CN110130144B - 一种含有鱿鱼骨纤维的纸张及其制备方法 - Google Patents

一种含有鱿鱼骨纤维的纸张及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有鱿鱼骨纤维的纸张，包括原纸、鱿鱼骨纤维；所述鱿鱼骨纤维的质量占原纸质量的1‑30％。本发明还公开了一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括绝干纸浆的制备；鱿鱼骨纤维浆液得制备；纸浆混合液的制备；然后依次抄纸、干燥，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。本发明还公开了一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：鱿鱼骨纤维浆液的制备，然后涂覆至原纸表面，干燥，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。本发明采用的鱿鱼骨原料来源广泛、价格低廉、生产工艺简单，可以有效提高纸张的力学性能同时保持其柔软的特性并使其老化白度增加，使用寿命延长，增加疏水性、阻气性，是一种高效改善纸张强度的新技术。

Description

一种含有鱿鱼骨纤维的纸张及其制备方法
技术领域
本发明涉及纸张的制造技术领域，尤其涉及一种含有鱿鱼骨纤维的纸张及其制备方法。
背景技术
造纸术是我国的四大发明之一，对世界的文明与进步起很大的推动作用，在如今的生活中，纸张的应用更是繁多，包括办公文物用纸、打印用纸、特种纸、生活用纸等方面，由于应用的方向较多，纸张自身所存在的问题也逐渐开始暴露出来，比如力学性能不够、易受潮、寿命短等问题。近年来，针对于纸张强度改善的方法许多人进行了研究，其中利用纤维间作用力和纤维缠接原理来增强纸张的方法效果显著，而采用纸张同源的纤维素为原料制备的纳米纤维素作为纸张增强添加剂成为新近研究热点。纤维素原料可以直接从纸浆或其他植物原料获得，纳米纤维素的纤维直径一般在几个纳米到几个微米之间，极细的纤维直径使得纤维具有极高的比表面积，可以与纸张纤维间产生高密度的氢键作用；另一方面，由极细的纳米纤维构成的纤网具有极小的孔隙尺寸和极高的孔隙率(低空气阻力)及静电驻留性，改善纸张打印性和提高力学性能。但是纳米纤维素增强纸张技术也存在着一定的问题，首当其冲的就是纳米纤维素的成产成本较高，需要特定设备，没法形成成熟的工艺，分散性的悬浮液具有半年的存储稳定有效期，也增加了成本，以及化学试剂处理制备的纳米纤维素作为纸张添加剂，从长期来说降低了纸张寿命。
鱿鱼骨是一种β甲壳素纤维素原料，鱿鱼骨β甲壳素与纤维素都属于天然多糖高分子，化学结构也近似，鱿鱼骨β甲壳素是由2位乙酰氨基、3，6位羟基、1,4-β糖苷键连接而成大分子链。这不同于普通鱼骨，鱼骨是无机碳酸钙、蛋白质和胶原组成复合体系。鱿鱼骨是由β甲壳素原纤平行排列聚集而成的纤维束，原纤的直径尺寸在9nm左右。鱿鱼骨甲壳素原料来源很丰富，常常被当做食品垃圾丢弃，所以原料成本低廉。纤维结构使其具有类似于纤维素纤维增强基体的功效，但其纤维与纤维之间的弱氢键作用使其纤维间剥离更容易，所以其生产鱿鱼骨纤维的工艺简单的多，很容易实现低成本的大工业化生产。目前有部分关于鱿鱼骨纤维的研究，但还没有报道过将鱿鱼骨用于纸张方面的研究。并且鱿鱼骨纤维的柔软性也保证了复合纸张的柔软性，改善了以往很多纸张增强添加剂会让纸张变硬的缺点。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种含有鱿鱼骨纤维的纸张及其制备方法，本发明采用的鱿鱼骨原料来源广泛、价格低廉、生产工艺简单，可以有效提高纸张的力学性能同时保持其柔软的特性并使其老化白度增加，使用寿命延长，增加疏水性、阻气性，是一种高效改善纸张强度的新技术。
本发明提出的一种含有鱿鱼骨纤维的纸张，包括原纸、鱿鱼骨；所述鱿鱼骨纤维的质量占原纸质量的1-30％。
优选地，所述鱿鱼骨纤维为表面基团不带电荷的鱿鱼骨纤维、表面基团带负电荷的鱿鱼骨纤维及表面基团带正电荷的鱿鱼骨纤维的至少一种；
优选地，所述正电荷为季铵基团；
优选地，所述负电荷为羧酸根。
本发明还提出的一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原纸的原料制成纸浆，干燥，得到绝干纸浆；
(2)将鱿鱼骨、水打碎制浆，得到质量浓度为0.1-10％的鱿鱼骨纤维浆液；
(3)将绝干纸浆、鱿鱼骨纤维浆液、水混合搅拌，得到质量浓度为1-5％的纸浆混合液；
(4)将纸浆混合液抄纸，干燥，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。
优选地，在(2)中，鱿鱼骨纤维浆液为微米级鱿鱼骨纤维浆液和/或纳米级鱿鱼骨纤维浆液。
优选地，在(2)中，制浆过程为超声波处理、酸解处理、Tempo氧化、均质处理及球磨的至少一种；不同的方法会使得制浆所得鱿鱼骨纤维表面基团不同，修饰了正电荷或负电荷或不带电荷，正电荷如季铵基团，其负电荷如羧酸根等。
优选地，制浆过程为超声波处理；进一步优选地，超声波处理采用细胞破碎仪进行处理，其超声波功率为500-1000W，处理时间为10-600min。
优选地，在(2)中，鱿鱼骨纤维浆液的质量浓度为0.1-2％。
在(4)中抄纸工艺中，可以保持正常添加的一些粘结剂、无机添加剂等，不影响本工艺效果。
本发明还提出的一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：
S1、将鱿鱼骨、水打碎制浆，得到质量浓度为0.1-10％的鱿鱼骨纤维浆液；
S2、将鱿鱼骨纤维浆液涂覆至原纸表面，干燥，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。
优选地，在S1中，鱿鱼骨纤维浆液为微米级鱿鱼骨纤维浆液和/或纳米级鱿鱼骨纤维浆液。
优选地，在S1中，制浆过程为超声波处理、酸解处理、Tempo氧化、均质处理及球磨的至少一种；不同的方法会使得制浆所得鱿鱼骨纤维表面基团不同，修饰了正电荷或负电荷或不带电荷，正电荷如季铵基团，其负电荷如羧酸根等。
优选地，制浆过程为超声波处理；进一步优选地，超声波处理采用细胞破碎仪进行处理，其超声波功率为500-1000W，处理时间为10-600min。
优选地，在S2中，表面涂覆工艺包含浸渍、喷涂和涂刷三种工艺中的至少一种；
优选地，在S2中，将鱿鱼骨纤维浆液涂覆至原纸表面，涂覆层数为2-4层；
优选地，所述的表面涂覆工艺为浸渍涂覆、喷涂涂覆及涂刷涂覆的至少一种。
优选地，在S2中，干燥为自然晾干和/或烘箱干燥，优选地，烘箱干燥过程中，干燥温度为40-60℃。
在(4)的抄纸烘干、S2中涂覆后干燥的过程中，可以自然晾干，也可以烘箱温度调至30-60℃进行干燥，不然纸张容易脱水，从而让纸张变得皱缩，所制纸张达不到要求。
与现有技术相比：
本发明鱿鱼骨来源广泛、成本低廉、生产工艺简单，获得的复合纸张环保，纸张强度和老化白度都得到提高，有利于延长纸张使用寿命，鱿鱼骨纤维作为一种新的造纸添加剂，将是改善纸张强度的绿色新方法。而通过控制鱿鱼骨纤维在原纸质量的占比，鱿鱼骨纤维的添加量低于上述标准时，不能有效的发挥其改性作用，达不到力学强度所要求的效果，鱿鱼骨纤维的添加量高于上述标准时，由于其粘性增强使纸浆无法均匀分散，导致所抄纸张不均匀，达不到生产要求。
通过在原纸中添加鱿鱼骨，经过打碎制浆后形成鱿鱼骨纤维，其内部经过细化的β甲壳素，尤其达到微米或纳米级的β甲壳素具有丰富的比表面积和丰富的表面氢，可与纸浆中的纤维之间形成氢键，通过增加氢键的数目来提高纸浆纤维之间的结合力，同时纳米级的β甲壳素可以有效代替纸张生产中的粘结剂，不仅提高了原纸的品质，同时降低了生产成本，简化工艺，从而提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例11所述的含有鱿鱼骨纤维的纸张SEM图片。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张，包括原纸、鱿鱼骨纤维；所述鱿鱼骨纤维的质量占原纸质量的5％。
实施例2
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张，包括原纸、鱿鱼骨纤维；所述鱿鱼骨纤维的质量占原纸质量的30％。
所述鱿鱼骨纤维为表面基团不带电荷的鱿鱼骨纤维。
实施例3
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张，包括原纸、鱿鱼骨纤维；所述鱿鱼骨纤维的质量占原纸质量的10％。
所述鱿鱼骨纤维为表面基团带负电荷的鱿鱼骨纤维，所述负电荷为羧酸根。
实施例4
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张，包括原纸、鱿鱼骨纤维；所述鱿鱼骨纤维的质量占原纸质量的15％。
所述鱿鱼骨纤维为表面基团带正电荷的鱿鱼骨纤维，所述正电荷为季铵基团。
实施例5
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张，包括原纸、鱿鱼骨纤维；所述鱿鱼骨纤维的质量占原纸质量的25％。
所述鱿鱼骨纤维包括表面基团不带电荷的鱿鱼骨纤维、表面基团带负电荷的鱿鱼骨纤维，所述负电荷为羧酸根。
实施例6
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料的准备：取收集好的青檀皮经过浸泡一蒸煮一洗涤一压榨—选检一漂白一洗涤一压榨一选检一打料一洗涤步骤制得青檀皮浆料，以沙田稻草为原料，先晾晒后蒸煮打料漂白之后得到沙田稻草浆料；
以晾晒漂白处理好的青檀皮料的绝干纸浆、沙田稻草浆料的绝干纸浆按照7:3混合，加水在机械搅拌器中搅拌，绝干，得到檀皮稻草混合绝干纸浆；
(2)将鱿鱼骨、水放入破壁机中并打碎制浆，破壁机转速为2000r/min，打磨时间为30min，通过Tempo氧化1h后超声处理，超声功率600W，超声时间30min，制成质量浓度为0.1％的纳米级鱿鱼骨纤维浆液；
(3)将上述绝干纸浆、纳米级鱿鱼骨纤维浆液、水混合并搅拌，制得质量浓度为5％的纸浆混合液，其中鱿鱼骨纤维浆液的干质量占绝干纸浆质量的5％；
(4)将上述纸浆混合液进行抄纸，烘干，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张；从纸张中裁出10条300mm×15mm样品条通过拉力测试仪测定，纸张抗张强度为27.862mN·m2/g。与原宣纸空白对照样25mN·m2/g相比，其抗张强度提升了11.448％。
实施例7
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：
(1)以晾晒漂白处理好的青檀皮料的绝干纸浆、沙田稻草浆料的绝干纸浆按照7:3混合，加水在机械搅拌器中搅拌，绝干，得到檀皮稻草混合绝干纸浆；
(2)将鱿鱼骨、水放入破壁机中并打碎制浆，破壁机转速为5000r/min，打磨时间为10min，然后通过Tempo氧化处理、超声波处理成纳米级的鱿鱼骨纤维浆液，其中Tempo质量浓度为1％，氧化时间10h，超声功率500W，超声时间10min，制得质量浓度为2％的鱿鱼骨纤维浆液；
(3)将上述绝干纸浆、鱿鱼骨纤维浆液、水混合并搅拌，制得质量浓度为4％的纸浆混合液，其中鱿鱼骨纤维浆液的干质量占绝干纸浆质量的20％；
(4)将上述纸浆混合液进行抄纸，自然晾干，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。从纸张中裁出10条300mm×15mm样品条通过拉力测试仪测定，纸张抗张强度为42.273mN·m2/g。与原宣纸空白对照样25mN·m2/g相比，其抗张强度提升了69.092％。
实施例8
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：
(1)以晾晒漂白处理好的青檀皮料的绝干纸浆、沙田稻草浆料的绝干纸浆按照7:3比例混合，加水在机械搅拌器中搅拌，绝干，得到檀皮稻草混合绝干纸浆；
(2)将鱿鱼骨、水放入破壁机中并打碎制浆，破壁机转速为8000r/min，破壁机的打磨时间为10min，制得质量浓度为5％的鱿鱼骨纤维浆液；
(3)将上述绝干纸浆、鱿鱼骨纤维浆液、水混合并搅拌，制得质量浓度为2％的纸浆混合液；其中鱿鱼骨纤维浆液的干质量占绝干纸浆质量的10％；
(4)将上述纸浆混合液进行抄纸，在40℃烘干，得到含有鱿鱼骨的纸张。从纸张中裁出10条300mm×15mm样品条通过拉力测试仪测定，纸张抗张强度为32.56mN·m2/g，与原宣纸空白对照样25mN·m2/g相比，其抗张强度提升了30.24％。
实施例9
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：
S1、将鱿鱼骨、水放入机械搅拌器中并打碎制浆，制得质量浓度为0.1％的鱿鱼骨纤维浆液；
S2、将鱿鱼骨纤维浆液喷涂到原纸表面，烘干后再次喷涂，喷涂4层，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。从纸张中裁出10条300mm×15mm样品条通过拉力测试仪测定，纸张抗张强度为26.50mN·m2/g，与原宣纸空白对照样25mN·m2/g相比，其抗张强度提升了6％。
实施例10
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：
S1、将鱿鱼骨、水放入机械搅拌器中打碎，进一步通过通过Tempo氧化1h后超声波处理，超声波功率1000w，超声时间1h，得到质量浓度1％的纳米级鱿鱼骨纤维浆液；
S2、将鱿鱼骨纤维浆液喷涂到原纸表面，烘干后再次喷涂，喷涂2层，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。从纸张中裁出10条300mm×15mm样品条通过拉力测试仪测定，纸张抗张强度为35.63mN·m2/g，与原宣纸空白对照样25mN·m2/g相比，其抗张强度提升了42.52％。
实施例11
一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，包括如下步骤：
S1、将鱿鱼骨、水放入机械搅拌器中打碎，进一步通过Tempo氧化1h，超声波处理，超声波功率600w，超声时间2h，得到质量浓度1％的纳米级鱿鱼骨纤维浆液；
S2、将纳米级鱿鱼骨纤维浆液涂覆到纸张表面，烘干后再次涂覆，喷涂4层，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。从纸张中裁出10条300mm×15mm样品条通过拉力测试仪测定，纸张抗张强度为42.65mN·m2/g，与原宣纸空白对照样25mN·m2/g相比，其抗张强度提升了70.48％。
参照图1，图1为本发明实施例11所述的含有鱿鱼骨纤维的纸张SEM图片，通过该SEM图片可知，鱿鱼骨纤维为其中细丝状物质，其不仅可以有效代替纸张生产中的粘结剂，提高原纸的品质，且可增加疏水性和阻气性，纸张强度和老化白度都得到提高，有利于延长纸张使用寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，其特征在于，包括原纸、鱿鱼骨纤维；所述鱿鱼骨纤维的质量占原纸质量的1-30％；所述鱿鱼骨纤维为表面基团不带电荷的鱿鱼骨纤维、表面基团带负电荷的鱿鱼骨纤维及表面基团带正电荷的鱿鱼骨纤维的至少一种；正电荷为季铵基团；所述负电荷为羧酸根；
所述鱿鱼骨纤维纸张的制备方法包括如下步骤：
(1)将原纸的原料制成纸浆，干燥，得到绝干纸浆；
(2)将鱿鱼骨、水打碎制浆，得到质量浓度为0.1-10％的鱿鱼骨纤维浆液；
(3)将绝干纸浆、鱿鱼骨纤维浆液、水混合搅拌，得到质量浓度为1-5％的纸浆混合液；
(4)将纸浆混合液抄纸，干燥，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。
2.根据权利要求1所述的含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，其特征在于，在(2)中，鱿鱼骨纤维浆液为微米级鱿鱼骨纤维浆液和/或纳米级鱿鱼骨纤维浆液。
3.根据权利要求1所述的含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，其特征在于，在(2)中，制浆过程为超声波处理、酸解处理、Tempo氧化、均质处理及球磨的至少一种；
制浆过程为超声波处理；超声波处理采用细胞破碎仪进行处理，其超声波功率为500-1000W，处理时间为10-600min。
4.根据权利要求1所述的含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，其特征在于，在(2)中，鱿鱼骨纤维浆液的质量浓度为0.1-2％。
5.一种含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将鱿鱼骨、水打碎制浆，得到质量浓度为0.1-10％的鱿鱼骨纤维浆液；
S2、将鱿鱼骨纤维浆液涂覆至原纸表面，干燥，得到含有鱿鱼骨纤维的纸张。
6.根据权利要求5所述的含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，其特征在于，在S1中，鱿鱼骨纤维浆液为微米级鱿鱼骨纤维浆液和/或纳米级鱿鱼骨纤维浆液。
7.根据权利要求5所述的含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，其特征在于，在S1中，制浆过程为超声波处理、酸解处理、Tempo氧化、均质处理及球磨的至少一种；
制浆过程为超声波处理；超声波处理采用细胞破碎仪进行处理，其超声波功率为500-1000W，处理时间为10-600min。
8.根据权利要求5所述的含有鱿鱼骨纤维的纸张的制备方法，其特征在于，在S2中，将鱿鱼骨纤维浆液涂覆至原纸表面，涂覆层数为2-4层；
所述的表面涂覆工艺为浸渍涂覆、喷涂涂覆及涂刷涂覆的至少一种；
干燥为自然晾干和/或烘箱干燥；烘箱干燥过程中，干燥温度为40-60℃。
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