CN107034710A - 一种超强、超对齐的透明纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超强、超对齐的透明纸及其制备方法。该制备方法如下：（1）将木材切成木片；（2）将木片加入含有亚硫酸钠、氢氧化钠和甲醇溶液的蒸煮锅中，蒸煮；（3）将蒸煮后的木片洗涤除去残余蒸煮药液后，加入过氧化氢溶液漂白；（4）将漂白后的木片加压干燥，制得所述超强、超对齐的透明纸。本发明制备方法简单，是一种新的造纸方式；所制备出来的纸张由于保持纤维在木材中的对齐排列的结构特性，而具有优异的机械性能，其拉伸强度为原始木片的3‑6倍，同时具备良好的光学性能，在建筑和汽车等领域有着广泛的应用前景。

Description

一种超强、超对齐的透明纸及其制备方法
技术领域
本发明属于透明纸和造纸技术领域，尤其涉及一种超强、超对齐的透明纸及其制备方法。
背景技术
透明纸的制备过程是一个通过物理或化学方法去除纸张内部孔隙的过程。透明纸的制备已经有上百年历史。最初，主要通过将纸张浸渍到树脂、矿物油、清漆、树胶或其混合物中，利用这些物质填充纸张内部的孔隙从而使得纸张变透明。但是，这种办法加入了难以生物降解的化学物质，会对纸张回收和环境产生不利的影响。后来，出现了化学处理的方式制备透明纸。将纸张通过盛有硫酸或氯化锌或非衍生性溶剂如LiCl/N,N'-二甲基乙酰胺混合物(DMAc)、NaOH/聚乙烯乙二醇以及各种离子液体等的容器使纤维素纤维表面发生部分溶解，溶解的纤维素填充了纸张内部的孔隙从而使得纸张变得透明。但是，这些方法存在很多问题，包括溶剂价格昂贵；同时，浸渍后如何除去纸张中残余溶剂以及溶剂回收等问题限制其工业化生产。在打浆的过程中，纤维外层的微原纤在机械力的作用下，与细胞壁分离，发生分丝帚化，暴露出更多的羟基，提高纤维间的结合面积；同时，在机械力的作用下，纤维的中空结构在机械力的作用下被破坏，从而使细胞壁坍塌。细胞壁外层的分丝帚化以及纤维细胞壁的坍塌使得纸页在干燥的过程中形成致密的纤维网络结构，减少了纸张内部的孔隙率，提高了光的透过率。为了进一步提高纸页的透明度，可采用超级压光或浸渍等方法来处理制备的纸张。但通过机械处理能耗太大使得透明纸的制备成本过高。近年来，发展的如火如荼的纳米纸，虽然纳米纤维素薄膜具有优异的机械性能和光学性能，在电子器件和能源等领域有着广泛的应用前景，但是，其制备过程中能耗太高，得率也比较低，制备成本过高，目前还处于实验室研究阶段。
木材具有优异的机械性能，主要来源于木材的层次结构和纤维素聚合物链（Gibson L J. The hierarchical structure and mechanics of plant materials[J].Journal of the Royal Society Interface, 2012, 9(76): 2749-2766）。而且单根结晶纤维素的杨氏模量和拉伸强度最高可以达到130GPa和1GPa。但是传统的制浆造纸技术生产出的纸张抗张强度与原木材相比要低的太多，其主要原因是在蒸煮和打浆过程中对纤维的破坏以及传统的方法抄造出来的纸张中纤维是杂乱无序的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供了一种超强、超对齐的透明纸及其制备方法。本发明在木材蒸煮脱木素的过程中保持了其完整的形状结构，然后直接在一定的压力下加压干燥，得到超强、超对齐的透明纸。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，包括以下步骤：
（1）将木材切成木片；
（2）将木片加入含有亚硫酸钠、氢氧化钠和甲醇溶液的蒸煮锅中，蒸煮；
（3）将蒸煮后的木片洗涤除去残余蒸煮药液后，加入过氧化氢溶液，漂白直至木片完全变成白色；
（4）将漂白后的木片加压干燥，制得所述超强、超对齐的透明纸。
进一步优化的，步骤（1）中，所述木材包括所有的木材原料。
进一步优化的，步骤（2）中，相对于绝干木片，氢氧化钠的添加量为5%-10%，亚硫酸钠的添加量为15%-25%。
进一步优化的，步骤（2）中，所述甲醇溶液的浓度为20-30vol%。
进一步优化的，步骤（2）中，液比为1:10-15。
进一步优化的，步骤（2）中，所述蒸煮的温度为150-170℃，蒸煮时间为2-4h。
进一步优化的，步骤（2）中，所述蒸煮过程中不用搅拌，保持木片完整的形状结构。
进一步优化的，步骤（3）中，所述过氧化氢溶液的浓度为1.5-2.5mol/L。
进一步优化的，步骤（3）中，所述漂白的温度为70-90℃。
进一步优化的，步骤（4）中，直接将木片压制成纸张，保持了纤维的排列方向。
进一步优化的，步骤（4）中，所述加压干燥的压力为4-6MPa。
进一步优化的，步骤（4）中，所述加压干燥的时间为4~12h。
由上述任一项所述制备方法制得的一种超强、超对齐的透明纸，厚度450-600 μm，紧度1.4-1.6 g/cm3，拉伸强度为132-245MPa，透明度大于70%。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
（1）本发明的超对齐透明纸制备方法简单，是一种新的造纸方式；
（2）本发明制备的纸张由于保持纤维在木材中的对齐排列的结构特性，而具有优异的机械性能，其拉伸强度为原始木片的3-6倍；
（3）本发明制备的纸张由于在加压过程中除去了其内部孔隙间的空气，而使其具备良好的光学性能，因此在建筑和汽车等领域有着广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的具体实施作进一步的说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
实施例1
（1）将杉木段切成50mm×40mm×3mm木片；
（2）将木片加入含有亚硫酸钠（添加量为15%，相对绝干木片）、氢氧化钠（添加量为5%，相对绝干木片）和甲醇溶液（浓度为20vol%）的蒸煮锅中，液比为1:10，最高温度150℃，保温2h，反应过程中不用搅拌，保持木片完整的形状结构；
（3）将蒸煮后的木片洗涤除去残余蒸煮药液后，加入浓度为1.5mol/L的过氧化氢溶液，在70℃下漂白直至木片的完全变成白色；
（4）将漂白后的木片在4MPa的压力下干燥4h，制得超强、超对齐的透明纸，水分为21%。
制得的超强、超对齐的透明纸的厚度为585μm，紧度1.4 g/cm，拉伸强度为132MPa，原始木片拉伸强度为41MPa，透明度72%。
实施例2
（1）将杉木段切成50mm×40mm×3mm木片；
（2）将木片加入含有亚硫酸钠（添加量为15%，相对绝干木片）、氢氧化钠（添加量为5%，相对绝干木片）和甲醇溶液（浓度为20vol%）的蒸煮锅中，液比为1:10，最高温度150℃，保温2h，反应过程中不用搅拌，保持木片完整的形状结构；
（3）将蒸煮后的木片洗涤除去残余蒸煮药液后，加入浓度为1.5mol/L的过氧化氢溶液，在70℃下漂白直至木片的完全变成白色；
（4）将漂白后的木片在4MPa的压力下干燥8h，制得超强、超对齐的透明纸，水分为12%。
制得的超强、超对齐的透明纸的厚度为534μm，紧度1.5 g/cm，拉伸强度为157MPa，原始木片拉伸强度为41MPa，透明度77%。
实施例3
（1）将杉木段切成50mm×40mm×3mm木片；
（2）将木片加入含有亚硫酸钠（添加量为25%，相对绝干木片）、氢氧化钠（添加量为10%，相对绝干木片）和甲醇溶液（浓度为30vol%）的蒸煮锅中，液比为1:15，最高温度170℃，保温4h，反应过程中不用搅拌，保持木片完整的形状结构；
（3）将蒸煮后的木片洗涤除去残余蒸煮药液后，加入浓度为2.5 mol/L的过氧化氢溶液，在90℃下漂白直至木片的完全变成白色；
（4）将漂白后的木片在6MPa的压力下干燥5h，制得超强、超对齐的透明纸，水分为13%。
制得的超强、超对齐的透明纸的厚度为452μm，紧度1.6 g/cm3，拉伸强度为149MPa，原始木片拉伸强度为41MPa，透明度81%。
实施例4
（1）将杨木段切成50mm×40mm×3mm木片；
（2）将木片加入含有亚硫酸钠（添加量为20%，相对绝干木片）、氢氧化钠（添加量为5%，相对绝干木片）和甲醇溶液（浓度为20vol%）的蒸煮锅中，液比为1:15，最高温度170℃，保温4h，反应过程中不用搅拌，保持木片完整的形状结构；
（3）将蒸煮后的木片洗涤除去残余蒸煮药液后，加入浓度为2.5 mol/L的过氧化氢溶液，在80℃下漂白直至木片的完全变成白色；
（4）将漂白后的木片在6MPa的压力下干燥12h，制得超强、超对齐的透明纸，水分为10%。
制得的超强、超对齐的透明纸的厚度为504μm，紧度1.6 g/cm3，拉伸强度为245MPa，原始木片拉伸强度为41MPa，透明度78%。
实施例5
（1）将桉木段切成50mm×40mm×3mm木片；
（2）将木片加入含有亚硫酸钠（添加量为20%，相对绝干木片,）、氢氧化钠（添加量为7%，相对绝干木片，）和甲醇溶液（浓度为25vol%）的蒸煮锅中，液比为1:13，最高温度160℃，保温3h，反应过程中不用搅拌，保持木片完整的形状结构；
（3）将蒸煮后的木片洗涤除去残余蒸煮药液后，加入浓度为2.0 mol/L的过氧化氢溶液，在80℃下漂白直至木片的完全变成白色；
（4）将漂白后的木片在5MPa的压力下干燥8h，制得超强、超对齐的透纸，水分为13%。
制得的超强、超对齐的透明纸的厚度为517μm，紧度1.5g/cm3，拉伸强度为212MPa，原始木片拉伸强度为41MPa，透明度76%。

Claims (10)

1.一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将木材切成木片；
（2）将木片加入含有亚硫酸钠、氢氧化钠和甲醇溶液的蒸煮锅中，蒸煮；
（3）将蒸煮后的木片洗涤除去残余蒸煮药液后，加入过氧化氢溶液，漂白直至木片完全变成白色；
（4）将漂白后的木片加压干燥，制得所述超强、超对齐的透明纸。
2.根据权利要求1所述的一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述木材包括所有的木材原料。
3.根据权利要求1所述的一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，相对于绝干木片，氢氧化钠的添加量为5%-10%，亚硫酸钠的添加量为15%-25%。
4.根据权利要求1所述的一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述甲醇溶液的浓度为20-30vol%。
5.根据权利要求1所述的一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，液比为1:10-15；所述蒸煮的温度为150-170℃，时间为2-4h。
6.根据权利要求1所述的一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述蒸煮过程中不用搅拌，保持木片完整的形状结构。
7.根据权利要求1所述的一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述过氧化氢溶液的浓度为1.5-2.5mol/L；所述漂白的温度为70-90℃。
8.根据权利要求1所述的一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述加压干燥的压力为4~6MPa。
9.根据权利要求1所述的一种超强、超对齐的透明纸的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述加压干燥的时间为4-12 h。
10.由权利要求1~9任一项所述制备方法制得的一种超强、超对齐的透明纸，其特征在于，厚度为450-600 μm，紧度为1.4-1.6 g/cm3，拉伸强度为32-245MPa，透明度大于70%。
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