CN110258169A - 一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，属于造纸技术领域。本发明将竹纤维进行蒸汽爆破，利用高温高压的环境使水分子嵌入竹纤维中，通过快速冷却使水分子脱离竹纤维从而破坏竹纤维之间的氢键吸附以及分子间作用力，使竹纤维得到充分分离，使铝离子利用螯合作用以及其它分子间键合力更加充分地附着于竹纤维上，提高美术用纸的韧性，也使美术用纸难以被酸碱腐蚀；本发明将铝离子引入竹纤维中，金属离子的引入有利于加强竹纤维的力学性能，从而加强美术用纸的韧性，再利用铜片对铝离子进行置换反应，同时铜离子与竹纤维中各有机基团结合，将竹纤维屏蔽使竹纤维难以被酸碱腐蚀，进一步提高美术用纸的耐酸碱腐蚀性，具有广阔的应用前景。

Description

一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，属于造纸技术领域。
背景技术
纸是用于书写、印刷、绘画或包装等的片状纤维制品。现有的美术领域中，纸的分类更加细化，根据作画风格不同，需要采用不同的纸张，对纸张的特性要求也比较多。
美术用纸的种类有素描纸、水粉纸、水彩纸、卡纸、宣纸、牛皮纸等。素描纸：一般较厚，表明粗糙容易上铅，用来画素描。水粉纸：水粉纸是一种专门用来画水粉画的纸，纸张能吸水且比较厚。水粉纸的表面有圆点形的坑点，圆点凹下去的一面是正面。水粉纸有不同的颜色，以作背景。水彩纸：它的特性是吸水性比一般纸高，磅数较厚，纸面的纤维也较强壮，不易因重复涂抹而破裂、起毛球。卡纸：每平方米重约120克以上的纸，用于明信片、卡片、画册衬纸等。纸面较细致平滑，坚挺耐磨。宣纸：宣纸是中国传统的古典书画用纸，是汉族传统造纸工艺之一。牛皮纸：常呈黄褐色。半漂或全漂的牛皮纸浆呈淡褐色、奶油色或白色。
一般美术用纸的生产分为制浆和造纸两个基本过程，制浆就是用机械的方法、化学的方法或者两者相结合的方法把植物纤维原料离解变成本色纸浆或漂白纸浆。造纸则是把悬浮在水中的纸浆纤维，经过各种加工结合成合乎各种要求的纸页。
造纸厂一般需贮存足够用4～6个月的原料，使原料在贮存中经过自然发酵，以利于制浆，同时保证纸厂的连续生产。经备料工段把芦苇、麦草和木材等原料切削成料片或木断，再把小片原料放到蒸煮器内加化学药液，用蒸汽进行蒸煮，把原料煮成纸浆，或把木断送到磨木机上磨成纸浆，也可经过一定程度的蒸煮再磨成纸浆。然后用大量清水对纸浆进行洗涤，并通过筛选和净化把浆中的粗片、节子、石块及沙子等除去。再根据纸种的要求，用漂白剂把纸浆漂到所要求的白度，接着利用打浆设备进行打浆。然后在纸浆中加入改善纸张性能的填料、胶料、施胶剂等各种辅料，并再次进行净化和筛选，最后送上造纸机经过网部滤水、压榨脱水、烘缸干燥、压光卷取，并进行分切复卷或裁切生产出卷筒纸和平板纸。如果生产要生产涂布印刷纸，则需要干燥中部或生产成卷筒纸后经涂布加工而实现。除以上基本过程外，还包括一些辅助过程，如蒸煮液的制备、漂液的制备、胶料的熬制及蒸煮废液和废气中的化学药品与热能的回收等。目前，普通的造纸技术生产的美术用纸在实际应用中可以发挥很好的艺术效果，但是对于美术作品的长期储藏来说却不能完全满足，由于空气湿度或者储藏环境酸碱性的变化，对美术作品纸质的腐蚀性增强，且韧性差。
因此需要研制一种可以耐酸碱腐蚀且韧性好的的美术用纸来解决这一难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前美术用纸易被酸碱腐蚀、韧性差的缺陷，提供了一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法为：
将有机改性液与桦木粉投入共混机中，在温度为55～65℃、转速为200～300r/min的条件下混合40～60min制得预制浆料，称取预制浆料、水、氯化铝、二苯基胺和过硫酸铵混合均匀后投入热轧机中，在温度为180～200℃、轧速为20～30m/min、压强为18～20MPa的条件下制得预制纸料，将预制纸料置于80～90℃的烘箱中烘干即得；
有机改性液的制备方法为：
（1）向烧杯中滴加质量分数为10～13%的氢氧化钠溶液，调节混合液pH值至中性制得反应液，将反应液与玉米淀粉投入反应釜中，在氩气保护下，将釜内温度升高至160～180℃，气压升高至2.2～2.5MPa，恒温恒压反应60～80min，制得反应浆液；
（2）称取常温下的反应浆液、唾液淀粉酶、柠檬酸和纤维素酶投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴温度为35～40℃的水浴锅中，恒温反应2～3h后制得反应溶液，向三口烧瓶中加入铜片，继续在水浴锅中恒温静置50～60min，静置后过滤得到滤液，即得有机改性液；
混合液的制备方法为：
（1）称取500～700g竹纤维置于蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中输送水蒸气，直至蒸汽爆破罐中气压升高至2.0～2.5MPa，密封蒸汽爆破罐，恒温恒压反应40～50min，反应后打开罐口，自然冷却至常温得到汽爆产物；
（2）将汽爆产物与氧化铝粉末投入行星球磨机中，在转速为200～250r/min的条件下混合研磨100～120min，得到混合物，将混合物置于烧杯中，用质量分数为8～12%的盐酸浸渍混合物，用搅拌器以600～650r/min的转速混合搅拌2～3h，制得混合液。
有机改性液与桦木粉的质量比为5：1。
按重量份数计，预制浆料为25～28份、水为30～35份、氯化铝为2～3份、二苯基胺为1～2份、过硫酸铵为2～3份。
有机改性液的制备方法中反应液与玉米淀粉的质量比为5:1。
有机改性液的制备方法中按重量份数计，所述的常温下的反应浆液为20～22份、唾液淀粉酶为0.8～1.2份、柠檬酸为2～3份、纤维素酶为0.5～0.8份。
有机改性液的制备方法中向三口烧瓶中加入的铜片的质量为反应溶液质量的5～8%。
混合液的制备方法中向蒸汽爆破罐中输送的水蒸气的温度为230～260℃。
混合液的制备方法中汽爆产物与氧化铝粉末的质量比10：1。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明首先将竹纤维进行蒸汽爆破制得汽爆产物，然后将汽爆产物与氯化铝混合后用盐酸浸泡，搅拌后制得混合液，再将混合液中加入淀粉进行高温高压反应制得反应浆液，随后向反应浆液中加入淀粉酶以及纤维素酶反应制得反应溶液，再向反应溶液中加入铜片恒温水浴反应，反应后过滤得到滤液，最后将滤液与桦木粉混合制得预制浆料，再将预制浆料与其它试剂混合均匀后投入热轧机中高温压制，压制后烘干即得耐酸碱腐蚀美术用纸，本发明将竹纤维进行蒸汽爆破，利用高温高压的环境使水分子嵌入竹纤维中，通过快速冷却使水分子脱离竹纤维从而破坏竹纤维之间的氢键吸附以及分子间作用力，使竹纤维得到充分分离，随后将竹纤维与氯化铝混合，在盐酸中浸泡，使铝离子通过离子键吸附附着于竹纤维管中和竹纤维管表面，再通过高温高压，使部分竹纤维水解，并在纤维表面生成羧基、羟基、羰基以及其它官能团，从而使铝离子利用螯合作用以及其它分子间键合力更加充分地附着于竹纤维上，随后混入淀粉，通过淀粉酶酶解使淀粉大分子分解为麦芽糖小分子，麦芽糖分子利用本身具有的丰富的羟基基团吸附粘结竹纤维，竹纤维再通过纤维素酶酶解，使竹纤维断链成多个长度更短的纤维分子，使麦芽糖和竹纤维接触面积增加，提高粘结作用，加强纸张材料微观结构中的致密程度，提高美术用纸的韧性，也使美术用纸难以被酸碱腐蚀；
（2）本发明将铝离子引入竹纤维中，金属离子的引入有利于加强竹纤维的力学性能，从而加强美术用纸的韧性，再利用铜片对铝离子进行置换反应，使铜离子引入竹纤维中，同时部分铝离子从竹纤维中脱离，在竹纤维表面形成离子空穴，加强对其它分子的吸附作用，同时铜离子与竹纤维中各有机基团结合，将竹纤维屏蔽使竹纤维难以被酸碱腐蚀，进一步提高美术用纸的耐酸碱腐蚀性，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
称取500～700g竹纤维置于蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中输送温度为230～260℃的水蒸气，直至蒸汽爆破罐中气压升高至2.0～2.5MPa，密封蒸汽爆破罐，恒温恒压反应40～50min，反应后打开罐口，自然冷却至常温得到汽爆产物；将上述汽爆产物与氧化铝粉末按质量比10：1投入行星球磨机中，在转速为200～250r/min的条件下混合研磨100～120min，得到混合物，将混合物置于烧杯中，用质量分数为8～12%的盐酸浸渍混合物，用搅拌器以600～650r/min的转速混合搅拌2～3h，制得混合液；向上述烧杯中滴加质量分数为10～13%的氢氧化钠溶液，调节混合液pH值至中性制得反应液，将反应液与玉米淀粉按质量比5:1投入反应釜中，在氩气保护下，将釜内温度升高至160～180℃，气压升高至2.2～2.5MPa，恒温恒压反应60～80min，制得反应浆液；按重量份数计，称取20～22份常温下的上述反应浆液、0.8～1.2份唾液淀粉酶、2～3份柠檬酸和0.5～0.8份纤维素酶投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴温度为35～40℃的水浴锅中，恒温反应2～3h后制得反应溶液，向三口烧瓶中加入反应溶液质量5～8%的铜片，继续在水浴锅中恒温静置50～60min，静置后过滤得到滤液，即得有机改性液；将上述有机改性液与桦木粉按质量比5：1投入共混机中，在温度为55～65℃、转速为200～300r/min的条件下混合40～60min制得预制浆料，按重量份数计，称取25～28份预制浆料、30～35份水、2～3份氯化铝、1～2份二苯基胺和2～3份过硫酸铵混合均匀后投入热轧机中，在温度为180～200℃、轧速为20～30m/min、压强为18～20MPa的条件下制得预制纸料，将预制纸料置于80～90℃的烘箱中烘干即得耐酸碱腐蚀美术用纸。
实例1
混合液的制备：
称取500g竹纤维置于蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中输送温度为230℃的水蒸气，直至蒸汽爆破罐中气压升高至2.0MPa，密封蒸汽爆破罐，恒温恒压反应40min，反应后打开罐口，自然冷却至常温得到汽爆产物；
将上述汽爆产物与氧化铝粉末按质量比10：1投入行星球磨机中，在转速为200r/min的条件下混合研磨100min，得到混合物，将混合物置于烧杯中，用质量分数为8%的盐酸浸渍混合物，用搅拌器以600r/min的转速混合搅拌2h，制得混合液；
有机改性液的制备：
向上述烧杯中滴加质量分数为10%的氢氧化钠溶液，调节混合液pH值至中性制得反应液，将反应液与玉米淀粉按质量比5:1投入反应釜中，在氩气保护下，将釜内温度升高至160℃，气压升高至2.2MPa，恒温恒压反应60min，制得反应浆液；
按重量份数计，称取20份常温下的上述反应浆液、0.8份唾液淀粉酶、2份柠檬酸和0.5份纤维素酶投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴温度为35℃的水浴锅中，恒温反应2h后制得反应溶液，向三口烧瓶中加入反应溶液质量5%的铜片，继续在水浴锅中恒温静置50min，静置后过滤得到滤液，即得有机改性液；
耐酸碱腐蚀美术用纸的制备：
将上述有机改性液与桦木粉按质量比5：1投入共混机中，在温度为55℃、转速为200r/min的条件下混合40min制得预制浆料，按重量份数计，称取25份预制浆料、30份水、2份氯化铝、1份二苯基胺和2份过硫酸铵混合均匀后投入热轧机中，在温度为180℃、轧速为20m/min、压强为18MPa的条件下制得预制纸料，将预制纸料置于80℃的烘箱中烘干即得耐酸碱腐蚀美术用纸。
实例2
混合液的制备：
称取600g竹纤维置于蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中输送温度为250℃的水蒸气，直至蒸汽爆破罐中气压升高至2.2MPa，密封蒸汽爆破罐，恒温恒压反应45min，反应后打开罐口，自然冷却至常温得到汽爆产物；
将上述汽爆产物与氧化铝粉末按质量比10：1投入行星球磨机中，在转速为220r/min的条件下混合研磨110min，得到混合物，将混合物置于烧杯中，用质量分数为10%的盐酸浸渍混合物，用搅拌器以620r/min的转速混合搅拌2.5h，制得混合液；
有机改性液的制备：
向上述烧杯中滴加质量分数为12%的氢氧化钠溶液，调节混合液pH值至中性制得反应液，将反应液与玉米淀粉按质量比5:1投入反应釜中，在氩气保护下，将釜内温度升高至170℃，气压升高至2.4MPa，恒温恒压反应70min，制得反应浆液；
按重量份数计，称取21份常温下的上述反应浆液、1.0份唾液淀粉酶、2份柠檬酸和0.7份纤维素酶投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴温度为37℃的水浴锅中，恒温反应2.5h后制得反应溶液，向三口烧瓶中加入反应溶液质量7%的铜片，继续在水浴锅中恒温静置55min，静置后过滤得到滤液，即得有机改性液；
耐酸碱腐蚀美术用纸的制备：
将上述有机改性液与桦木粉按质量比5：1投入共混机中，在温度为60℃、转速为250r/min的条件下混合50min制得预制浆料，按重量份数计，称取27份预制浆料、32份水、2份氯化铝、1份二苯基胺和2份过硫酸铵混合均匀后投入热轧机中，在温度为190℃、轧速为25m/min、压强为19MPa的条件下制得预制纸料，将预制纸料置于85℃的烘箱中烘干即得耐酸碱腐蚀美术用纸。
实例3
混合液的制备：
称取700g竹纤维置于蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中输送温度为260℃的水蒸气，直至蒸汽爆破罐中气压升高至2.5MPa，密封蒸汽爆破罐，恒温恒压反应50min，反应后打开罐口，自然冷却至常温得到汽爆产物；
将上述汽爆产物与氧化铝粉末按质量比10：1投入行星球磨机中，在转速为250r/min的条件下混合研磨120min，得到混合物，将混合物置于烧杯中，用质量分数为12%的盐酸浸渍混合物，用搅拌器以650r/min的转速混合搅拌3h，制得混合液；
有机改性液的制备：
向上述烧杯中滴加质量分数为13%的氢氧化钠溶液，调节混合液pH值至中性制得反应液，将反应液与玉米淀粉按质量比5:1投入反应釜中，在氩气保护下，将釜内温度升高至180℃，气压升高至2.5MPa，恒温恒压反应80min，制得反应浆液；
按重量份数计，称取22份常温下的上述反应浆液、1.2份唾液淀粉酶、3份柠檬酸和0.8份纤维素酶投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴温度为40℃的水浴锅中，恒温反应3h后制得反应溶液，向三口烧瓶中加入反应溶液质量8%的铜片，继续在水浴锅中恒温静置60min，静置后过滤得到滤液，即得有机改性液；
耐酸碱腐蚀美术用纸的制备：
将上述有机改性液与桦木粉按质量比5：1投入共混机中，在温度为65℃、转速为300r/min的条件下混合60min制得预制浆料，按重量份数计，称取28份预制浆料、35份水、3份氯化铝、2份二苯基胺和3份过硫酸铵混合均匀后投入热轧机中，在温度为200℃、轧速为30m/min、压强为20MPa的条件下制得预制纸料，将预制纸料置于90℃的烘箱中烘干即得耐酸碱腐蚀美术用纸。
对比例1：与实例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少混合液。
对比例2：与实例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少有机改性液。
对比例3：上海某公司生产的耐酸碱腐蚀美术用纸。
耐酸碱腐蚀性测试：以本发明实例1～3和对比例中的美术用纸为实验对象，剪裁尺寸为50×50cm，分别在酸性、碱性环境下进行密闭试验，试验周期分别为7日，30日，以美术用纸的污染面积与纸张的总面积比为对比参数，得到的试验结果如下表：
抗张指数测试：用切纸刀裁取纸样，每个样品取6片1.5×20cm的纸样，再测试其定量，记录数据；用HH-KZ30/300/500型纸张抗张强度试验机测试每个纸样的抗张力，并记录数据；通过公式计算纸样抗张指数。
公式：X=F/15
式中：X-抗张指数（N/mm）；F-抗张力（N）；15-纸样宽度（mm）。
表1美术用纸性能测定结果
测试项目 实例1 实例2 实例3 对比例1 对比例2 对比例3
酸性环境下7日后的面积比（%） 0.12 0.10 0.08 0.32 0.35 0.30
酸性环境下30日后的面积比（%） 0.14 0.12 0.10 0.46 0.43 0.42
碱性环境下7日后的面积比（%） 0.11 0.10 0.09 0.32 0.30 0.28
碱性环境下30日后的面积比（%） 0.14 0.13 0.12 0.50 0.48 0.45
抗张指数（N/mm） 2.54 2.56 2.58 1.42 1.56 1.62
根据上述检测数据可知本发明制得的耐酸碱腐蚀美术用纸对酸碱性的环境具有很好的抵抗效果，耐酸碱腐蚀性好，抗张指数高，韧性高，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
将有机改性液与桦木粉投入共混机中，在温度为55～65℃、转速为200～300r/min的条件下混合40～60min制得预制浆料，称取预制浆料、水、氯化铝、二苯基胺和过硫酸铵混合均匀后投入热轧机中，在温度为180～200℃、轧速为20～30m/min、压强为18～20MPa的条件下制得预制纸料，将预制纸料置于80～90℃的烘箱中烘干即得；
所述的有机改性液的具体制备步骤为：
（1）向烧杯中滴加质量分数为10～13%的氢氧化钠溶液，调节混合液pH值至中性制得反应液，将反应液与玉米淀粉投入反应釜中，在氩气保护下，将釜内温度升高至160～180℃，气压升高至2.2～2.5MPa，恒温恒压反应60～80min，制得反应浆液；
（2）称取常温下的反应浆液、唾液淀粉酶、柠檬酸和纤维素酶投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴温度为35～40℃的水浴锅中，恒温反应2～3h后制得反应溶液，向三口烧瓶中加入铜片，继续在水浴锅中恒温静置50～60min，静置后过滤得到滤液，即得有机改性液；
所述的混合液的具体制备步骤为：
（1）称取500～700g竹纤维置于蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中输送水蒸气，直至蒸汽爆破罐中气压升高至2.0～2.5MPa，密封蒸汽爆破罐，恒温恒压反应40～50min，反应后打开罐口，自然冷却至常温得到汽爆产物；
（2）将汽爆产物与氧化铝粉末投入行星球磨机中，在转速为200～250r/min的条件下混合研磨100～120min，得到混合物，将混合物置于烧杯中，用质量分数为8～12%的盐酸浸渍混合物，用搅拌器以600～650r/min的转速混合搅拌2～3h，制得混合液。
2.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，其特征在于：所述的有机改性液与桦木粉的质量比为5：1。
3.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，其特征在于：优选的按重量份数计，所述的预制浆料为25～28份、水为30～35份、氯化铝为2～3份、二苯基胺为1～2份、过硫酸铵为2～3份。
4.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，其特征在于：有机改性液的具体制备步骤（1）中所述的反应液与玉米淀粉的质量比为5:1。
5.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，其特征在于：有机改性液的具体制备步骤（2）中优选的按重量份数计，所述的常温下的反应浆液为20～22份、唾液淀粉酶为0.8～1.2份、柠檬酸为2～3份、纤维素酶为0.5～0.8份。
6.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，其特征在于：有机改性液的具体制备步骤（2）中所述的向三口烧瓶中加入的铜片的质量为反应溶液质量的5～8%。
7.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，其特征在于：混合液的具体制备步骤（1）中所述的向蒸汽爆破罐中输送的水蒸气的温度为230～260℃。
8.根据权利要求1所述的一种耐酸碱腐蚀美术用纸的制备方法，其特征在于：混合液的具体制备步骤（2）中所述的汽爆产物与氧化铝粉末的质量比10：1。
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