CN110408072B - 一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张及制备方法 - Google Patents

一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张及制备方法，所述的防水纸张是由纤维薄层、有序交联型调节剂和防水增强剂组成；其中，纤维薄层来源于天然植物胶或其衍生物，纤维薄层与有序交联型调节剂质量比为100:(1～5)，纤维薄层与防水增强剂质量比为100:(5～30)。造纸过程无废液产生，不产生环境污染。相比常规纸张，省去了施胶过程，减少化学品的使用。在回收时减少了针对施胶剂的化学处理过程。当纸张作为垃圾被废弃时，降解更容易。疏水效果的产生不依赖复杂的化学反应，原理简单巧妙。

Description

一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张及制 备方法
技术领域
本发明属于特种纸张制备领域，尤其是一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张及制备方法。
背景技术
造纸行业在充分发挥其国民经济的基础服务作用的同时，自身的污染问题也引发了人们的重视。制浆造纸过程中排出的废弃物污染问题非常严重，污染物的类型多样，给治理带来了严重的挑战。随着一大批治理科学技术的运用，制浆造纸的污染问题得到了缓解。但从长远来看，现阶段处于治理科学技术研究。需要探索不依附于森林树木的无污染纸张的材料及工艺的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张及制备方法，该无施胶剂防水纸张可打破传统纸张制备过程。除了免去抄纸工艺过程，相比常规纸张，省去了施胶过程，减少化学品的使用。在回收时减少了针对施胶剂的化学处理过程。当纸张作为垃圾被废弃时，降解更容易。疏水效果的产生不依赖复杂的化学反应，原理简单巧妙。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张，所述的防水纸张是由纤维薄层、含硼的有序交联型调节剂和防水增强剂组成；其中，纤维薄层来源于天然植物胶或其衍生物，纤维薄层与有序交联型调节剂质量比为100:(1～5)，纤维薄层与防水增强剂质量比为100:(5～30)。
作为本发明的进一步改进，所述的天然植物胶或其衍生物选自胍胶、羧甲基胍胶、黄原胶或田菁胶。
作为本发明的进一步改进，所述的有序交联型调节剂是对天然植物胶材料具有可逆性交联能力的交联剂，选自硼砂或有机硼交联剂；所述的防水增强剂选自疏水性气相二氧化硅。
一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张的制备方法，包括以下步骤：
配置天然植物胶或其衍生物溶液，静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液；
向天然植物胶或其衍生物溶液中加入有序交联型调节剂得到凝胶；
把凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，恒温处理后转移至冷冻干燥，完全干燥得到微观有序孔状植物胶海绵体；
把防水增强剂均匀的分布于植物胶海绵体的表面及其内部空隙里，得到含有防水增强剂的植物胶海绵体；
把含有防水增强剂的天然植物胶海绵体烘干压制，得到无施胶剂防水纸张。
作为本发明的进一步改进，所述的天然植物胶或其衍生物选自胍胶、羧甲基胍胶、黄原胶或田菁胶；天然植物胶或其衍生物溶液的质量浓度为0.5-2％。
作为本发明的进一步改进，所述的有序交联型调节剂是对天然植物胶或其衍生物具有可逆性交联能力的交联剂，选自硼砂或有机硼交联剂；有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为0.4-2％；天然植物胶或其衍生物与有序交联型调节剂质量比为100:(1～5)。
作为本发明的进一步改进，所述的防水增强剂选自疏水性气相二氧化硅；天然植物胶或其衍生物与防水增强剂质量比为100:(5～30)。
作为本发明的进一步改进，冷阱温度为-50～-30℃，恒温4～6h；冷冻干燥机中调节压力至5-10Pa，持续时间20～26h。
作为本发明的进一步改进，借助多孔筛把抗水增强剂均匀的分布于微观薄层孔状海绵体的表面及内部空隙里，多孔筛为100～200目。
作为本发明的进一步改进，所述的烘干压制温度为100～110℃下压制而成，压力为25～35Mpa。
本发明相比于现有技术，具有以下优点：
本发明的无施胶剂防水纸张的造纸过程无废液产生，不产生环境污染。相比常规纸张，省去了施胶过程，减少化学品的使用。在回收时减少了针对施胶剂的化学处理过程。当纸张作为垃圾被废弃时，降解更容易。疏水效果的产生不依赖复杂的化学反应，原理简单巧妙。
本发明的无施胶剂防水纸张的制备方法通过向天然植物胶溶液中加入有序交联型调节剂得到凝胶，将凝胶冷冻干燥得到海绵体，把防水增强剂均匀的分布于天然植物胶海绵体的表面及其内部空隙里，烘干压制，得到无施胶剂防水纸张。整个纸张的制备过程无废液产生，不产生环境污染。而且制备方法简单，纸张性能优异。
附图说明
图1为本发明利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张形成过程示意图；
图2实施例1中各步骤制备的照片
图3实施例1中涉及到的交联型胍胶冻干后海绵体微观形貌；
图4实施例1中涉及到的填充气相二氧化硅交联型胍胶海绵体微观形貌；
图5实施例1中无施胶剂防水纸张的断面微观形貌；
图6实施例1中无施胶剂防水纸张的平面微观形貌；
图7不同二氧化硅填充量制备的无施胶剂防水纸张的动态接触角。
具体实施方式
本发明一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张，所述的防水纸张是由纤维薄层、有序交联型调节剂和防水增强剂组成；其中，纤维薄层来源于天然植物胶材料，天然植物胶材料与有序交联型调节剂质量比为100:(1～5)，天然植物胶材料与防水增强剂质量比为100:(5～30)。
所述的天然植物胶或其衍生物选自胍胶、羧甲基胍胶、黄原胶或田菁胶；有序交联型调节剂是对天然植物胶具有可逆性交联能力的交联剂，选自硼砂或有机硼交联剂；防水增强剂选自疏水性气相二氧化硅。
本发明的思路是：利用天然植物胶材料在水中溶解开的薄层材料自身特性进行有序性控制，在冻干后，填充具有疏水性的气相二氧化硅，最终烘干压制，得到一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张。相比常规纸张，省去了施胶过程，减少化学品的使用。在回收时减少了针对施胶剂的化学处理过程。当纸张作为垃圾被废弃时，降解更容易。疏水效果的产生不依赖复杂的化学反应，原理简单巧妙。
本发明利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张形成过程示意图1所示。
本发明的制备方法具体操作如下：
先配制天然植物胶水溶液浓度为0.5-2％；配置完成后静置溶胀备用；
配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为0.4-2％；
确保天然植物胶与有序交联型调节剂质量比为100:(1～5)混合得凝胶；
把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至冷阱温度为-50～-30℃，恒温4～6h处理后转移至冷冻干燥机中压力至5-10Pa，持续时间20～26h，确保完全干燥，得到微观有序孔状天然植物胶海绵体。
借助100～200目多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状天然植物胶海绵体的表面及内部空隙里，确保天然植物胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:(5～30)，得到填充二氧化硅微观有序孔状天然植物胶海绵体。
把制备的含有二氧化硅微观有序孔状天然植物胶海绵体在压制温度为100～110℃下压制而成，压力为25～35Mpa，得到一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张。
以下结合具体实施例对本发明的制备过程进行详细说明。
实施例1
先配制胍胶溶液浓度为1.0％；配置完成后静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为0.5％，确保胍胶与有序交联型调节剂质量比为100:1；把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至-40℃并恒温处理后转移至冷冻干燥机中，确保完全干燥，得到微观有序孔状胍胶海绵体。借助多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状胍胶海绵体的表面及内部空隙里，确保胍胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:10，得到填充二氧化硅微观有序孔状胍胶海绵体。把制备的含有二氧化硅微观有序孔状胍胶海绵体在温度为105℃下压制而成，压力为30Mpa，得到一种利用胍胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张。
图1为天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张形成过程示意图，胍胶溶解后与硼元素交联成冻胶，冷冻干燥后形成海绵体，将疏水气相二氧化硅均匀分布在海绵体上，压制成型即得到无施胶剂防水纸张。图2为胍胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张的制备过程，得到的防水纸张表面光滑，防水效果较好。图3为交联型胍胶冻干后海绵体微观形貌，胍胶交联成网状结构。图4为填充气相二氧化硅交联型胍胶海绵体微观形貌，图中可以看出疏水气相二氧化硅均匀分布在网状结构表面。图5为无施胶剂防水纸张的断面微观形貌，压制后呈规整的纤维薄层结构。图6为无施胶剂防水纸张的平面微观形貌，纸张表面相对较光滑平整。图7为不同二氧化硅填充量制备的无施胶剂防水纸张的动态接触角。随着疏水气相二氧化硅含量的增加，接触角逐渐增大。
实施例2
先配制胍胶溶液浓度为1.0％；配置完成后静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为0.5％，确保胍胶与有序交联型调节剂质量比为100:1；把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至-40℃并恒温处理后转移至冷冻干燥机中，确保完全干燥，得到微观有序孔状胍胶海绵体。借助多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状胍胶海绵体的表面及内部空隙里，确保胍胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:15，得到填充二氧化硅微观有序孔状胍胶海绵体。把制备的含有二氧化硅微观有序孔状胍胶海绵体在温度为105℃下压制而成，压力为30Mpa，得到一种利用胍胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张。
实施例3
先配制胍胶溶液浓度为1.0％；配置完成后静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为0.5％，确保胍胶与有序交联型调节剂质量比为100:1；把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至-40℃并恒温处理后转移至冷冻干燥机中，确保完全干燥，得到微观有序孔状胍胶海绵体。借助多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状胍胶海绵体的表面及内部空隙里，确保胍胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:25，得到填充二氧化硅微观有序孔状胍胶海绵体。把制备的含有二氧化硅微观有序孔状胍胶海绵体在温度为105℃下压制而成，压力为30Mpa，得到一种利用胍胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张。
实施例4
先配制黄原胶溶液浓度为0.5％；配置完成后静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为2％，确保黄原胶与有序交联型调节剂质量比为100:1.5；把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至-40℃并恒温处理后转移至冷冻干燥机中，确保完全干燥，得到微观有序孔状黄原胶海绵体。借助多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状黄原胶海绵体的表面及内部空隙里，确保黄原胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:30，得到填充二氧化硅微观有序孔状黄原胶海绵体。把制备的含有二氧化硅微观有序孔状黄原胶海绵体在温度为105℃下压制而成，压力为30Mpa，得到一种利用黄原胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张。
实施例5
先配制黄原胶溶液浓度为1.5％；配置完成后静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为1.5％，确保黄原胶与有序交联型调节剂质量比为100:2；把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至-40℃并恒温处理后转移至冷冻干燥机中，确保完全干燥，得到微观有序孔状黄原胶海绵体。借助多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状黄原胶海绵体的表面及内部空隙里，确保黄原胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:30，得到填充二氧化硅微观有序孔状黄原胶海绵体。把制备的含有二氧化硅微观有序孔状黄原胶海绵体在温度为105℃下压制而成，压力为30Mpa，得到一种利用黄原胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张。
实施例6
先配制田菁胶溶液浓度为0.5％；配置完成后静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为0.4％，确保田菁胶与有序交联型调节剂质量比为100:3；把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至-50℃并恒温处理4h后转移至冷冻干燥机中，，持续时间20h确保完全干燥，得到微观有序孔状田菁胶海绵体。借助100目多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状田菁胶海绵体的表面及内部空隙里，确保田菁胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:5，得到填充二氧化硅微观有序孔状田菁胶海绵体。把制备的含有二氧化硅微观有序孔状田菁胶海绵体在温度为100℃下压制而成，压力为25Mpa，得到一种利用田菁胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张。
实施例7
先配制羧甲基胍胶溶液浓度为2.0％；配置完成后静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为2％，确保羧甲基胍胶与有序交联型调节剂质量比为100:4；把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至-30℃并恒温处理6h后转移至冷冻干燥机中，确保完全干燥，得到微观有序孔状羧甲基胍胶海绵体。借助180目多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状羧甲基胍胶海绵体的表面及内部空隙里，确保羧甲基胍胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:30，得到填充二氧化硅微观有序孔状羧甲基胍胶海绵体。把制备的含有二氧化硅微观有序孔状羧甲基胍胶海绵体在温度为110℃下压制而成，压力为35Mpa，得到一种利用羧甲基胍胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张。
实施例8
先配制胍胶溶液浓度为1.5％；配置完成后静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液，有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为1％，确保胍胶与有序交联型调节剂质量比为100:5；把所得凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，降温至-30℃并恒温处理5h后转移至冷冻干燥机中，确保完全干燥，得到微观有序孔状胍胶海绵体。借助200目多孔筛，把防水增强剂疏水性气相二氧化硅均匀的分布于微观有序孔状胍胶海绵体的表面及内部空隙里，确保胍胶与防水增强剂疏水性气相二氧化硅质量比为100:20，得到填充二氧化硅微观有序孔状胍胶海绵体。把制备的含有二氧化硅微观有序孔状胍胶海绵体在温度为105℃下压制而成，压力为30Mpa，得到一种利用胍胶交联有序纤维薄层制备的无施胶剂防水纸张。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (5)

1.一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备防水纸张的方法，其特征在于，包括以下步骤：
配置天然植物胶或其衍生物溶液，静置溶胀备用；配制含硼的有序交联型调节剂溶液；
向天然植物胶或其衍生物溶液中加入有序交联型调节剂得到凝胶；
把凝胶倒入模具中，并转移至冷阱，恒温处理后转移至冷冻干燥，完全干燥得到微观有序孔状植物胶海绵体；
把防水增强剂均匀的分布于植物胶海绵体的表面及其内部空隙里，得到含有防水增强剂的植物胶海绵体；
把含有防水增强剂的天然植物胶海绵体烘干压制，得到无施胶剂防水纸张；
所述的天然植物胶或其衍生物选自胍胶、羧甲基胍胶、黄原胶或田菁胶；天然植物胶或其衍生物溶液的质量浓度为0.5-2%；
所述的有序交联型调节剂是对天然植物胶或其衍生物具有可逆性交联能力的交联剂，选自硼砂或有机硼交联剂；有序交联型调节剂溶液中硼元素含量为0.4-2%；天然植物胶或其衍生物与有序交联型调节剂质量比为100:（1~5）；
所述的防水增强剂选自疏水性气相二氧化硅；天然植物胶或其衍生物与防水增强剂质量比为100:（5~30）。
2.根据权利要求1所述的利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备防水纸张的方法，其特征在于，冷阱温度为-50~-30℃，恒温4~6h；冷冻干燥机中调节压力至5-10Pa，持续时间20~26h。
3.根据权利要求1所述的利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备防水纸张的方法，其特征在于，借助多孔筛把防水增强剂均匀的分布于微观薄层孔状海绵体的表面及内部空隙里，多孔筛为100~200目。
4.根据权利要求2所述的利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备防水纸张的方法，其特征在于，所述的烘干压制温度为100~110℃，压力为25~35MP a。
5.一种利用天然植物胶交联有序纤维薄层制备的防水纸张，其特征在于：由权利要求1至4任一项所述的方法制得。
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