CN112176775B - 具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法，以复合纸浆、永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为原料，依次分步骤在复合纸浆中添加永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，然后经抄造、烘干即可得到具有高尺寸稳定性的纸张。通过在纸浆中添加永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，可以有效改善纸张的抗张强度，约束纸张在横向方向上的变形，改善纸张的尺寸稳定性。同时，将无机纳米颗粒与微原纤化纤维素原位复合，既可以发挥无机纳米颗粒对于改善纸张尺寸稳定性的作用，又有效避免了无机纳米颗粒对纸张强度降低的影响。

Description

具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法以及由此制备得到的纸张。本发明还涉及该纸张的用途，特别是用于壁纸产品的制备。
背景技术
壁纸在制备过程中需要进行印刷，而印刷的颜料中含有较多的水分，且印刷后还需要进行干燥处理，即壁纸在制备过程中，其原纸需要经历至少一次吸水、干燥过程。而普通的原纸的主要成分均是纤维素纤维，易于从环境中吸收水分，也易于被干燥而失去水分。但是原纸在吸水、失水的过程中，容易产生尺寸或形状上的变形，这使得壁纸原纸经过印刷后容易在局部区域产生褶皱、凸起等不良变形，导致壁纸产品不合格。因此，用于生产壁纸的壁纸原纸需要具有优异的尺寸稳定性，且能够经受住印刷工艺而不发生变形。
为了提高纸张或原纸的尺寸稳定性，将无机填料添加至造纸的浆料中是有利的。填料为通常为无机氧化物，与水不具有亲合性，不易吸水和失水。因而可以改善纸张对于水的亲和性，进而调节纸张吸水和失水的容易程度，改善纸张的尺寸稳定性。但是，填料的添加会使得纸张的强度降低，特别是对于大尺寸或大门幅的壁纸而言，纸张强度的降低使其应用受到较大影响。因此，需要寻求别的改进方法来改善纸张的尺寸稳定性。
现有的研究成果表明，纸张的易吸水和失水的根本原因是其主要成分，纤维素纤维。纤维素纤维本身对水具有良好的亲合性，纤维素纤维吸水后容易发生膨胀变形，且特别容易在垂直于纤维素纤维的长径方向上发生较大的膨胀变形。相应地，纤维素纤维失水后也容易发生收缩变形，该收缩变形也容易在垂直于纤维素纤维的长径方向上发生。
因此，为了解决现有的纸张中所存在的尺寸稳定性不足的缺陷，本发明旨在提供一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法。
发明内容
本发明的首要目标是提供一种具有高尺寸稳定性的纸张，且该纸张还应当特别适用于作为制造壁纸的壁纸原纸，即本发明更进一步的目标是提供一种特别适用于制造壁纸产品的具有高尺寸稳定性的纸张。
一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供纸张原料：原料包括复合纸浆、永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物，其特征在于，原料中还包括无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素；
（2）复合纸浆的制备：将再生纤维、原生竹纤维混合加入碎浆机中，进行打浆30-50分钟，控制打浆度在28-33°SR，其中，再生纤维与原始竹纤维的质量比例为（25-75）:（75-25）。
（3）添加永久性湿强度树脂：在步骤（2）的复合纸浆中添加永久性湿强度树脂，永久性湿强度树脂与复合纸浆的干重的质量比为（5-25）：1000，搅拌30-60分钟，使其充分混合均匀，并充分反应；
（4）在步骤（3）所得到的纸浆中添加阳离子淀粉组合物和无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，其中，阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素与复合纸浆的干重的质量比为（1-5）：（10-25）：100，在60-80℃下，转速为300-600rpm，搅拌30-60分钟；
（5）将步骤（5）所得到的纸浆经抄造、烘干，即可得到具有高尺寸稳定性的纸张。
进一步地，步骤（2）、（3）、（4）中，浆料的pH控制在4-5之间。
其中，所述永久性湿强度树脂是交联的树脂，选自聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂、聚二异氰酸酯树脂、聚酰氨基胺-表卤代醇树脂、多二异氰酸酯树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂中的一种或多种。
其中，所述阳离子淀粉组合物为取代度0.02-0.04的玉米或木薯阳离子淀粉。
进一步地，所述无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化硅颗粒复合微原纤化纤维素，其制备方法为：
提供硅酸钠水溶液，浓度为5-20g/L；然后将微原纤化纤维素加入硅酸钠水溶液中，分散均匀，硅酸钠与微原纤化纤维素的质量比为1：（2-3），然后边搅拌边向溶液中通入二氧化碳气体，直至溶液的pH为7-9，在微原纤化纤维素表面形成纳米二氧化硅颗粒。
进一步地，所述无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化钛颗粒复合微原纤化纤维素，其制备方法为：
提供钛酸四丁酯的乙醇溶液，钛酸四丁酯与乙醇的体积比为1:10；然后将微原纤化纤维素加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，分散均匀，钛酸四丁酯与微原纤化纤维素的质量比为1：（2-3），然后用乙酸将溶液的pH调节至3-5，使钛酸四丁酯原位水解，在微原纤化纤维素表面形成纳米二氧化钛胶体颗粒。
本发明还包括所述的一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法所制备得到的纸张。
本发明还包括将所制备得到的具有高尺寸稳定性的纸张应用于制备壁纸。
本发明还包括一种壁纸，所述壁纸以本发明所制备的具有高尺寸稳定性的纸张为壁纸原纸。
本发明所使用的复合纸浆中，以再生纤维和原生竹纤维为原料，可以充分利用再生纤维，节约资源。在再生纤维中，通常只含有暂时性湿强度树脂，不含有永久性湿强度树脂，原生竹纤维中也不含有永久性湿强度树脂，为了提高纸张的抗张强度和尺寸稳定性，在复合纸浆中添加了永久性湿强度树脂，永久性湿强度树脂可以有效平衡纸浆中纤维电荷，还可以与后续添加的阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素交互作用，使得纤维在垂直于纤维素纤维的长径方向上的膨胀和收缩变形受到约束和限制，从而改善纸张的抗张强度和尺寸稳定性。
阳离子淀粉组合物与无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素同时加入到纸浆中，阳离子淀粉组合物趋向于絮凝在再生纤维、原生竹纤维和无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素表面，从而可以促进无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素与再生纤维、原生竹纤维和永久性湿强度树脂之间的交互作用，改善纸张的抗张强度，并对纤维素的横向（即垂直于纤维素纤维的长径方向）变形进行约束、限制，改善纸张的尺寸稳定性。
进一步地，本发明中，通过将无机纳米颗粒以与微原纤化纤维素复合负载的方式引入到纸浆中，既可以发挥无机纳米颗粒对于改善纸张尺寸稳定性的作用，又有效避免了无机纳米颗粒对纸张强度降低的影响，克服了在纸浆中添加无机纳米颗粒会降低纸张强度的技术偏见。
本发明的无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化硅颗粒复合微原纤化纤维素，纳米二氧化硅具有吸水干燥的作用，可以有效地将纸张所处环境中的水分吸附并干燥，进而避免纸张暴露在含水的湿环境中，降低了纸张发生吸水、失水的膨胀、收缩变形，从而可以确保纸张长时间的尺寸稳定性。
本发明的无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化钛颗粒复合微原纤化纤维素，纳米二氧化钛具有光催化作用，可以有效催化降解有机污染物。将该纸张应用于制备壁纸的壁纸原纸后，所制备得到的壁纸也不仅具有优异的尺寸稳定性，还具备催化降解有机污染物的作用。将该壁纸用于室内装修，安全、环保。
具体实施方式
以下将通过具体的实施例阐述本发明的内容，但这些内容并不是本发明的全部内容。
实施例1
一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供纸张原料：原料包括复合纸浆、永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物，其特征在于，原料中还包括无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素；
（2）复合纸浆的制备：将再生纤维、原生竹纤维混合加入碎浆机中，进行打浆约40分钟，控制打浆度在28-33°SR，其中，再生纤维与原始竹纤维的质量比例为50:50。
（3）添加永久性湿强度树脂：在步骤（2）的复合纸浆中添加永久性湿强度树脂，永久性湿强度树脂与复合纸浆的干重的质量比为10：1000，搅拌40分钟，使其充分混合均匀，并充分反应；
（4）在步骤（3）所得到的纸浆中添加阳离子淀粉组合物和无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，其中，阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素与复合纸浆的干重的质量比为5：20：100，在70℃下，转速为500rpm，搅拌50分钟；
（5）将步骤（5）所得到的纸浆经抄造、烘干，即可得到具有高尺寸稳定性的纸张。
进一步地，步骤（2）、（3）、（4）中，浆料的pH控制在约4左右。
其中，所述永久性湿强度树脂是聚二异氰酸酯树脂。所述阳离子淀粉组合物为取代度约为0.02-0.04的玉米阳离子淀粉。
进一步地，所述无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化钛颗粒复合微原纤化纤维素，其制备方法为：
提供钛酸四丁酯的乙醇溶液，钛酸四丁酯与乙醇的体积比为1:10；然后将微原纤化纤维素加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，分散均匀，钛酸四丁酯与微原纤化纤维素的质量比为1：3，然后用乙酸将溶液的pH调节至4，使钛酸四丁酯原位水解，在微原纤化纤维素表面形成纳米二氧化钛胶体颗粒。
实施例2
一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供纸张原料：原料包括复合纸浆、永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物，其特征在于，原料中还包括无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素；
（2）复合纸浆的制备：将再生纤维、原生竹纤维混合加入碎浆机中，进行打浆40分钟，控制打浆度在28-33°SR，其中，再生纤维与原始竹纤维的质量比例为45:55。
（3）添加永久性湿强度树脂：在步骤（2）的复合纸浆中添加永久性湿强度树脂，永久性湿强度树脂与复合纸浆的干重的质量比为25：1000，搅拌60分钟，使其充分混合均匀，并充分反应；
（4）在步骤（3）所得到的纸浆中添加阳离子淀粉组合物和无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，其中，阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素与复合纸浆的干重的质量比为4：18：100，在65℃下，转速为600rpm，搅拌30分钟；
（5）将步骤（5）所得到的纸浆经抄造、烘干，即可得到具有高尺寸稳定性的纸张。
进一步地，步骤（2）、（3）、（4）中，浆料的pH控制在约4左右。
其中，所述永久性湿强度树脂是聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂。所述阳离子淀粉组合物为取代度约为0.02-0.04的木薯阳离子淀粉。
进一步地，所述无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化硅颗粒复合微原纤化纤维素，其制备方法为：
提供硅酸钠水溶液，浓度为20g/L；然后将微原纤化纤维素加入硅酸钠水溶液中，分散均匀，硅酸钠与微原纤化纤维素的质量比为1：3，然后边搅拌边向溶液中通入二氧化碳气体，直至溶液的pH为8，在微原纤化纤维素表面形成纳米二氧化硅颗粒。
实施例3
一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供纸张原料：原料包括复合纸浆、永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物，其特征在于，原料中还包括无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素；
（2）复合纸浆的制备：将再生纤维、原生竹纤维混合加入碎浆机中，进行打浆50分钟，控制打浆度在28-33°SR，其中，再生纤维与原始竹纤维的质量比例为55:45。
（3）添加永久性湿强度树脂：在步骤（2）的复合纸浆中添加永久性湿强度树脂，永久性湿强度树脂与复合纸浆的干重的质量比为15：1000，搅拌40分钟，使其充分混合均匀，并充分反应；
（4）在步骤（3）所得到的纸浆中添加阳离子淀粉组合物和无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，其中，阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素与复合纸浆的干重的质量比为3：15：100，在80℃下，转速为400rpm，搅拌40分钟；
（5）将步骤（5）所得到的纸浆经抄造、烘干，即可得到具有高尺寸稳定性的纸张。
进一步地，步骤（2）、（3）、（4）中，浆料的pH控制在约5左右。
其中，所述永久性湿强度树脂是聚酰氨基胺-表卤代醇树脂。其中，所述阳离子淀粉组合物为取代度约为0.02-0.04的玉米阳离子淀粉。
进一步地，所述无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化钛颗粒复合微原纤化纤维素，其制备方法为：
提供钛酸四丁酯的乙醇溶液，钛酸四丁酯与乙醇的体积比为1:10；然后将微原纤化纤维素加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，分散均匀，钛酸四丁酯与微原纤化纤维素的质量比为1：2，然后用乙酸将溶液的pH调节至5，使钛酸四丁酯原位水解，在微原纤化纤维素表面形成纳米二氧化钛胶体颗粒。
对比例1
以实施例1为参考，省略实施例1中的步骤（3），直接将阳离子淀粉组合物和无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素添加至步骤（2）的复合纸浆中，然后进行后续步骤。
对比例2
以实施例1为参考，省略实施例1中的步骤（4），直接将步骤（3）的所得到的纸浆经抄造、烘干。
对比例3
以实施例1为参考，用普通的微原纤化纤维素替换无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，其余步骤相同。
对比例4
以实施例1为参考，用普通的微原纤化纤维素和纳米二氧化钛颗粒的混合物替换无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，其余步骤相同。
为了评价各个实例中所制备的纸张的性能，分别对实施例1-3和对比例1-4中的纸张进行相应的性能测试，包括湿抗张指数、湿膨胀率、恢复率、耐破指数，具体结果如下表。其中，所用的测试纸张均是100±5gsm的纸张。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从上表的测试结果可以发现，本发明中通过在纸浆中添加永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，可以有效改善纸张的湿抗张指数、湿膨胀率、恢复率和耐破指数，获得具有高尺寸稳定性的纸张。

Claims (5)

1.一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供纸张原料：原料包括复合纸浆、永久性湿强度树脂、阳离子淀粉组合物，其特征在于，原料中还包括无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素；
（2）复合纸浆的制备：将再生纤维、原生竹纤维混合加入碎浆机中，进行打浆30-50分钟，控制打浆度在28-33°SR，其中，再生纤维与原生 竹纤维的质量比例为（25-75）:（75-25）；
（3）添加永久性湿强度树脂：在步骤（2）的复合纸浆中添加永久性湿强度树脂，永久性湿强度树脂与复合纸浆的干重的质量比为（5-25）：1000，搅拌30-60分钟，使其充分混合均匀，并充分反应；
（4）在步骤（3）所得到的纸浆中添加阳离子淀粉组合物和无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素，其中，阳离子淀粉组合物、无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素与复合纸浆的干重的质量比为（1-5）：（10-25）：100，在60-80℃下，转速为300-600rpm，搅拌30-60分钟；所述阳离子淀粉组合物为取代度0.02-0.04的玉米或木薯阳离子淀粉；
所述无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化硅颗粒复合微原纤化纤维素，其制备方法为：
提供硅酸钠水溶液，浓度为5-20g/L；然后将微原纤化纤维素加入硅酸钠水溶液中，分散均匀，硅酸钠与微原纤化纤维素的质量比为1：（2-3），然后边搅拌边向溶液中通入二氧化碳气体，直至溶液的pH为7-9，在微原纤化纤维素表面形成纳米二氧化硅颗粒；
或者所述无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化钛颗粒复合微原纤化纤维素，其制备方法为：
提供钛酸四丁酯的乙醇溶液，钛酸四丁酯与乙醇的体积比为1:10；然后将微原纤化纤维素加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，分散均匀，钛酸四丁酯与微原纤化纤维素的质量比为1：（2-3），然后用乙酸将溶液的pH调节至3-5，使钛酸四丁酯原位水解，在微原纤化纤维素表面形成纳米二氧化钛胶体颗粒；
（5）将步骤（5）所得到的纸浆经抄造、烘干，即可得到具有高尺寸稳定性的纸张；
进一步地，步骤（2）、（3）、（4）中，浆料的pH控制在4-5之间。
2.如权利要求1所述的一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法，其特征在于，所述永久性湿强度树脂是交联的树脂，选自聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂、聚二异氰酸酯树脂、聚酰氨基胺-表卤代醇树脂、多二异氰酸酯树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法，其特征在于，所述无机纳米颗粒复合微原纤化纤维素为纳米二氧化硅颗粒复合微原纤化纤维素，其制备方法为：
提供硅酸钠水溶液，浓度为5-20g/L；然后将微原纤化纤维素加入硅酸钠水溶液中，分散均匀，硅酸钠与微原纤化纤维素的质量比为1：（2-3），然后边搅拌边向溶液中通入二氧化碳气体，直至溶液的pH为7-9，在微原纤化纤维素表面形成纳米二氧化硅颗粒。
4.一种具有高尺寸稳定性的纸张，其特征在于，由权利要求1-3任一项所述的一种具有高尺寸稳定性的纸张的制备方法所制备得到。
5.一种壁纸，其特征在于，所述壁纸以权利要求4所述的具有高尺寸稳定性的纸张为壁纸原纸。
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