CN104358182A - 一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，按如下步骤制备：（1）先将硫酸铝配成质量浓度为5％-20％的水溶液，浸渍滤纸1-3min后，将滤纸在100-105oC下烘干编号；（2）将浓度为6-10％的羧甲基纤维素于乙醇中，按纳米二氧化硅:羧甲基纤维素＝1：1~1：4的比例加入纳米二氧化硅分散于羧甲基纤维素-乙醇溶液中，获得含有纳米二氧化硅的羧甲基纤维素－乙醇溶液，将步骤（1）中所述经硫酸铝浸渍的滤纸，在该羧甲基纤维素-纳米二氧化硅的乙醇溶液中提拉浸渍数次；之后，先风干24-48h，即得。
Description
技术领域
本发明涉及一种加填抄造的纸张，特别是一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张。
背景技术
羧甲基纤维素，是纤维素的羧甲基团取代产物。根据其分子量或取代程度，可以是完全溶解的或不可溶的多聚体，后者可作为弱酸型阳离子交换剂，用以分离中性或碱性蛋白质等。羧甲基纤维素可形成高粘度的胶体、溶液、有粘着、增稠、流动、乳化分散、赋形、保水、保护胶体、薄膜成型、耐酸、耐盐、悬浊等特性，且生理无害，因此在食品、医药、日化、石油、造纸、纺织、建筑等领域生产中得到广泛应用。
羧甲基纤维素（CMC)为无毒无味的白色絮状粉末，性能稳定，易溶于水，其水溶液为中性或碱性透明粘稠液体，可溶于其它水溶性胶及树脂，不溶于乙醇等有机溶剂。CMC可作为粘合剂 、增稠剂、悬浮剂、乳化剂、分散剂、稳定剂、上浆剂等。用于造纸工业 CMC在造纸工业中可作纸面平滑剂、施胶剂。在纸浆中加入0.1%～0.3%的CMC能使纸张增强抗张力40%～50%，抗压破裂度增加50%，揉性增大4～5倍。
近年来,随着我国经济的高速发展,人们生活和文化水平的提高,科技的进步,推动了特殊纸种在各领域中作为新材料的广泛应用。某些特殊填料可以赋予纸张特殊的性能，例如，磁性、光催化性、阻燃性、抗菌性、导电性、除臭性、高松厚性、热缓冲/隔热性、光致发光性，使加填纸张成为特种纸来满足人们对纸张更多新性能的需求
然而，在纸张中加填也对纸张质量和造纸工业生产造成负面影响，加填的纸张，由于填料分散于纤维之间，使纸张的结构疏松多孔，减少了纤维间的相互接触和氢键结合，使纸张的物理强度下降，加填还会使纸张掉毛掉粉现象增加，并使纸张毛细孔增加，提高了纸张的吸收性，减小纸张的伸缩变形和保水性能，加填还会降低纸张的施胶度，尤其是碱性填料对酸性施胶的危害更大。
纳米二氧化硅具有三维网状结构 ，拥有庞大的比表面积 ，表现出极大的活性 ，能在涂料 干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不退色。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米氧化硅， 可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施式性能良好，尤其是抗沾污染性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力 。纳米SiO2还可与有机颜料配用 ，可获得光致变色涂料，M．P ．J ．Peeters等用溶胶凝胶法合成了含纳米二氧化硅SP30的全透明的耐温涂料 H．Schmidt等合成了很厚的含纳米SiO2的涂料，并耐高温，在500℃下没有出现裂缝，Fayna Mamme ri等合成了P MMA- SiO2纳米涂料。明显增强了涂料的弹性和强度。
纳米氧化硅具有常规SiO2所不具有的特殊光学性能，它具有极强的紫外吸收，红外反射 特性。经紫外一可见分光光度计测试表明，它对波长400nm以内的紫外光吸收率高达70%以上，对波长800nm 以外的红外光反射率也达70%以上，它添加到涂料中能对涂料形成屏 蔽作用，达到抗紫外老化和热老化的目的，同时增加了涂料的隔热性， 徐国财等通过纳米微粒填充法，将纳米氧化硅作掺杂到紫外光同化涂料中，明显地提高了紫外光固化涂料的硬度和附着力，还减弱了紫外光同化涂料吸收 UV辐射的程度， 从而降低了紫外光同化涂料的同化速度。
纸是在纸机上抄造形成的,湿纸页在网部的脱水成形,再经压榨及干燥部的进一步强化脱水而成。造纸过程中加入矿物填料不仅可用来改进纸张的光学性能、平滑度和印刷适印性等，而且节约能源、降低原料消耗、提高纸品性能和产量，在造纸领域广泛采用。
目前的纸张浆内施胶剂主要有松香胶、强化松香胶、分散松香胶、石油树脂胶、石蜡胶等，其中松香类施胶剂和石油树脂类施胶剂主要用于酸性抄纸，对填料改性效果较差，难以达到工业化生产的要求。因此迫切希望找到一种填料改性方法，在增强纸张性能的同时赋予纸张良好的施胶性。
发明内容：
对纳米二氧化硅进行表面改性是减小其不良影响的有效途径。用羧甲基纤维素的钾盐或钠盐与淀粉或铝盐的复合物对纳米二氧化硅改性，改性后纳米二氧化硅表面的复合物可为改性剂提供结合点，在一定程度上能提高羧甲基纤维素的施胶效率。
本发明为了降低纳米二氧化硅加填对纸张的负面影响，提高其对抄纸适应性，赋予纸张更多的特殊性能。研发了一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅，使表面改性和加填合二为一，缓解了加填对纸张的损伤，提高了纸张的性能。采用羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅的方式，显著提高了纸张表面的粗糙度，降低纸张表面能，使处理后的纸张静态接触角明显增加，获得了良好的疏水性能。所采用的制备方法工艺简单、成本低廉，具有实用价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，按如下步骤制备：（1）先将硫酸铝配成质量浓度为5％-20％的水溶液，浸渍滤纸1-3min后，将滤纸在100-105oC下烘干编号；（2）将浓度为6-10％的羧甲基纤维素于乙醇中，按纳米二氧化硅:羧甲基纤维素＝1：1~1：4的比例加入纳米二氧化硅分散于羧甲基纤维素-乙醇溶液中，获得含有纳米二氧化硅的羧甲基纤维素－乙醇溶液，将步骤（1）中所述经硫酸铝浸渍的滤纸，在该羧甲基纤维素-纳米二氧化硅的乙醇溶液中提拉浸渍数次；之后，先风干24-48h，即得。
优选的，步骤（2）中用涂料刮棒将所述的羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅在所述滤纸表面进行涂布，涂布量要控制为5-10g/m2
优选的，步骤（2）中用涂料刮棒将所述的羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅在所述滤纸表面进行涂布，涂布量要控制为8g/m2
优选的，将含有纳米二氧化硅的羧甲基纤维素－乙醇溶液超声振荡5-10min。
优选的，将所述提拉浸渍后的滤纸在恒温鼓风干燥箱于100℃-105℃干燥15-20min。
一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅，组成为羧甲基纤维素 8-12份，纳米二氧化硅 2-3份、乙醇 90-85份；按如下步骤制备：（1）先将硫酸铝配成质量浓度为5％-20％的水溶液，浸渍滤纸1-3min后，将滤纸在100-105oC下烘干编号；（2）将浓度为6-10％的羧甲基纤维素于乙醇中，按纳米二氧化硅:羧甲基纤维素＝1：1~1：4的比例加入纳米二氧化硅分散于羧甲基纤维素-乙醇溶液中，即得。
本发明有益的效果是：
（1）降低纳米二氧化硅加填对纸张的负面影响，缓解了纳米二氧化硅加填对纸张的损伤，提高其对抄纸适应性
（2）提高了羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张表面的粗糙度，降低其表面能，显著增加处理后的纸张静态接触角，获得高抗水性纸张
（3）纸在赋予纸张较高的抗水性同时，也纸张具有抗菌性、憎液性能和很强的抗酸碱性能。
（4）使本来不能应用于酸性抄纸的纳米二氧化硅填料可以在酸性条件下使用，节约了酸性抄纸的成本。
附图说明
图1 羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅用量对抄片纸张疏水性的影响
图2是不同工艺抄造的纸张的静态接触角
其中，a.吸水纸，b.普通抄造纸张，c.实施例1抄造纸张，d.实施例2抄造的纸张。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的阐述。应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，按如下步骤制备：
（1）先将硫酸铝配成质量浓度为5％的水溶液，浸渍滤纸1min后，将滤纸在100oC下烘干编号；
（2）将浓度为6％的羧甲基纤维素于乙醇中，按纳米二氧化硅:羧甲基纤维素＝1：1的比例加入纳米二氧化硅分散于羧甲基纤维素-乙醇溶液中，获得含有纳米二氧化硅的羧甲基纤维素－乙醇溶液，将步骤（1）中所述经硫酸铝浸渍的滤纸，在该羧甲基纤维素-纳米二氧化硅的乙醇溶液中提拉浸渍数次；之后，先风干24h，即得。
实施例2：
一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，按如下步骤制备：
（1）先将硫酸铝配成质量浓度为20％的水溶液，浸渍滤纸3min后，将滤纸在105 oC下烘干编号；（2）将浓度为10％的羧甲基纤维素于乙醇中，按纳米二氧化硅:羧甲基纤维素＝1：4的比例加入纳米二氧化硅分散于羧甲基纤维素-乙醇溶液中，超声振荡8 min获得含有纳米二氧化硅的羧甲基纤维素－乙醇溶液，用涂料刮棒将配制的羧甲基纤维素-乙醇溶液在所述滤纸表面进行涂布，涂布量要控制为8g/m2；之后，将所述提拉浸渍后的滤纸在恒温鼓风干燥箱于105℃干燥15min，即得。
实验材料
滤纸购自石家庄京丰达纸业有限公司，其余化学药品均为市售工业品，购自上海朗瑞精细化学品有限公司。所有实验测定方法：均按GB/T1548-2004标准。
实验数据
表1不同抄造工艺对纸张纤维形态的影响
Table 1 Effect of different process on fiber morphology
| 浆料种类 | L(n)/mm | W(n)/μm | Fines(n)/% | Fibercurl/% |
| 吸水纸 | 4.6 | 14.71 | 10.03 | 15.4 |
| 普通抄造纸张 | 4.6 | 14.33 | 10.52 | 15.3 |
| 实施例1抄造的纸张 | 4.5 | 14.27 | 10.69 | 15.6 |
| 实施例2抄造的纸张 | 4.7 | 14.25 | 10.66 | 15.4 |
表2不同抄造工艺对纸张的强度的影响
Table 2 Effect of different process on paper properties
| 浆料种类 | 抗张指数Nm/g | 撕裂度mNm2/g | 耐破度kPam2/g |
| 吸水纸 | 38.27 | 3.93 | 2.62 |
| 普通抄造纸张 | 34.74 | 3.81 | 2.61 |
| 实施例1抄造的纸张 | 32.94 | 3.91 | 2.56 |
| 实施例2抄造的纸张 | 32.50 | 3.85 | 2.54 |
表3不同羧甲基纤维素用量对纸张的静态接触角的影响
Table 3 Effect of different dosage on contact angle of treated paper
| 羧甲基纤维素用量 | 静态接触角℃ |
| 6% | 101 |
| 7% | 117 |
| 8% | 124 |
| 9% | 130 |
| 10% | 130 |
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，其特征在于，按如下步骤制备：（1）先将硫酸铝配成质量浓度为5％-20％的水溶液，浸渍滤纸1-3min后，将滤纸在100-105oC下烘干编号；（2）将浓度为6-10％的羧甲基纤维素于乙醇中，按纳米二氧化硅:羧甲基纤维素＝1：1~1：4的比例加入纳米二氧化硅分散于羧甲基纤维素-乙醇溶液中，获得含有纳米二氧化硅的羧甲基纤维素－乙醇溶液，将步骤（1）中所述经硫酸铝浸渍的滤纸，在该羧甲基纤维素-纳米二氧化硅的乙醇溶液中提拉浸渍数次；之后，先风干24-48h，即得。
2.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，其特征是，步骤（2）中用涂料刮棒将所述的羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅在所述滤纸表面进行涂布，涂布量要控制为5-10g /m2。
3.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，其特征是，步骤（2）中用涂料刮棒将所述的羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅在所述滤纸表面进行涂布，涂布量要控制为8g/m2。
4.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，其特征是，将含有纳米二氧化硅的羧甲基纤维素－乙醇溶液超声振荡5-10min。
5.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅抄造的纸张，其特征是，将所述提拉浸渍后的滤纸在恒温鼓风干燥箱于100℃-105℃干燥15-20min。
6.一种羧甲基纤维素改性纳米二氧化硅，组成为羧甲基纤维素 8-12份，纳米二氧化硅 2-3份、乙醇 90-85份；其特征在于，按如下步骤制备：（1）先将硫酸铝配成质量浓度为5％-20％的水溶液，浸渍滤纸1-3min后，将滤纸在100-105oC下烘干编号；（2）将浓度为6-10％的羧甲基纤维素于乙醇中，按纳米二氧化硅:羧甲基纤维素＝1：1~1：4的比例加入纳米二氧化硅分散于羧甲基纤维素-乙醇溶液中，即得。
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