輥式涂布法構(gòu)建紙基牢固超疏水表面

滕玉紅，陳蘊智，石葆瑩，趙欣蕊，高璐，張佳偉，王玉峰，3

（1 天津科技大學輕工科學與工程學院，天津300222；2 天津天獅學院食品工程學院，天津301700；3 宏觀世紀（天津）科技股份有限公司，天津301707）

表面潤濕性是固體表面的基本屬性[1-2]，控制表面潤濕性對解決與健康、環(huán)境、醫(yī)療、運輸和能源等有關(guān)的問題都起著至關(guān)重要的作用[3]。通常將接觸角大于150°且滾動角小于10°的表面稱為超疏水表面[4-6]。超疏水性作為表面潤濕性的一種極端狀態(tài)，在防腐、自清潔、減阻、油水分離、防結(jié)冰和強化冷凝傳熱等領(lǐng)域[7-10]具有強大的應(yīng)用潛力而受到廣泛的關(guān)注。根據(jù)固體表面潤濕性的理論方程Wenzel 模型[11]和Cassie-Baxter 模型[12]可知，獲得超疏水表面通常需要滿足兩個基本條件：一是表面具有類荷葉結(jié)構(gòu)的微/納雙尺寸粗糙度[13]；二是表面具有較低的自由能[8]。

紙材料是一種以植物纖維為主要原料的綠色材料，兼具柔性材料和剛性材料的特點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛應(yīng)用[14-15]。但由于植物纖維的天然親水性，限制了紙材料在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用[16-17]。如果能夠在紙基材料上構(gòu)建超疏水表面，不僅可以拓展紙材料的用途，而且提供了一種柔性的超疏水材料。近年來，有研究人員采用超臨界溶液快速膨脹技術(shù)[18]、層層自組裝技術(shù)[19]、非溶劑蒸汽法[20]等方法在紙材料上構(gòu)建了超疏水表面，但這些方法工藝比較復雜，需要專門和昂貴的設(shè)備，難以實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，限制了工業(yè)化的應(yīng)用。

由于紙張是具有空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的多孔材料[21]，原紙表面通常凸凹不平，造紙工業(yè)主要采用無機顏料涂布對原紙表面進行處理，以提高紙張表面的平滑度。……