CN109577074A - 一种疏水高耐磨纸浆材料的制备方法及其产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种疏水高耐磨纸浆材料及其制备方法，该方法采用氟碳化合物为疏水剂，在纸浆的成型配方中添加氟碳化合物起到高疏水作用；利用原子层沉积技术在纸浆材料表面修饰无机纳米氧化物，使得纸浆材料表面更加粗糙，实现纸浆材料的表面耐磨性。与现有技术相比，本发明的疏水高耐磨纸浆材料，不仅可以大幅度地增强纸浆的磨擦性能，又能起到良好的抗水作用。本发明制备方法简单，所得的产品性能明显高于现有市场的产品。

Description

一种疏水高耐磨纸浆材料的制备方法及其产品
技术领域
本发明涉及纤维素材料的制备领域，涉及一种疏水高耐磨纸浆材料的制备方法及其产品，具体地涉及纤维素材料的改性，制备疏水高耐磨纸浆材料。
背景技术
纸浆是以植物纤维为原料，经不同加工方式加工制成的纤维状物质，其依照原料来源、加工方式、加工程度等可以分为很多细分品种，并可广泛应用于造纸、人造纤维、塑料、化工等领域。
随着环保意识的不断提高，纸浆产品也不断普及。但对于一些特殊的场合应用，纸浆本身的性能不能满足产品的需求。例如，纸制品的耐水性不是很好，因此在利用纸张制作一些容器类似与一次性纸杯这一类产品的时候会在生产的过程中添加一些物质，避免出现漏水渗水的情况发生。但是添加的物品中一些是对人体的危害是巨大的，纸杯产品中的胶质物在遇到热水之后会被散发出来从而对人体造成一定的危害，而不经过加工的纸制品则不能使用在油性和水性的物品上。
因此，近十几年纸浆纤维改性的研究进展受到广泛关注。改性方法主要包括对纸浆纤维的常规化学改性和酶改性等，例如浸渍处理、多层膜技术、空间基化纤维等。这些方法中，硅烷浸渍处理和多层膜技术都是首次用于纸浆纤维的改性，取得了比较理想的效果。浸渍处理中的填糖法对降低纸张的成本有重要的意义，机械预处理对提高二次纤维的强度性质特别有效。但是这些方法对纸浆特殊场合的应用仍不能满足，如疏水性能、耐磨性能的提高仍需要深入研究。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种疏水高耐磨纸浆材料的制备方法。以氟碳化合物为疏水剂、以表面纳米化涂层为技术手段提高纸浆材料的表面耐磨性。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的疏水高耐磨纸浆材料产品。
本发明目的通过下述方案实现：一种疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，采用氟碳化合物为疏水剂，在纸浆的成型配方中添加氟碳化合物起到高疏水作用；利用原子层沉积技术在纸浆材料表面修饰无机纳米氧化物，使得纸浆材料表面更加粗糙，实现纸浆材料的表面耐磨性，包括如下步骤：
a、按照重量份数以下原料组成：纸浆40-60份、烷氧基化脂肪醇2-5份、木质纤维素18-25份、芦粟壳20-27份、丙烯酸树脂1-2份、香精3-5份、氟碳化合物2-3份、消泡剂1-4份、有机溶剂3-5份、无机纳米粉2-7份和适量的水；
b、通过真空吸浆成型技术将步骤a中的材料制作纸浆材料；
c、将步骤b得到的纸浆材料通过原子层沉积技术沉积一层纳米氧化物，得到疏水高耐磨纸浆材料。
所述步骤c中原子层沉积技术沉积一层纳米氧化物，其工艺在于：将沉积室真空抽至10-16hPa，基片加热至100-150℃，向沉积室中引入金属气源，用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸气，金属气源、高纯氮气、水蒸气在沉积室内暴露时间依次为0.1s、3s、0.1s、3s。
所述的纸浆为木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆、竹浆、破布浆、烟草浆中的一种或几种。
所述的氟碳化合物为全氟丁基磺酰氟(FC-4)、全氟辛基磺酰氟(FC-8)、氟虫胺(FC-9)、N-乙基全氟辛基磺酰胺乙醇(FC-10)、全氟辛基磺酸钾(FC-95)、全氟丁基磺酸钾(FC-98)、全氟辛基磺酰胺(FC-99)、全氟辛基磺酸铵(FC-120)、全氟辛基季铵碘化物(FC-134)、全氟辛基磺酸四乙基胺(FC-248)、N-全氟烷基磺酰基、丙基三乙氧基硅烷(FC-922)、全氟烷(FC-40)、全氟烷基丙烯酸酯(FC-14)、N-氟苯磺酰亚胺、全氟己基磺酰氟、全氟己烷磺酸钾、N-甲基全氟己基磺酰胺、N-甲基全氟己基磺酰胺基乙醇、全氟萘烷、全氟三丙胺中的至少一种。
所述的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙醚、乙二醇、丙三醇、油酸的一种或几种。
所述的消泡剂乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷的一种。
所述的无机纳米粉为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米二氧化钛的一种。
所述的纸浆成型技术为真空吸浆成型、注浆成型的一种。
所述的金属气源为二乙基锌、三甲基铝、四氯化钛的一种。
本发明还提供一种疏水高耐磨纸浆材料，根据上述任一所述方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的疏水高耐磨纸浆材料，不仅可以大幅度地增强纸浆的磨擦性能，又能起到良好的抗水作用。本发明制备方法简单，所得的产品性能明显高于现有市场的产品。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1
一种疏水高耐磨纸浆材料，采用氟碳化合物为疏水剂，在纸浆的成型配方中添加氟碳化合物起到高疏水作用；利用原子层沉积技术在纸浆材料表面修饰无机纳米氧化物，使得纸浆材料表面更加粗糙，实现纸浆材料的表面耐磨性，按如下步骤制备：
a、按照重量份有以下原料组成：木浆40份、烷氧基化脂肪醇2份、木质纤维素18份、芦粟壳20份、丙烯酸树脂1份、香精3份、FC-102 3份、乳化硅油1份、乙醇3份、无机二氧化硅2份和适量的水。
b、通过真空吸浆成型技术将步骤a中的材料制作纸浆材料。
c、将纸浆材料置于原子层沉积的沉积室中，真空抽至10hPa-16hPa，基片加热至150℃，向沉积室中引入二乙基锌，用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸气，进行氧化锌沉积循环，二乙基锌、氮气、水蒸气、氮气在沉积室内暴露时间依次为0.1s、3s、0.1s、3s。
检测结果：接触角110度，摩擦值180.3。
实施例2
一种疏水高耐磨纸浆材料，与实施例步骤近似，按如下步骤制备：
a、按照重量份有以下原料组成：麻浆60份、烷氧基化脂肪醇5份、木质纤维素25份、芦粟壳27份、丙烯酸树脂2份、香精5份、全氟萘烷5份、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚4份、乙二醇5份、无机碳酸钙7份和适量的水。
b、通过注浆成型技术将步骤a中的材料制作纸浆材料。
c、将纸浆材料置于原子层沉积的沉积室中，真空抽至10hPa-16hPa，基片加热至150℃，向沉积室中引入二乙基锌，用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸气，进行氧化锌沉积循环，二乙基锌、氮气、水蒸气、氮气在沉积室内暴露时间依次为0.1s、3s、0.1s、3s。
检测结果：接触角126度，摩擦值160.9。
实施例3
一种疏水高耐磨纸浆材料，与实施例步骤近似，按如下步骤制备：
a、按照重量份有以下原料组成：烟草浆50份、烷氧基化脂肪醇3份、木质纤维素20份、芦粟壳23份、丙烯酸树脂2份、香精4份、全氟三丙胺4份、聚二甲基硅氧烷3份、丙三醇4份、无机碳酸钙7份和适量的水。
b、通过真空吸浆成型技术将步骤a中的材料制作纸浆材料。
c、将纸浆材料置于原子层沉积的沉积室中，真空抽至10hPa-16hPa，基片加热至150℃，向沉积室中引入二乙基锌，用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸气，进行氧化锌沉积循环，四氯化钛、氮气、水蒸气、氮气在沉积室内暴露时间依次为0.1s、3s、0.1s、3s。
检测结果：接触角131度，摩擦值245.6。

Claims (10)

1.一种疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，采用氟碳化合物为疏水剂，在纸浆的成型配方中添加氟碳化合物起到高疏水作用；利用原子层沉积技术在纸浆材料表面修饰无机纳米氧化物，使得纸浆材料表面更加粗糙，实现纸浆材料的表面耐磨性，包括如下步骤：
a、按照重量份数以下原料组成：纸浆40-60份、烷氧基化脂肪醇2-5份、木质纤维素18-25份、芦粟壳20-27份、丙烯酸树脂1-2份、香精3-5份、氟碳化合物2-3份、消泡剂1-4份、有机溶剂3-5份、无机纳米粉2-7份和适量的水；
b、通过纸浆成型技术将步骤a中的材料制作纸浆材料；
c、将步骤b得到的纸浆材料通过原子层沉积技术沉积一层纳米氧化物，得到疏水高耐磨纸浆材料。
2.根据权利要求1所述疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中原子层沉积技术沉积一层纳米氧化物，其工艺在于：将沉积室真空抽至10-16hPa，基片加热至100-150℃，向沉积室中引入金属气源，用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸气，金属气源、高纯氮气、水蒸气在沉积室内暴露时间依次为0.1s、3s、0.1s、3s。
3.根据权利要求1所述疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，纸浆为木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆、竹浆、破布浆、烟草浆中的一种或几种。
4.根据权利要求1或3所述疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，氟碳化合物为全氟丁基磺酰氟(FC-4)、全氟辛基磺酰氟(FC-8)、氟虫胺(FC-9)、N-乙基全氟辛基磺酰胺乙醇(FC-10)、全氟辛基磺酸钾(FC-95)、全氟丁基磺酸钾(FC-98)、全氟辛基磺酰胺(FC-99)、全氟辛基磺酸铵(FC-120)、全氟辛基季铵碘化物(FC-134)、全氟辛基磺酸四乙基胺(FC-248)、N-全氟烷基磺酰基、丙基三乙氧基硅烷(FC-922)、全氟烷(FC-40)、全氟烷基丙烯酸酯(FC-14)、N-氟苯磺酰亚胺、全氟己基磺酰氟、全氟己烷磺酸钾、N-甲基全氟己基磺酰胺、N-甲基全氟己基磺酰胺基乙醇、全氟萘烷、全氟三丙胺中的至少一种。
5.根据权利要求1或3所述疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，有机溶剂为乙醇、丙酮、乙醚、乙二醇、丙三醇、油酸的一种或几种。
6.根据权利要求1或3所述疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，，所述步骤a中，消泡剂乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷的一种。
7.根据权利要求1或3所述疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，无机纳米粉为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米二氧化钛的一种。
8.根据权利要求1所述疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，纸浆成型技术为真空吸浆成型、注浆成型的一种。
9.根据权利要求2所述疏水高耐磨纸浆材料的制备方法，其特征在于，所述的金属气源为二乙基锌、三甲基铝、四氯化钛的一种。
10.一种疏水高耐磨纸浆材料，其特征在于根据权利要求1-9任一所述方法制备得到。
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