设备要求低，可以大规模生产。5、本专利技术制备所得防水剂应用广泛，可成功应用于石材、建筑混凝土、木材、纸张等方面，并取得极好的应用效果，适宜广泛推广。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为水滴滴在原始未处理的滤纸上的状态图。图2为水滴滴在实施例1所制备的滤纸上的状态图。图3为水滴滴在实施例1所制备的滤纸上，使用KRUESSDSA30接触角测量仪测试的状态图。图4为实施例1制备的超疏水滤纸针对不同种类油水混合物的分离效率，图中从左到右依次为正己烷-水混合物、乙酸乙酯-水混合物、1.2-二氯乙烷-水混合物，氯仿-水混合物，D40溶剂油-水混合物。图5为实施例1制备的超疏水滤纸经八次油水混合物分离实验的分离效率图(以正己烷为例)。具体实施方式下面通过实施例具体说明本专利技术的内容：实施例11.本实施例的用于制备超疏水滤纸的防水剂，按质量份数计包括：乙酰丙酮钛1.5份、甲醇97.3份、十六烷基三甲氧基硅烷1份、醇溶性酚醛树脂0.2份。2.本实施例的防水剂制备方法如下：自然室温条件下，将1.5份乙酰丙酮钛加入至97.3份甲醇中，使用KUDOSSK7200G超声波清洗器(下同)，超声处理5min后，再用1～2min向其中匀速滴加1份十六烷基三甲氧基硅烷和0.2份醇溶性酚醛树脂。隔绝空气密封好，超声下反应10min，即得所述防水剂。3.利用本实施例的防水剂对直径为11cm的滤纸表面进行防护处理：1)滤纸先用乙醇或丙酮超声清洗一次后，自然条件下晾晒1～2h，备用；2)将本实施例得到的防水剂装入喷壶中，然后通过压缩空气进行气流雾化喷涂，喷嘴距离滤纸表面5cm，喷涂压力为10psi，喷涂速度为5cm/s，喷涂量为50g/m2，保证滤纸完全浸透；喷涂完成后的滤纸置于室温下12h，即得超疏水滤纸。将制得的超疏水滤纸进行接触角测量实验，并进行油水分离实验。发现5μL水滴接触角为150.4°，如附图3；分离效率为90％以上，如附图4；八次重复使用率(以正己烷为例)仍能达到90％以上，如附图5。实施例21.本实施例的用于制备超疏水滤纸的防水剂，按质量份数计包括：硅酸四乙酯1.5份、正丁醚96份、异丁基三甲氧基硅烷2份、0.5份醇溶性聚氨酯。2.本实施例的防水剂制备方法如下：自然室温条件下，将1.5份硅酸四乙酯加入至96份正丁醚中，超声处理8min后，再用5min向其中匀速滴加2份异丁基三甲氧基硅烷和0.5份醇溶性聚氨酯。隔绝空气密封好，超声下反应5min，即得所述防水剂。3.利用本实施例的防水剂对直径为11cm的滤纸表面进行防护处理：1)滤纸先用乙醇或丙酮超声清洗一次后，自然条件下晾晒1～2h，备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备超疏水滤纸的防水剂，其特征在于：按质量份数计包括催化剂1.5～3.5份、粘结剂0～0.5份、溶剂94.0～97.5份、活性成分1～2份；所述催化剂为硅酸酯、钛酸酯、锡基酯中的至少一种；所述粘结剂为醇溶性酚醛树脂、醇溶性聚氨酯、醇酸树脂中的至少一种；所述溶剂为醇类、烃类、醚类中的至少一种；所述活性成分为甲基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备超疏水滤纸的防水剂，其特征在于：按质量份数计包括催化剂1.5～3.5份、粘结剂0～0.5份、溶剂94.0～97.5份、活性成分1～2份；所述催化剂为硅酸酯、钛酸酯、锡基酯中的至少一种；所述粘结剂为醇溶性酚醛树脂、醇溶性聚氨酯、醇酸树脂中的至少一种；所述溶剂为醇类、烃类、醚类中的至少一种；所述活性成分为甲基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的至少一种。2.根据权利要求1所述的用于制备超疏水滤纸的防水剂，其特征在于：所述催化剂为硅酸四甲酯、硅酸四乙酯、乙酰丙酮钛、磷酸丁基钛酸酯、二醋酸二丁基锡、二丁基锡二月桂酸酯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的用于制备超疏水滤纸的防水剂，其特征在于：所述溶剂为甲醇、丁醇、正庚烷、正己烷、乙醚、正丁醚中的至少一种。4.一种权利要求1所述的防水剂的制备方法，其特征在于：室温下，将所述催化剂加入至所述溶剂中，超声处...

【专利技术属性】
技术研发人员：车黎明，张浩，周华，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35