一种光致变色超疏水功能纸及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种光致变色超疏水功能纸及其制备方法与应用。


背景技术：

2.造纸工业是我国国民经济中不可或缺的一部分，纸张的生产及消耗早已成为衡量国家现代化水平和文明程度的标志之一。随着造纸技术的不断发展，我国纸和纸板的生产总量也在不断上升，但传统的纸张表面由于大量亲水性羟基而具有较强吸水性，在一定程度上限制了纸类产品更大规模的应用。
3.超疏水材料作为一种仿生材料，滴水不沾且自清洁的性能使其在诸多领域都有着巨大的应用潜力，如：防污防腐蚀材料，油水分离材料，自蒸发材料等。
4.光致变色材料是指在一定波长和强度的光作用下，材料的分子结构等发生变化，从而导致颜色的变化，通常这种变化是可逆的。随着技术的不断发展，可以通过控制不同的光照位置来实现不同图案信息的显现，这为其在可重复光打印纸方面的应用提供了一定可能性。此外，由于对光以及其他条件的敏感，此材料还可以被用作指示材料。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种光致变色超疏水功能纸的制备方法，通过在纸张表面构建功能涂层，使其具有快速光致变色以及超疏水性能。
6.本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的光致变色超疏水功能纸。
7.本发明再一目的在于提供上述光致变色超疏水功能纸作为可重复打印纸、指示材料的应用。
8.本发明的目的通过下述方案实现：
9.一种光致变色超疏水功能纸的制备方法，包括以下步骤：
10.(1)将含钨元素化合物，增塑剂与高分子粘接剂溶解在溶剂中，得到混合溶液a；均匀涂布于纸张表面，干燥后得到预涂纸；
11.(2)将耐热性纳米粒子，疏水性粘接剂与挥发性溶剂均匀混合，得到混合溶液b；将混合溶液b均匀喷涂至步骤(1)所得预涂纸表面，干燥；
12.(3)重复步骤(2)，进行二次喷涂后进行干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
13.步骤(1)中，所述含钨元素化合物为六氯化钨、偏钨酸铵和四氯化钨中的至少一种；所述增塑剂为乙二醇、甘油、聚乙二醇和山梨醇中的至少一种；所述高分子粘接剂为聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯醇中的一种或两种的混合物；所述溶剂为异丙醇、乙醇和水中的至少一种。
14.步骤(1)中，所述混合溶液a中含钨元素化合物：溶剂：高分子粘接剂：增塑剂的质量比为10～40：20～30：1～4：2～4；优选为30：22：4：2.2。
15.步骤(1)中，所述预涂纸的涂层厚度为50
‑
300μm；优选为100μm。
16.步骤(2)中，所述耐热性纳米粒子为二氧化钛、二氧化硅和碳酸钙中的至少一种；所述疏水性粘接剂为聚二甲基硅氧烷；所述挥发性溶剂为正己烷、氯仿、二氯甲烷和甲苯中的至少一种。
17.步骤(2)中，所述混合液b的中纳米粒子：疏水性粘接剂：溶剂的质量比为0.4～1.0：0.5～2：15～30；优选为0.8：1.2：20。
18.步骤(2)中，所述喷涂距离为20～30cm，干燥温度为40～80℃，时间为3～6h；优选的，喷涂距离为25cm，干燥温度为60℃，干燥时间为3h。
19.一种光致变色超疏水功能纸，通过上述方法制备得到。
20.所述光致变色超疏水功能纸作为可重复打印纸、指示材料的应用。
21.本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
22.本发明直接将含钨元素化合物与其他物质混合成溶液，采用简单的涂布工艺，在纸张表面构建光致变色涂层，与传统的光致变色材料相比，制备过程更加高效节能，并且能够实现大规模制备。
23.本发明在经过涂布处理之后的纸张表面进行简单的喷涂处理，构建出透明超疏水涂层，与其它超疏水材料制备技术相比，本发明所用原料易得，且制备过程简单易操作；干燥后形成的涂层具有透明性，不影响变色涂层的信息可读性。
24.本发明涉及的光致变色超疏水功能纸制备过程简单，紫外光响应速率快，停止紫外照射后颜色能够持续维持6h以上；功能纸柔软易折叠，表面与水的接触角大于150
°
，具有很好的阻液性能。
附图说明
25.图1为本发明涉及的光致变色超疏水功能纸的制备流程图。
26.图2为实施例1至4制备的光致变色超疏水功能在紫外光处理后的光学照片；从左至右依次为实施例1
‑
4。
27.图3为实施例5至8制备的光致变色超疏水功能纸的接触角数据图。
具体实施方式
28.下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
29.实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
30.实施例1
31.(1)将10g偏钨酸铵，4g聚乙烯吡咯烷酮，2.2g乙二醇以及22g水充分搅拌，得到混合溶液a。
32.(2)将0.8g二氧化硅，20g正己烷，1.2g聚二甲基硅氧烷混合搅拌，得到混合溶液b。
33.(3)将所得混合溶液a均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为100μm，在室温条件(24～26℃，40～50％)下干燥后得到预涂纸。
34.(4)将所得混合溶液b用喷枪均匀喷涂(喷涂距离为20cm)至预涂纸表面，置入烘箱(60℃)处理3h。
35.(5)将干燥后的样品取出，重复上述喷涂及干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
36.实施例2
37.(1)将20g偏钨酸铵，4g聚乙烯吡咯烷酮，2.2g乙二醇以及22g水充分搅拌，得到混合溶液a。
38.(2)将0.7g二氧化硅，22g正己烷，1.2g聚二甲基硅氧烷混合搅拌，得到混合溶液b。
39.(3)将所得混合溶液a均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为100μm，在室温条件(24～26℃，40～50％)下干燥后得到预涂纸。
40.(4)将所得混合溶液b用喷枪均匀喷涂(喷涂距离为25cm)至预涂纸表面，置入烘箱(40℃)处理6h。
41.(5)将干燥后的样品取出，重复上次喷涂及干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
42.实施例3
43.(1)将40g偏钨酸铵，3g聚乙烯吡咯烷酮，2g乙二醇以及22g水充分搅拌，得到混合溶液a。
44.(2)将0.4g二氧化硅，15g正己烷，0.5g聚二甲基硅氧烷混合搅拌，得到混合溶液b。
45.(3)将所得混合溶液a均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为150μm，在室温条件(24～26℃，40～50％)下干燥后得到预涂纸。
46.(4)将所得混合溶液b用喷枪均匀喷涂(喷涂距离为30cm)至预涂纸表面，置入烘箱(80℃)处理2h。
47.(5)将干燥后的样品取出，重复上次喷涂及干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
48.实施例4
49.(1)将30g偏钨酸铵，4g聚乙烯吡咯烷酮，2.2g乙二醇以及22g水充分搅拌，得到混合溶液a。
50.(2)将0.8g二氧化硅，25g正己烷，1.8g聚二甲基硅氧烷混合搅拌，得到混合溶液b。
51.(3)将所得混合溶液a均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为200μm，在室温条件(24～26℃，40～50％)下干燥后得到预涂纸。
52.(4)将所得混合溶液b用喷枪均匀喷涂(喷涂距离为20cm)至预涂纸表面，置入烘箱(70℃)处理3h。
53.(5)将干燥后的样品取出，重复上次喷涂及干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
54.实施例5
55.(1)将20g偏钨酸铵，3g聚乙烯吡咯烷酮，2.2g乙二醇以及30g水充分搅拌，得到混合溶液a。
56.(2)将0.8g二氧化硅，30g正己烷，2g聚二甲基硅氧烷混合搅拌，得到混合溶液b。
57.(3)将所得混合溶液a均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为50μm，在室温条件(24～26℃，40～50％)下干燥后得到预涂纸。
58.(4)将所得混合溶液b用喷枪均匀喷涂(喷涂距离为25cm)至预涂纸表面，置入烘箱
(60℃)处理3h。
59.(5)将干燥后的样品取出，重复上次喷涂及干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
60.实施例6
61.(1)将40g偏钨酸铵，1g聚乙烯吡咯烷酮，4g乙二醇以及20g水充分搅拌，得到混合溶液a。
62.(2)将0.4g二氧化硅，20g正己烷，1g聚二甲基硅氧烷混合搅拌，得到混合溶液b。
63.(3)将所得混合溶液a均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为150μm，在室温条件(24～26℃，40～50％)下干燥后得到预涂纸。
64.(4)将所得混合溶液b用喷枪均匀喷涂(喷涂距离为30cm)至预涂纸表面，放入烘箱(80℃)处理3h。
65.(5)将干燥后的样品取出，重复上次喷涂及干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
66.实施例7
67.(1)将30g偏钨酸铵，4g聚乙烯吡咯烷酮，3g乙二醇以及22g水充分搅拌，得到混合溶液a。
68.(2)将0.6g二氧化硅，25g正己烷，1.8g聚二甲基硅氧烷混合搅拌，得到混合溶液b。
69.(3)将所得混合溶液a均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为300μm，在室温条件(24～26℃，40～50％)下干燥后得到预涂纸。
70.(4)将所得混合溶液b用喷枪均匀喷涂(喷涂距离为20cm)至预涂纸表面，置入烘箱(50℃)处理5h。
71.(5)将干燥后的样品取出，重复上次喷涂及干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
72.实施例8
73.(1)将30g偏钨酸铵，4g聚乙烯吡咯烷酮，2.2g乙二醇以及28g水充分搅拌，得到混合溶液a。
74.(2)将1.0g二氧化硅，22g正己烷，1.8g聚二甲基硅氧烷混合搅拌，得到混合溶液b。
75.(3)将所得混合溶液a均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为200μm，在室温条件(24～26℃，40～50％)下干燥后得到预涂纸。
76.(4)将所得混合溶液b用喷枪均匀喷涂(喷涂距离为25cm)至预涂纸表面，置入烘箱(60℃)处理6h。
77.(5)将干燥后的样品取出，重复上次喷涂及干燥处理，得到光致变色超疏水功能纸。
78.对实施例1至4制备的光致变色超疏水功能纸进行紫外光响应测试，结果如图2所示，停止紫外照射后颜色能够持续维持6h以上。
79.对实施例5至8制备的光致变色超疏水功能纸进行接触角测试(溶液为水)，结果如图3所示。
80.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，
均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。