CN102535243B

CN102535243B - 一种用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法及该牛皮纸

Info

Publication number: CN102535243B
Application number: CN201210009745.5A
Authority: CN
Inventors: 施利毅; 张迎; 冯欣; 王钢领; 时雯; 苗苗
Original assignee: DONGGUAN-SHU INSTITUTE OF NANOTECHNOLOGY; University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: CN102535243A

Abstract

本发明公开了一种用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法，其包括以下步骤：称取微纳米无机晶须，将该微纳米无机晶须加入到水中，通过搅拌分散或超声分散使水中无团聚体，此时微纳米无机晶须呈单根纤维须悬浮液；称取质量百分比为1％～20％的改性溶胶，并将该改性溶胶加入到晶须悬浮液中，通过搅拌或超声改性，制得改性晶须悬浮液；称取质量百分比为50％～90％的干纸浆，将该干纸浆加入水中浸泡打浆，浆液浓度为1％，将所述改性晶须悬浮液加入到浆液中，并加水稀释使浆液浓度降为0.3％，疏解5000转，然后上网抄造，制得湿纸页；用纸页烘干器烘干湿纸页，压榨烘干成型。本发明还公开了由该方法所制得的牛皮纸。

Description

一种用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法及该牛皮纸

技术领域

本发明涉及微纳米无机晶须的改性领域，具体涉及一种用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法和由该方法所制得的牛皮纸。

背景技术

木材是造纸工业的主要原材料，而我国却是一个森林资源极度缺乏的国家，长期以来都难以摆脱部分纸浆纤维依赖进口的事实，约二分之一的造纸纤维需求依赖进口。欧洲能自给自足，北美是造纸纤维净出口地区。国内生产优质牛皮纸用的针叶木浆几乎全部进口。因此，人类在兼顾纸张需求的同时实现对于森林资源的可持续化利用，正承担着越来越重要的责任。

干强剂是造纸工业中增加纸张强度的一类重要化学品，一般具有水溶性，与纤维能形成氢键结合的高聚物。干强剂通常用于补偿添加填料或纤维、再生纤维所引起的纸强度的下降。

目前常用的干强剂一般存在有效成分含量低，使用效果差，实际应用成本过高，性能不稳定，工艺复杂，国内研究起步晚，技术不成熟，大型纸厂主要依靠进口，每年消耗量达几万吨。

目前通过无机加填的方式来降低木材使用，无机填料提高产品质量，提高纸张白度、不透明度和平整度；改善纸张遮盖率及表面性能，但纸张物理特能却是直线下降，严重影响着纸制品的强度性能，因此造纸企业采用纸张干强度增强剂应用于各类纸和纸板的生产过程中，以增加纸和纸板的干强度，然而干强剂的使用不仅提高了造纸成本，而且大量的有机物的添加也造成严重的水污染。

微纳米无机晶须是一种矿物纤维，具有固定的横截面形状、完整的外形、完善的内部结构，并且具有极高的抗拉强度、弹性模量、良好的相容性和化学稳定性，从而赋予硫酸钙晶须优良的增强增韧性，是复合材料中最为高档的增强组织，是毒性最低的绿色环保材料，它是介于植物纤维与传统填料之间的新型纤维状材料，因此具有传统填料所不具备的某些特殊性质：良好的尺寸稳定性、耐热性、抗化学性、阻燃性和电绝缘性，这些性质是植物纤维无法比拟的，能赋予纸张特殊的性能，是一种新型造纸材料，可用于包装纸、文化用纸、生活用纸中。

但目前微纳米无机晶须在牛皮纸中的应用还很少，主要由于微纳米无机晶须尺寸小，比表面大造成的在纸制品中易团聚及表面分散不均出现“白斑”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用微纳米无机晶须怎强牛皮纸的方法，其制造工艺简易，并能够有效解决现今低韧性填料及干强剂在牛皮纸中的应用问题，改性后的晶须作为高效造纸功能材料均匀分散后用于纸张增强，不仅改善了纸页的抄造性能，溶胶中富含大量的分子间氢键可以增强纤维与晶须间的相互作用力，而且可以改善不透明性、可塑性、阻燃性及印刷性，制造难燃纸张，有助于开发纸品的新功能、新用途和新领域。

本发明的目的还在于提供一种由该方法所制得的牛皮纸。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法，其包括以下步骤：

(1)称取质量百分比为8％～40％的微纳米无机晶须，将该微纳米无机晶须加入到水中，并通过搅拌分散或超声分散使水中无团聚体，此时微纳米无机晶须呈单根纤维状悬浮在水中，形成晶须悬浮液；

(2)称取质量百分比为1％～20％的改性溶胶，并将该改性溶胶加入到晶须悬浮液中，通过搅拌或超声改性，制得改性晶须悬浮液；

(3)称取质量百分比为50％～90％的干纸浆，将该干纸浆加入水中浸泡并打浆至一定打浆度，浆液浓度为1％，将所述改性晶须悬浮液加入到浆液中，并加水稀释使浆液浓度降为0.3％，疏解5000转，然后上网抄造，制得湿纸页；

(4)用纸页烘干器烘干湿纸页，湿纸页在0.8MPa压力下压榨2min，湿纸页烘干成型，纸样定量为70g/m²，制得增强牛皮纸，其包括有微量水分及杂质。

所述步骤(2)中，搅拌或超声时间为1min～2h。

所述步骤(3)中，在上网抄造前，在浆液中加入浓度为0.05％的阳离子助留助滤剂1mL搅拌均匀。

所述微纳米无机晶须为高长径比微纳米晶须，该微纳米无机晶须为海泡石、硅灰石、碳酸钙、硫酸钙、滑石或水镁石中的一种或几种。

所述改性溶胶为粒径在1～150nm之间、固含量为25％的中性硅溶胶、酸性硅溶胶、铝溶胶或锆溶胶中的一种或几种。

所述阳离子助留助滤剂为高分子量的阳离子聚丙烯酰胺，其分子量为600～800万，离子度40％。

一种由前述微纳米无机晶须增强牛皮纸韧性的方法所制得的牛皮纸，其原料组成及质量百分比为：

余量为水分及杂质。

与现有技术相比，本发明提供的方法的制备工艺简易、成本低，无毒无污染，易于工业化推广。

本发明使用的改性晶须有较高的留着可替代高价的韧性硫酸盐针叶木浆，对于我国森林资源的保护也具有现实的意义。它还可以弥补传统无机填料加入牛皮纸降低制品品质的缺点。

本发明的改性晶须分散均匀，能有效改善晶须的表面性质，提高晶须的留着率，增加晶须与纸浆纤维的相互间作用力，加入硅溶胶使晶须与纤维通过分子间氢键紧密交织成网状结构，从而提高纤维间键数与键能，改善纸页的物理性能，增强韧性。

改性后的晶须作为高效造纸功能材料均匀分散后用于纸张增强，不仅改善了纸页的抄造性能，溶胶中富含大量的分子间氢键可以增强纤维与晶须间的相互作用力，而且可以改善不透明性、可塑性、阻燃性及印刷性，制造难燃纸张，有助于开发纸品的新功能、新用途和新领域。

本发明制备的改性晶须集聚了无机填料和干强剂的优势于一身，性能优良拥有其它材料无法比拟的性价比，应用于牛皮纸中，体现出优异的综合性能。

下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明未添加硫酸钙晶须的纸样扫描电镜图；

图2为本发明添加30％硫酸钙晶须的纸样扫描电镜图；

图3为本发明添加30％硫酸钙晶须的纸样扫描电镜图；

图4为本发明添加30％硫酸钙晶须的纸样能谱分析表；

图5为不同打浆度条件下硫酸钙晶须替代10％纸浆后纸张抗张指数提高比例；

图6为不同晶须替代量与不加添时纸张的抗张指数、耐折次数、耐破指数提高比例。

具体实施方式

实施例1：本发明一种用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法，其包括以下步骤：

(3)称取质量百分比为50％～90％的干纸浆，将该干纸浆加入到水中浸泡并打浆至一定打浆度，浆液浓度为1％，将所述改性晶须悬浮液加入到浆液中，并加水稀释使浆液浓度降为0.3％，疏解5000转，然后上网抄造，制得湿纸页；

所述步骤(2)中，搅拌或超声时间为1min～2h。

余量为微量水分及杂质。

实施例2：本实施例的用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法和牛皮纸与实施例1基本相同，其不同之处在于，该牛皮纸的原料组成及质量百分比为：

在本实施例中，余量为微量水分及杂质。

实施例3：本实施例的用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法和牛皮纸与实施例1、2基本相同，其不同之处在于，该牛皮纸的原料组成及质量百分比为：

实施例4：本实施例的用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法和牛皮纸与实施例1至3基本相同，其不同之处在于，该牛皮纸的原料组成及质量百分比为：

参见图1至图6，其中图1为本发明未添加硫酸钙晶须的纸样扫描电镜图，图2为本发明添加30％硫酸钙晶须的纸样扫描电镜图，图3为本发明添加30％硫酸钙晶须的纸样扫描电镜图，图4为本发明添加30％硫酸钙晶须的纸样能谱分析表，图5为不同打浆度条件下硫酸钙晶须替代10％纸浆后纸张抗张指数提高比例，图6为不同晶须替代量与不加添时纸张的抗张指数、耐折次数、耐破指数提高比例。

实施例5：参见图1至图5，本实施例的用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法和牛皮纸与实施例1至4基本相同，其不同之处在于：

称取质量百分比为10％的硫酸钙晶须，加入30mL水中，搅拌分散或超声分散至无团聚体，此时晶须呈单分散的纤维状悬浮在水中。加入改性溶胶，溶胶用量与晶须之比为1∶2。常温搅拌20min，即得改性晶须。将此改性晶须悬浮液加入质量百分比为85％的浓度为1％打浆度分别为19°SR、23°SR、37°SR、40°SR、46°SR的纸浆中，再加水稀释至浆浓为0.3％，疏解5000转，不加阳离子助留助滤剂直接上网抄造。最后用纸页烘干器干燥纸页，湿纸页在0.8MPa压力下压榨2min。纸样定量为70g/m²。根据GB/T 12914-1991标准测定纸样的抗张强度，如图5所示，与未加硫酸钙晶须的纸样相比，抗张指数增加最大时的打浆度为37°SR。

实施例6：见图1至图4、图6，本实施例的用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法和牛皮纸与实施例1至5基本相同，其不同之处在于：

称取质量百分比为30％的晶须，加入30mL水中，搅拌分散或超声分散至无团聚体，此时晶须呈单分散的纤维状悬浮在水中。加入改性溶胶，溶胶用量与晶须之比为1∶2。常温搅拌20min，即得改性晶须。称取一定量的改性晶须加入质量百分比为54.95％的浓度为1％打浆度为42°SR的纸浆中，再加水稀释至浆浓为0.3％疏解5000转，加入质量百分比为0.05％的阳离子聚丙烯酰胺搅拌均匀上网抄造。最后用纸页烘干器干燥纸页，湿纸页在0.8MPa压力下压榨2min。纸样定量为70g/m²。根据GB/T 12914-1991，GB/T 454-2002，GB/T 457-2008分别测定纸样的抗张强度、耐破度、耐折度，如图6所示抗张指数增加23.79％，耐折指数提高56.35％，耐破度提高6.18％。

如本发明实施例所述，采用与本发明相同或相似的步骤及组分，及其所列明的范围内，所得到的其他微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法和由该方法所制得的牛皮纸，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）称取质量百分比为8%～40%的微纳米无机晶须，将该微纳米无机晶须加入到水中，并通过搅拌分散或超声分散使水中无团聚体，此时微纳米无机晶须呈单根纤维状悬浮在水中，形成晶须悬浮液；

所述微纳米无机晶须为高长径比微纳米晶须，该微纳米无机晶须为海泡石、硅灰石、碳酸钙、硫酸钙、滑石或水镁石中的一种或几种；

（2）称取质量百分比为1%～20%的改性溶胶，并将该改性溶胶加入到晶须悬浮液中，通过搅拌或超声改性，制得改性晶须悬浮液；

所述改性溶胶为粒径在1～150nm之间、固含量为25%的中性硅溶胶、酸性硅溶胶、铝溶胶或锆溶胶中的一种或几种；

（3）称取质量百分比为50%～90%的干纸浆，将该干纸浆加入水中浸泡并打浆至一定打浆度，浆液浓度为1%，将所述改性晶须悬浮液加入到浆液中，并加水稀释使浆液浓度降为0.3%，疏解5000转，然后上网抄造，制得湿纸页；

（4）用纸页烘干器烘干湿纸页，湿纸页在0.8MPa压力下压榨2min，湿纸页烘干成型，制得增强牛皮纸。

2.根据权利要求1所述的用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，搅拌或超声时间为1min～2h。

3.根据权利要求1所述的用微纳米无机晶须增强牛皮纸的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在上网抄造前，在浆液中加入浓度为0.05%的阳离子助留助滤剂1mL搅拌均匀。

4.根据权利要求3所述的微纳米无机晶须增强牛皮纸韧性的方法，其特征在于，所述阳离子助留助滤剂为高分子量的阳离子聚丙烯酰胺，其分子量为600～800万，离子度40%。

5.一种由权利要求1所述微纳米无机晶须增强牛皮纸韧性的方法所制得的牛皮纸，其特征在于，其原料组成及质量百分比为：

所述改性溶胶为粒径在1～150nm之间、固含量为25%的中性硅溶胶、酸性硅溶胶、铝溶胶或锆溶胶中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的牛皮纸，其特征在于，所述阳离子助留助滤剂为高分子量的阳离子聚丙烯酰胺，其分子量为600～800万，离子度40%。