CN107385984B - 一种防水纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防水纸及其制备方法,该防水纸是用TiO2对纤维表面进行修饰,然后用抄纸机将纸浆抄造成纸,再用HDTMS乙醇溶液对纸张进行低表面能处理,最后对纸张进行加热处理得到的产物。该方法包括以下步骤:(1)通过水热法将纳米TiO2粒子负载到纸浆纤维表面,形成了表面粗糙的纤维;(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加水配置成浆液,再利用抄纸机将浆液抄造成纸;(3)将纸张放入HDTMS乙醇溶液中进行浸泡处理;(4)将经过浸泡处理后的纸张干燥,得防水纸。本发明主要是以钛酸丁酯和纸浆纤维为原料,通过水热反应以增加纤维表面粗糙度,再用低表面能物质对纸张进行表面修饰,获得了一种具有高接触角的防水纸。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域,具体涉及一种防水纸及其制备方法。
背景技术
纤维素是地球上最丰富和广泛的天然高分子,由于其生物可降解性,无毒性和可持续性,纤维素纤维已广泛用于造纸业,包装业,纺织业和医疗领域。纸基材料是一种可再生、无毒和成本低的材料,因此,纸基材料在包装领域的应用越来越广。纸或者纸板是由大量的纤维交织而成,与石油基塑料产品相比,纸基材料的主要缺点之一是它们固有的高亲水性,所以如何提高纸张的疏水性是一个很大的挑战。纸张与金属、塑料的物理化学性质不同,因此大多数提高疏水性的方法都不适用于纸张。目前其制备方法可以分为两类:表面涂布和表面改性。因此,我们首先通过水热法对纤维表面进行改性,从而增加纤维表面的粗糙度,随后将纸浆抄造成纸,进一步对纸张进行低表面能修饰制备出具有高接触角的疏水纸。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种防水纸及其制备方法,该制备方法简单、易操作,制备的防水纸具有较高的接触角,在食品包装领域有着潜在的应用价值。
本发明的防水纸是由纤维经过水热反应后形成粗糙的表面结构,在抄纸机上抄造成纸后进一步对纸张进行低表面能改性,制备出具有高接触角的防水纸。所述粗糙的表面结构是由纳米TiO2粒子所形成。所述的低表面能改性是通过十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)来实现的。
本发明通过以下技术方案实现。
一种防水纸的制备方法,包括如下步骤:
(1)通过水热法将纳米TiO2粒子负载到纸浆纤维表面,形成了表面粗糙的纤维;
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加水配置成浆液,再利用抄纸机将浆液抄造成纸;
(3)将步骤(2)制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中进行浸泡处理;
(4)将经过浸泡处理后的纸张干燥,得防水纸。
优选的,步骤(1)所述通过水热法将纳米TiO2粒子负载到纸浆纤维表面包括如下步骤:将纸浆用疏解机疏解分散,得纸浆分散液;再将无水乙醇加入冰乙酸中,然后加入钛酸丁酯,搅拌均匀后,得混合液;将所得混合液与纸浆分散液混合,搅拌均匀后置于110~130℃下反应2~10h;待反应完后冷却至室温,分别用水和无水乙醇分别洗涤,得表面粗糙的纤维。
进一步优选的,所述纸浆的用量为1~3g;钛酸丁酯的用量为0~10ml。
进一步优选的,所述无水乙醇的用量为10~30ml;冰乙酸的用量为0~2ml。
进一步优选的,所述反应是将所得混合液与纸浆分散液混合,搅拌均匀后倒入200ml螺口蓝盖瓶中,最终体积调节至140~160ml,再将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应2~10h。
进一步优选的,所述洗涤是用水和无水乙醇分别洗涤3~4次。
优选的,步骤(2)所述浆液的浓度为0.5~1.5wt%。
优选的,步骤(2)中,抄造成纸的纸张定量为70~80g/m2。
优选的,步骤(3)所述HDTMS乙醇溶液的浓度为0.1wt%~1wt%。
进一步优选的,所述的HDTMS乙醇溶液的浓度为1 wt%。
优选的,步骤(3)所述浸泡处理的时间为1~10h。
进一步优选的,所述浸泡处理时间为2h。
优选的,步骤(4)所述干燥是将浸泡处理后的纸张放入110~130℃烘箱中加热1~4h。
进一步优选的,所述加热的时间为2h。
由以上所述的制备方法制得的一种防水纸。
本发明防水纸具有较高的接触角,可应用于包装材料。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明所制备的防水纸具有较高的接触角(达到134.6°),该防水纸从原始的纤维表面结构出发设计,利用低表面能物质修饰而获得防水性能,其制作方法简单,易操作,可适用于工业化生产。
附图说明
图1 a、图1 b为实施例1-9制备的防水纸的接触角曲线图;
图2 a、图2 b为实施例6中 TiO2修饰前后纤维表面的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例与附图对本发明的具体实施作进一步说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入1ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应2h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱中加热2h,得防水纸。
将本实施例制备的防水纸放在光学接触角测量仪上进行接触角测量,测量在室温25℃,相对湿度为75%下进行,测量水滴大小为3ul,对测量的纸张表面取3个点进行测量,最终接触角取平均值,本实施例制备的防水纸的接触角为83.8°。实施例2-9的防水纸也使用该方法进行接触角的测量。
实施例2
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入2ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应2h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱加热2h,得防水纸,该防水纸的接触角为108.5°。
实施例3
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入5ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应2h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱加热2h,得防水纸,该防水纸的接触角为129.8°。
实施例4
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入8ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应2h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱加热2h,得防水纸,该防水纸的接触角为128.6°。
实施例5
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入10ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应2h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱加热2h,得防水纸,该防水纸的接触角为123.9°。
实施例6
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入5ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应4h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。TiO2修饰前后纤维表面的SEM图分别如图2 a、图2 b所示,对比表明TiO2修饰后TiO2成功负载于纤维表面,纤维表面粗糙度明显增加。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱加热2h,得防水纸,该防水纸的接触角为134.6°。
实施例7
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入5ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应6h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱加热2h,得防水纸,该防水纸的接触角为129.2°。
实施例8
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入5ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应8h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱加热2h,得防水纸,该防水纸的接触角为128.6°。
实施例9
(1)纤维表面粗糙度的构建:先将2g纸浆用疏解机疏解至分散良好,取20ml无水乙醇并加入1ml冰乙酸,再加入5ml钛酸丁酯,搅拌均匀后与分散好的纸浆混合,搅拌均匀后倒入250ml螺口蓝盖瓶中,加去离子水使最终体积调节至200ml。将螺口蓝盖瓶密封后放入120℃反应10h。待浆料反应完后冷却至室温,分别用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得表面粗糙的纤维。
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加去离子水配置成浓度为1wt%的浆液,利用抄纸机将浆液抄造成纸,定量为75g/m2;
(3)将HDTMS与无水乙醇混合,配制成浓度为1wt%的HDTMS乙醇溶液,将制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中浸泡处理2h;
(4)将经过浸泡处理的纸张放入120℃的烘箱加热2h,得防水纸,该防水纸的接触角为127.5°。
以上实施例制备的防水纸的性能如图1 a、图1 b所示,图1 a为实施例1-5的纸张接触角曲线图,图1 b为实施例3和6,7,8,9纸张接触角的变化曲线图。
Claims (9)
1.一种防水纸的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)通过水热法将纳米TiO2粒子负载到纸浆纤维表面,形成了表面粗糙的纤维;
(2)向步骤(1)所得表面粗糙的纤维中加水配置成浆液,再利用抄纸机将浆液抄造成纸;
(3)将步骤(2)制备好的纸张放入HDTMS乙醇溶液中进行浸泡处理;
(4)将经过浸泡处理后的纸张干燥,得防水纸;
步骤(1)所述通过水热法将纳米TiO2粒子负载到纸浆纤维表面包括如下步骤:将纸浆用疏解机疏解分散,得纸浆分散液;再将无水乙醇加入冰乙酸中,然后加入钛酸丁酯,搅拌均匀后,得混合液;将所得混合液与纸浆分散液混合,搅拌均匀后置于110~130℃下反应2~10h;待反应完后冷却至室温,分别用水和无水乙醇分别洗涤,得表面粗糙的纤维。
2.根据权利要求1所述的一种防水纸的制备方法,其特征在于,所述纸浆的用量为1~3g。
3.根据权利要求1所述的一种防水纸的制备方法,其特征在于,所述无水乙醇的用量为10~30ml;冰乙酸的用量为0~2ml。
4.根据权利要求1所述的一种防水纸的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述浆液的浓度为0.5~1.5wt%。
5.根据权利要求1所述的一种防水纸的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,抄造成纸的纸张定量为70~80g/m2。
6.根据权利要求1所述的一种防水纸的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述HDTMS乙醇溶液的浓度为0.1wt%~1wt%。
7.根据权利要求1所述的一种防水纸的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述浸泡处理的时间为1~10h。
8.根据权利要求1所述的一种防水纸的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述干燥是将浸泡处理后的纸张放入110~130℃烘箱中加热1~4h。
9.由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的一种防水纸。
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