[发明专利]一种超疏水、自洁净造纸用涂料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及造纸材料制备技术领域，特别是一种超疏水、自洁净造纸用涂料的制备方法。

背景技术：

随着市场发展的需要，人们愈来愈重视对成纸质量、性能和品味的追求，促进了造纸行业中涂布加工纸和涂布纸板的发展。通常情况下，未经表面处理的普通纸张均具有较强的亲水性，一旦与水接触，水会快速渗透至纸张内部，造成纸张力学性能下降，最终失去使用价值。涂布加工纸主要是在纸张的表面涂施各种性能的颜料、胶料和特殊涂料，以适应纸张具有特殊性能的要求（如表面强度、外观色彩、耐磨、防水及环保性能等）。经过普通涂布方法制备的纸张，通常其表面与水的接触角均小于120°，不具备超疏水性能，更谈不上自清洁作用。

固体表面的超疏水性（接触角大于150°，滚动角小于10°）是材料表面重要的物理特性，生物材料表面给了我们许多重要启发, 荷叶表面就是最为典型的一类。经长期观察发现, 荷叶表面上存在着非常复杂的微米与纳米级的二元复合结构。在扫描电子显微镜下可以清晰看到, 荷叶表面有许多微小的乳突, 每个乳突的表面上又有许多直径约200纳米左右的“山包”状凸顶。在乳突和“山包”间的凹陷部分充满着空气。当雨水降落在叶面上后, 只能同叶面上“山包”的凸顶形成部分点接触。研究表明, 这种微—纳米二元结构形貌不仅存在于荷叶表面, 在其他植物表面及一些动物的皮毛中也存在这种微—纳米二元粗糙表面结构。

一般来说，超疏水性表面可以通过两种途径来制备:一种是在疏水材料表面改变材料表面的粗糙度和表面形态；另一种是在具有一定粗糙度的表面上修饰低表面能的物质。目前，许多制备粗糙表面的方法已有报道，例如聚四氟乙烯存在时聚丙烯的等离子体聚合或刻蚀，相分离法以及模板法等。同时，为了能得到超疏水表面，用低表面能有机树脂（如氟硅树脂）对产品表面进行修饰也是必要的。如美国专利No. 6,800,354通过将具有纳米氧化物粒子的涂层涂覆在基材表面形成的自洁净表面。其在微米级结构上形成了纳米级结构，涂层中的微米粒子均匀分布于涂料中，或先将微米级粒子的第一层涂料涂覆到基底，再将具有纳米级粒子的第二层涂料涂覆在第一层之上，涂料主要是采用疏水化的物质（例如有机硅烷）处理制成疏水性表面。又如中国专利（申请号为200810031648.X）“含纳米粒子的超疏水水性氟硅丙涂料”，所公开的涂料是由以下质量分数的组分混合配制而成:水30%～65%,硅丙乳液10%～40%,水性氟树脂乳液10%～40%,纳米氧化物粒子1%～10%,无机制孔化合物1%～15%,还有少量的无机酸用于调节PH值；该发明还公开了一种用该涂料制备得到的超疏水水性氟硅丙涂层,该涂层的水静态接触角在150度以上,滚动角在5度以下；利用该发明的涂料制备得到的涂层结合了超疏水性、优异的力学性能及易加工性等优点,具备像荷叶那样的自清洁性功能。还有中国专利（申请号为02147804.X）“超疏水、自洁净纳米结构表面纸”，该纸张是在普通纸张表面,应用硅胶(703、704、705)、乙酸乙酯、乙酸正丁酯和香蕉水,制备一层超疏水、自洁净纳米结构表面层；在纳米结构表面层与水珠之间形成一层气膜,超疏水角大于150度,污水溅到表面会自动滚落,不留任何痕迹,达到自洁净的目的。

但是目前这种先构造粗糙表面结构，再进行氟硅烷表面修饰的两步法技术存在较多的难题，即面临需要特殊的先进设备（如等离子体设备）或使用昂贵的高分子材料（如表面能极低的氟硅烷）的两难选择，而且还需付出很大的环保成本，这都不利于其实现大规模的工业化应用。

发明内容：

针对现有技术所存在的不足，本发明的目的在于提供一种涂料的制备方法，该方法具有操作工艺简单、成本低，且易于工业化生产等特点；其产品具有超疏水、自洁净功能，可用于造纸。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是发明一种超疏水、自洁净造纸用涂料的制备方法，其工艺过程如下：

①、浆料制备：将天然石灰石煅烧成氧化钙后，加50-90℃的热水进行消化、过筛，配制成浓度为100-200g/L的精制氢氧化钙浆料，备用；

②、一次碳化：将备用的精制氢氧化钙浆料中的一部分送入反应罐中，再加入占反应罐中精制氢氧化钙浆料中所含氢氧化钙质量的0.5-3%的晶形控制剂A，然后，通入二氧化碳体积浓度为10-40%、流量为200-750L/min的窑气，进行一次碳化反应，反应温度控制在30-75℃；