CN114438825B - 一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法 - Google Patents

一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114438825B
CN114438825B CN202011203675.8A CN202011203675A CN114438825B CN 114438825 B CN114438825 B CN 114438825B CN 202011203675 A CN202011203675 A CN 202011203675A CN 114438825 B CN114438825 B CN 114438825B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
carboxymethyl
long
tissue paper
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011203675.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114438825A (zh
Inventor
韩文佳
唐磊
张金柱
王鹏辉
李梓源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jinan Shengquan Group Share Holding Co Ltd
Original Assignee
Jinan Shengquan Group Share Holding Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jinan Shengquan Group Share Holding Co Ltd filed Critical Jinan Shengquan Group Share Holding Co Ltd
Priority to CN202011203675.8A priority Critical patent/CN114438825B/zh
Publication of CN114438825A publication Critical patent/CN114438825A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114438825B publication Critical patent/CN114438825B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H27/00Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
    • D21H27/10Packing paper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B11/00Preparation of cellulose ethers
    • C08B11/02Alkyl or cycloalkyl ethers
    • C08B11/04Alkyl or cycloalkyl ethers with substituted hydrocarbon radicals
    • C08B11/10Alkyl or cycloalkyl ethers with substituted hydrocarbon radicals substituted with acid radicals
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H15/00Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution
    • D21H15/02Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution characterised by configuration
    • D21H15/06Long fibres, i.e. fibres exceeding the upper length limit of conventional paper-making fibres; Filaments
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/03Non-macromolecular organic compounds
    • D21H17/05Non-macromolecular organic compounds containing elements other than carbon and hydrogen only
    • D21H17/17Ketenes, e.g. ketene dimers
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/21Macromolecular organic compounds of natural origin; Derivatives thereof
    • D21H17/24Polysaccharides
    • D21H17/25Cellulose
    • D21H17/26Ethers thereof
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/10Coatings without pigments
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/80Paper comprising more than one coating
    • D21H19/82Paper comprising more than one coating superposed
    • D21H19/824Paper comprising more than one coating superposed two superposed coatings, both being non-pigmented
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/80Paper comprising more than one coating
    • D21H19/84Paper comprising more than one coating on both sides of the substrate
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/14Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by function or properties in or on the paper
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/14Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by function or properties in or on the paper
    • D21H21/16Sizing or water-repelling agents
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/50Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by form
    • D21H21/52Additives of definite length or shape
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02W90/10Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

本申请公开一种高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,其包括以下步骤:制备羧甲基改性纳米纤维素纤维:将纤维浆料进行羧甲基改性和均质处理,得到羧甲基改性纳米纤维素纤维;涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维:以长纤维薄页纸原纸为基纸,在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维形成气体阻隔层;涂覆防水剂:在所述气体阻隔层上,涂覆防水剂形成防水层,得到所述高阻隔性长纤维薄页纸。还公开一种高阻隔性长纤维薄页纸。本申请的高阻隔性长纤维薄页纸具有高柔韧性、高抗张指数、高透明、低透气度、低水蒸气透过率、高接触角。

Description

一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法
技术领域
本申请属于薄页纸领域。具体涉及一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法。
背景技术
随着现代运输以及物流行业的发展,日用商品的数量激增,促使包装材料逐渐朝着环保、轻量、高性能低成本方向发展。其中,纸基包装材料由于其优异的环境可降解性以及可加工性被作为未来最有潜力的包装材料。薄页纸作为一种超薄工业用纸,其定量小,具备较高的柔韧、拉伸强度以及良好的透光性,被认为是理想的纸基包装材料之一。但是,由于薄页纸中纤维网络结构以及大量的游离羟基,导致其透气性和亲水性较高,不具备阻隔性,限制了其在包装领域的进一步扩展和应用。现有技术中,利用聚乙烯等石油基聚合物涂覆虽能够提高纸基疏水阻隔性,但是这类材料往往难以降解,容易造成大规模的环境污染。
专利文献1公开了一种纸基高阻隔包装膜,通过真空蒸镀、胶粘剂粘结等方式将纸基、聚酯膜层、阻隔性无机氧化物层、胶黏剂层、聚酰胺层、胶黏剂层和热封层等多层结构复合为一体,所得到的新型高阻隔包装膜采用无机氧化物透明高阻隔层作为阻隔层。专利文献2公开了一种高阻隔纸基材料包装袋,包括五层结构,分别是热封层,原纸层,底涂层,蒸镀层,面涂层,底涂层添加二氧化硅、黏土、沸石、晶化纤维素等填料使阻隔性能进一步提高。现有技术中的这类高阻隔纸结构一般比较复杂,层数过多,会导致纸基包装材料厚度较大,工艺成本较高,同样影响其在轻量化包装领域的应用发展。
现有技术文献
专利文献1CN206335933U公告文本
专利文献2CN210116793U公告文本
发明内容
为了解决上述问题,本申请的目的在于提供一种可降解、结构简单、厚度小、定量小的高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法,对推进轻型纸基包装材料以及薄页纸在包装领域的进一步发展都有着重要意义。
本发明的具体技术方案如下:
1、一种高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
制备羧甲基改性纳米纤维素纤维:将纤维浆料进行羧甲基改性和均质处理,得到羧甲基改性纳米纤维素纤维;
涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维:以长纤维薄页纸原纸为基纸,在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维形成气体阻隔层;
涂覆防水剂:在所述气体阻隔层上,涂覆防水剂形成防水层,得到所述高阻隔性长纤维薄页纸。
2、根据项1所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,将所述纤维浆料分散在水中,得到纤维浆料分散液,用乙醇洗涤过滤所述纤维浆料分散液后,用氯乙酸和异丙醇的混合溶液浸渍所述纤维浆料,将浸渍有所述纤维浆料的氯乙酸和异丙醇混合溶液加入到异丙醇和氢氧化钠甲醇溶液的混合溶液中,进行羧甲基化反应,再用水洗涤过滤后,得到羧甲基改性纤维素纤维,对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理,得到所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
3、根据项1或2所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述纤维浆料选自以下任意一种:亚硫酸盐法针叶木浆、硫酸盐法针叶木浆和机械法针叶木浆。
4、根据项1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述纤维浆料分散液中所述纤维浆料的质量浓度为0.4~1wt%;
优选地,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述乙醇洗涤过滤次数为3~5次;
优选地,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述水为去离子水。
5、根据项1~4中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,每毫升异丙醇中含有0.02~0.2g氯乙酸,所述浸渍时间为20~30min。
6、根据项1~5中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述氢氧化钠甲醇溶液中,氢氧化钠的质量体积浓度为25~35g/L。
7、根据项1~6中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述氢氧化钠甲醇溶液和异丙醇的体积比为1:3~5,优选为1:4,所述羧甲基化反应时间为1~2h。
8、根据项1~7中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,使用高压均质机对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理;
优选地,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,得到所述羧甲基改性纤维素纤维后,将所述羧甲基改性纤维素纤维的浓度调节至1~3wt%后,再使用高压均质机对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理,所述高压均质机的操作压力为1600~1800bar。
9、根据项1~8中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,将纤维浆料进行羧甲基改性和均质处理后得到的羧甲基改性纳米纤维素纤维的平均长度为0.2~0.6μm,直径为20~50nm。
10、根据项1~9中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述长纤维薄页纸原纸定量为17~20g/m2,厚度为0.10~0.12mm。
11、根据项1~10中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,将所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的质量浓度调节至0.1~2wt%,优选为0.7~1.3wt%,随后在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维,干燥后形成气体阻隔层;
优选地,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的涂覆厚度为15~25μm。
12、根据项1~11中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,使用涂覆装置在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维形成气体阻隔层,所述涂覆装置的涂覆速度为1.5~3cm/s。
13、根据项1~12中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述干燥温度为100~110℃,干燥时间为15~25min。
14、根据项1~13中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆防水剂步骤中,所述防水剂选自以下任意一种或两种或三种:聚氨酯乳液、丙烯酸乳液以及烷基烯酮二聚物(AKD)乳液;
优选地,所述涂覆防水剂步骤中,所述防水剂的固含量为1~2wt%,使用涂覆装置涂覆所述防水剂,干燥后形成防水层,涂覆速度为1.5~3cm/s,涂覆次数为1~3次;
优选地,所述涂覆防水剂步骤中,所述防水剂的涂覆厚度为10~20μm。
15、根据项1~14中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆防水剂步骤中,所述干燥温度为100~110℃,干燥时间为15~25min。
16、一种高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,其包括:
长纤维薄页纸原纸、位于所述长纤维薄页纸原纸上的气体阻隔层和位于所述气体阻隔层上的防水层;
其中,所述气体阻隔层包含羧甲基改性纳米纤维素纤维,所述防水层包含防水剂。
17、根据项16所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述气体阻隔层的厚度为15~25μm,所述防水层的厚度为10~20μm。
18、根据项16或17所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述长纤维薄页纸原纸定量为17~20g/m2,厚度为0.10~0.12mm。
19、根据项16~18中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的平均长度为0.2~0.6μm,直径为20~50nm。
20、根据项16~19中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述防水剂选自以下任意一种或两种或三种:聚氨酯乳液、丙烯酸乳液以及烷基烯酮二聚物(AKD)乳液。
21、根据项16~20中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的质量浓度为0.7~1.3wt%。
22、根据项16~21中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸的定量为33~54.5g/m2
23、根据项16~22中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸的抗张指数为20~40N·m/g。
24、根据项16~23中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸的透气度为1~50.5μm/Pa/s。
25、根据项16~24中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸的水蒸气透过率为1.5×10-11~4.2×10-11g·m/(m2·s·Pa)。
26、根据项16~25中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸上的防水层与水的接触角为75~125°。
发明的效果
首先,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法工艺简单,将纳米纤维素纤维(CNF)经过羧甲基改性后,在保持原有的可降解、资源丰富、纸基相容性高等优点的基础上,羧甲基改性后的纤维气体阻隔层透明度提高,纸张柔韧性以及机械强度也因羧甲基取代得到增强。
其次,本申请所制备的高阻隔性长纤维薄页纸,其通过将羧甲基改性纳米纤维素纤维作为气体阻隔层,将防水剂作为防水层,并通过涂覆方式实现气体阻隔层、防水层与基纸的复合,使得纸基材料在较低的厚度下也能具备优异的阻隔性。
最后,本申请的制备方法通过羧甲基改性纳米纤维素纤维的制备以及多次涂覆的复合工艺,制得具有高柔韧性、高抗张指数、高透明、低透气度、低水蒸气透过率、高接触角的高阻隔性长纤维薄页纸,利用羧甲基改性纳米纤维素纤维表面大量的羟基实现薄页纸中长纤维间的进一步紧密结合,增加了纸张的柔韧性和使用寿命。
具体实施方式
下面将更详细地描述本申请的具体实施方式。需要说明的是,在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式,然所述描述乃以说明书的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
申请相关术语
本申请中的“薄页纸”是指,一种超薄工业用纸,其定量仅有17~20g/m2,具备较高的柔韧、拉伸强度以及良好的透光性,被认为是理想的纸基包装材料之一。以针叶木为原料,采用硫酸盐法蒸煮、漂白后制得的纤维长度为2~3.5毫米的化学纸浆,再由所述化学纸浆制得的一种具有较高的物理强度,优良的均匀度及透明度,同时具备定量低、湿强度高等特性的纸张为“长纤维薄页纸”。
本申请中的“纳米纤维素纤维(CNF)”是指,一种通过物理、化学或生物的方法将晶体状纤维素解聚成纳米级(1~100nm)的纤维,具备可降解、资源丰富、纸基相容性高等优点。因其尺寸小且比表面积较大,当CNF作为一种纸基涂层材料时可有效降低纸张的透气性从而提高阻隔性能。但是CNF表面具有的大量氢键,在与长纤维结合过程中往往会形成刚性的网络机构,易导致纸张变脆、柔韧性及强度降低;另外大部分CNF在干燥过程中会形成不可逆的团聚凝结现象,干燥后纸张出现表面孔隙分布不均,导致透光性降低及后续疏水等加工处理困难等问题。因此,要保持CNF涂覆后薄页纸的柔韧性和均匀度,同时提高疏水效果,需要对CNF进行改性处理。
本申请中的“羧甲基改性纳米纤维素纤维(C-CNF)”是指,CNF的羟基部分羧甲基化而形成羧甲基改性纳米纤维素纤维,可有效减少CNF干燥后的团聚现象,同时羧甲基化学改性可有效降低CNF结晶度,使得改性后的C-CNF更容易分散,且形成的涂层更加透明和稳定。上述由CNF羧甲基改性为C-CNF的反应过程为:
[C6H7O2(OH)3]n+nClCH2COOH+2nNaOH→[C6H7O2(OH)2OCH2COONa]n+nNaCl+nH
本申请中的“纤维浆料”是指,绝干料,即纤维含量为100%,不含任何水分的浆料。
本申请中的“均质处理”是指,是使悬浮液(或乳化液)体系中的分散物微粒化、均匀化的处理过程,这种处理同时起降低分散物尺度和提高分散物分布均匀性的作用。
本申请中的“亚硫酸盐法针叶木浆”是指,以针叶木为原料,以含有过量亚硫酸的酸性亚硫酸盐(即亚硫酸钙、亚硫酸镁、亚硫酸钠、及亚硫酸铵)为蒸煮液,在加压蒸煮器中加热处理,使植物成分中的木质素等杂质溶解而除去,得到产物主要是纤维素的一种化学纸浆。
本申请中的“硫酸盐法针叶木浆”是指,以针叶木为原料,采用硫酸盐法蒸煮制得的一种化学纸浆。其可为漂白硫酸盐法针叶木浆或未漂白硫酸盐法针叶木浆。
本申请中的“机械法针叶木浆”是指,以针叶木为原料,利用机械方法磨解纤维原料制成的纸浆。
本申请中的“定量”是指,指单位面积单层纸的重量,单位是g/m2
本申请中的“抗张指数”是指,以单位宽度、单位定量样品的抗张力表示纸的抗张性能。本申请采用HT-101SC-1电子拉力试验机对涂覆纸样的抗张指数进行测试。
本申请中的“透气度”是指,指物体或介质允许空气通过的程度,通过测量单位体积或截面在单位时间和特定压力下透气量的大小而获得。本申请采用美国Gurley 4320N透气度仪以国家标准GB/T 22819-2008对涂覆纸样的阻隔空气性能进行测试。
本申请中的“水蒸气透过率”是指,在规定的温度、相对湿度环境中,单位时间内,单位水蒸气压差下,单位厚度,单位面积CaCl2水蒸气吸收量。本申请中按照国标GB1037-88的杯式法进行测定。
本申请中的“接触角”是指,是指在固、液、气三相交界处,自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角。本申请采用JGW-300B接触角测定仪对防水层的疏水性进行测试,测量结果为防水层对水的接触角。
本申请提供一种高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
制备羧甲基改性纳米纤维素纤维:将纤维浆料进行羧甲基改性和均质处理,得到羧甲基改性纳米纤维素纤维;
涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维:以长纤维薄页纸原纸为基纸,在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维形成气体阻隔层;
涂覆防水剂:在所述气体阻隔层上,涂覆防水剂形成防水层,得到所述高阻隔性长纤维薄页纸。
本申请中的长纤维薄页纸原纸是由纸浆、填料和各种助剂构成的片材。纸浆可为化学浆料、机械浆料或化学浆料与机械浆料的混合浆料。其中,化学浆料可为烧碱法、硫酸盐法、亚硫酸盐法等化学方法获得的纸浆,机械浆料可为磨石磨木浆、盘磨机械浆、热磨机械浆等。优选为针叶木浆料。优选为化学浆料,使得异物不易混入原纸中。纸浆也可为漂白浆料或未漂白浆料,优选为漂白浆料,由于具有高白度,印刷时的表面感良好使用价值较高。
本申请中生产长纤维薄页纸原纸的纸浆与制备羧甲基改性纳米纤维素纤维的纤维浆料可以为相同的浆料,也可以为不同的浆料。
本申请改性后的C-CNF在水解葡萄糖单位中反应羧基的比例提高,其取代度相比改性前的CNF有所提高,从而有效增强了C-CNF对非极性基质液的化学亲和性,使得长纤维薄页纸原纸在涂覆C-CNF的基础上再涂覆防水剂后,疏水性能增加,最终制得柔韧性好、抗张指数高、透光性好、透气率低、水蒸气透过率低、疏水性好的高阻隔性长纤维薄页纸。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,以长纤维薄页纸原纸为基纸,在所述长纤维薄页纸原纸的两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维形成气体阻隔层;所述涂覆防水剂步骤中,在所述一个气体阻隔层上,涂覆防水剂形成防水层,得到所述高阻隔性长纤维薄页纸。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,将所述纤维浆料分散在水中,得到纤维浆料分散液,用乙醇洗涤过滤所述纤维浆料分散液后,用氯乙酸和异丙醇的混合溶液浸渍所述纤维浆料,将浸渍有所述纤维浆料的氯乙酸和异丙醇混合溶液加入到异丙醇和氢氧化钠甲醇溶液的混合溶液中,进行羧甲基化反应,再用水洗涤过滤后,得到羧甲基改性纤维素纤维,对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理,得到所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
在上述具体实施方式中,纤维浆料需要大量溶液环境来完成分散,水的成本较低;水在常温下不易挥发,直接用昂贵的异丙醇进行洗涤及溶剂取代不合适,所以选用乙醇作为过渡;改性反应分为两段,氯乙酸添加后与纤维浆料发生一段醚化反应,然后添加氢氧化钠发生第二段醚化反应;其中,异丙醇作用为溶剂,甲醇为氢氧化钠溶剂。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,将所述纤维浆料分散在去离子水中,得到纤维浆料分散液,用乙醇洗涤过滤所述纤维浆料分散液3~5次后,例如可为3次、4次、5次,用氯乙酸和异丙醇的混合溶液浸渍所述纤维浆料20~30min,例如可为20min、22min、24min、26min、28min、30min等,将浸渍有所述纤维浆料的氯乙酸和异丙醇混合溶液加入到异丙醇和氢氧化钠甲醇溶液的混合溶液中,进行羧甲基化反应1~2h,例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h等,再用水洗涤过滤后,得到羧甲基改性纤维素纤维,使用均质机对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理,得到所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述纤维浆料可为化学浆料或机械浆料,所述化学浆料优选为针叶木浆,具体可为硫酸盐法针叶木浆、亚硫酸盐法针叶木浆,更具体可为漂白硫酸盐法针叶木浆,所述机械浆料可为机械法针叶木浆,例如可为针叶木磨石磨木浆、针叶木盘磨机械浆、针叶木热磨机械浆等。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述纤维浆料分散液中所述纤维浆料的质量浓度为0.4~1wt%,例如可为0.4wt%、0.45wt%、0.5wt%、0.55wt%、0.6wt%、0.65wt%、0.7wt%、0.75wt%、0.8wt%、0.85wt%、0.9wt%、0.95wt%、1wt%等;每毫升异丙醇中含有0.02~0.2g氯乙酸,例如可为0.02g、0.04g、0.08g、0.1g、0.12g、0.15g、0.18g、0.2g等。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述氢氧化钠甲醇溶液中的氢氧化钠的质量体积浓度为25~35g/L,例如可为25g/L、26g/L、27g/L、28g/L、29g/L、30g/L、31g/L、32g/L、33g/L、34g/L、35g/L等,所述氢氧化钠甲醇溶液和异丙醇的体积比为1:3~5,优选为1:4,例如可为1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5等。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,得到所述羧甲基改性纤维素纤维后,加去离子水将所述羧甲基改性纤维素纤维的浓度调节至1~3wt%后,例如1wt%、1.3wt%、1.6wt%、2wt%、2.4wt%、2.7wt%、3wt%等,再使用高压均质机对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理,所述高压均质机的操作压力为1600~1800bar,例如可为1600bar、1650bar、1700bar、1800bar等,实现完全均质。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,将纤维浆料进行羧甲基改性和均质处理后得到的羧甲基改性纳米纤维素纤维的平均长度为0.2~0.6μm,例如可为0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm等,直径为20~50nm,例如可为20nm、30nm、40nm、50nm等。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述长纤维薄页纸原纸定量为17~20g/m2,厚度为0.10~0.12mm,将所述羧甲基改性纳米纤维素纤维加去离子水调节质量浓度至0.1~2wt%,优选为0.7~1.3wt%,例如可为0.1wt%、0.5wt%、0.7wt%、1wt%、1.3wt%、1.5wt%、2wt%等,随后在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面使用涂覆装置涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维,干燥后形成气体阻隔层。将所述羧甲基改性纳米纤维素纤维质量浓度调节至0.7~1.3wt%,可得到抗张指数、空气阻隔性、阻水性、疏水性均优异的高阻隔性长纤维薄页纸,当所述羧甲基改性纳米纤维素纤维质量浓度调节至大于1.3wt%,例如为1.5wt%、2wt%时,水蒸气透过率升高趋势明显,接触角降低趋势明显,因为羧基含量过高会导致纸张涂层偏向于亲水,削弱了防水层作用;当所述羧甲基改性纳米纤维素纤维质量浓度调节至小于0.5wt%,例如为0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%等,透气度和水蒸气透过率均升高,接触角也减小,阻隔性相对减弱。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述羧甲基改性纳米纤维素纤维在所述长纤维薄页纸原纸的单面上的涂覆厚度为15~25μm,例如可为15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm等。所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的涂覆厚度为涂覆的羧甲基改性纳米纤维素纤维进行干燥后的厚度。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述涂覆防水剂步骤中,所述防水剂选自以下任意一种或两种或三种:聚氨酯乳液、丙烯酸乳液以及烷基烯酮二聚物(AKD)乳液;防水剂的固含量为1~2wt%,例如可为1wt%、1.2wt%、1.4wt%、1.6wt%、1.8wt%、2wt%等;使用涂覆装置涂覆所述防水剂,干燥后形成防水层。
本申请的“烷基烯酮二聚物”是指,以有苯乙烯、丙烯酰胺、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体,经过乳化后得到的共聚物的统称。
在一个具体实施方式中,所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的涂覆次数为1次,所述防水剂涂覆次数为1~3次,所述防水剂在所述单个气体阻隔层上的涂覆厚度为10~20μm,例如可为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等,通过多次涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维来提高纸张力学性能以及疏水性能作用十分有限。所述防水剂的涂覆厚度为涂覆的防水剂进行干燥后的厚度。
在一个具体实施方式中,本申请的制备方法中,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤和涂覆防水剂步骤中,涂覆装置没有特别限制,可以使用任何公知的涂覆装置,例如可选用:刮刀涂布机、棒涂机、辊涂机、气刀涂布机、逆转辊涂布机、帘式涂布机、喷涂机、施胶压榨涂布机、门辊涂布机等,所述涂覆装置的涂覆速度为1.5~3cm/s,例如可为1.5cm/s、1.8cm/s、2cm/s、2.3cm/s、2.5cm/s、2.8cm/s、3cm/s。另外,涂覆之后,还需要对气体阻隔层和防水层进行干燥,所述干燥可使用例如蒸汽加热器、燃气加热器、红外线加热器、电加热器、微波炉、圆筒干燥器、鼓风干燥箱等进行干燥,所述干燥温度为100~110℃,例如可为100℃、103℃、106℃、108℃、110℃等,干燥时间为15~25min,例如可为15min、17min、19min、22min、25min等。
本申请还提供一种高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,其包括:
长纤维薄页纸原纸、位于所述长纤维薄页纸原纸的气体阻隔层和于所述气体阻隔层上的防水层;
其中,所述气体阻隔层包含羧甲基改性纳米纤维素纤维,所述防水层包含防水剂。
在一个具体实施方式中,所述单个气体阻隔层的厚度为15~25μm,例如可为15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm等,所述单个防水层的厚度为10~20μm,例如可为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,所述长纤维薄页纸原纸定量为17~20g/m2,厚度为0.10~0.12mm;所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的平均长度为0.2~0.6μm,直径为20~50nm;所述防水剂选自以下任意一种或两种或三种:聚氨酯乳液、丙烯酸乳液以及烷基烯酮二聚物(AKD)乳液。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的质量浓度为0.1~2wt%,优选为0.7~1.3wt%,例如可为0.1wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%等。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,其单面涂覆有羧甲基改性纳米纤维素纤维和防水剂,其定量为33~52.3g/m2,例如可为33g/m2、35g/m2、37g/m2、39g/m2、40g/m2、42g/m2、44g/m2、46g/m2、48g/m2、50g/m2、52.3g/m2等。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,其双面涂覆有羧甲基改性纳米纤维素纤维,单面涂覆有防水剂,其定量为34~54.5g/m2,例如可为34g/m2、36g/m2、38g/m2、40g/m2、42g/m2、44g/m2、46g/m2、48g/m2、50g/m2、52g/m2、54.5g/m2等。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,其抗张指数为20~40N·m/g,例如可为20N·m/g、22N·m/g、24N·m/g、26N·m/g、28N·m/g、30N·m/g、32N·m/g、34N·m/g、36N·m/g、38N·m/g、40N·m/g等。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,其透气度为1~50.5μm/Pa/s,例如可为1μm/Pa/s、1.5μm/Pa/s、2μm/Pa/s、4μm/Pa/s、6μm/Pa/s、8μm/Pa/s、10μm/Pa/s、12μm/Pa/s、14μm/Pa/s、16μm/Pa/s、18μm/Pa/s、20μm/Pa/s、25μm/Pa/s、30μm/Pa/s、35μm/Pa/s、40μm/Pa/s、45μm/Pa/s、50μm/Pa/s、50.5μm/Pa/s等。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,其水蒸气透过率为1.5×10-11~4.2×10-11g·m/(m2·s·Pa),例如可为1.5×10-11g·m/(m2·s·Pa)、1.7×10- 11g·m/(m2·s·Pa)、1.8×10-11g·m/(m2·s·Pa)、1.95×10-11g·m/(m2·s·Pa)、2.1×10-11g·m/(m2·s·Pa)、2.3×10-11g·m/(m2·s·Pa)、2.5×10-11g·m/(m2·s·Pa)、2.7×10-11g·m/(m2·s·Pa)、3×10-11g·m/(m2·s·Pa)、3.2×10-11g·m/(m2·s·Pa)、3.4×10-11g·m/(m2·s·Pa)、3.6×10-11g·m/(m2·s·Pa)、3.8×10-11g·m/(m2·s·Pa)、4×10-11g·m/(m2·s·Pa)、4.2×10-11g·m/(m2·s·Pa)等。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,其防水层与水的接触角为75~125°,例如可为75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°等。
在一个具体实施方式中,本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,其抗张指数为20~36N·m/g,其透气度为10~35μm/Pa/s,其水蒸气透过率为1.5×10-11~2.5×10-11g·m/(m2·s·Pa)。
本申请的高阻隔性长纤维薄页纸,由于其表面涂覆有羧甲基改性纳米纤维素纤维与防水剂的复合涂层,其阻水性、空气阻隔性、力学性能都有明显提升,可同时达到27.3N·m/g的高抗张指数、21.1μm/Pa/s的低透气度、1.95×10-11m2·s·Pa的低水蒸气透过率以及121.5°的高防水层与水的接触角。
实施例
原料:
漂白硫酸盐法针叶木浆(SBKP,15°SR);烷基烯酮二聚物(AKD)乳液(溶剂为去离子水,固含量1wt%,实验室自制)其中,固含量1wt%是指烷基烯酮二聚物(AKD)乳液经105℃烘干后,剩余部分为烷基烯酮二聚物,剩余部分的质量为所述烷基烯酮二聚物乳液质量的1wt%;异丙醇、氯乙酸、乙醇、NaOH、甲醇(均为分析纯,国药集团化学有限公司);长纤维薄页纸原纸(20g/m2,厚度0.11mm,西安天森纸业有限公司);去离子水。
仪器:
AFA-IV自动涂布机,广东东莞仪器有限公司;
AH-PILOT 2015高压均质机,加拿大安拓思纳米技术有限公司;
DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱,上海景鸿实验设备涌现公司;
Gurley 4320N透气度仪,美国格利精密仪器公司;
JGW-300B接触角测定仪,承德市科承试验机有限公司;
HT-101SC-1电子拉力试验机,东莞市宏拓仪器有限公司。
抗张指数采用HT-101SC-1电子拉力试验机对长纤维薄页纸样品(简称“纸样”)的抗张强度性能进行测试。测试温度为25℃,湿度为50%RH,测试样品大小为180mm×15mm,各纸样分别测试3次,结果取平均值。
透气度采用美国Gurley 4320N透气度仪以国家标准GB/T 22819-2008对纸样的空气阻隔性进行测试。在127Pa压力下,测试空气流过单位面积的纸样所需要的时间,每种纸样测试不少于3次,结果取平均值。其最终透气度按照式(1)计算。
P=0.78Q (1)
式(1)中,P为样品透气度,μm/Pa/s;Q为样品在127Pa压力下的透气量,cm3/cm2/s。
水蒸气透过率的测定在温度为25℃、湿度为70%RH条件下进行,按照国标GB1037-88的杯式法进行了少许改变,称取适量粒径为2mm的无水CaCl2颗粒,在200±2℃的烘箱中烘干2h以上。冷却后,将1gCaC12放入洁净的50mL离心管(去盖)中并于底部铺平。利用各纸样分别对离心管进行密封,在分析天平上称重。随后每24h称重一次,直至离心管的整体重量基本稳定,计算水蒸气透过率(WVP),各纸样分别测试3次结果取平均值。WVP值按照式(2)计算。
Figure BDA0002756316310000141
式(2)中,Δm为CaCl2的重量变化量(g),d为涂层的厚度(m),A为涂覆纸样在离心管口的覆盖面积(m2),t为测量的时间(s),Δp为涂层两侧的水蒸压差(Pa)。
接触角采用JGW-300B接触角测定仪对涂层样品的疏水性能进行测试。测量结果为纸样的防水层或纸样对水的接触角,每种纸样测试不少于3次,结果取平均值。
固含量的测定方法为:取一定样品进行称量,在电热恒温鼓风干燥箱105℃下烘干4h后,取出样品静置15min后称取质量,固含量W计算如下:
W=m1/m2×100%
W——固含量,%
m1——烘干后样品质量,g
m2——烘干前样品质量,g
实施例1
本实施例的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法包括如下步骤:
(1)制备羧甲基改性纳米纤维素纤维
取30g的纤维浆料,将其分散在去离子水中,得到浓度为0.5wt%的纤维浆料分散液,用乙醇洗涤过滤所述纤维浆料分散液3次后,用10g氯乙酸和500mL异丙醇的混合溶液浸渍所述纤维浆料30min,将浸渍有所述纤维浆料的氯乙酸和异丙醇混合溶液加入到2L异丙醇和含有16.2g氢氧化钠的甲醇溶液的混合溶液中,进行羧甲基化反应1h,反应后用去离子水洗涤30min并过滤,得到羧甲基改性纤维素纤维,将所述羧甲基改性纤维素纤维的浓度调节至2wt%后,使用高压均质机对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理,在1650bar的操作压力下实现完全均质,得到所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
(2)涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维
以20g/m2的长纤维薄页纸原纸为基纸,将上述羧甲基改性纳米纤维素纤维稀释至浓度为0.1%后,采用自动涂布机按照2cm/s的涂覆速度在所述长纤维薄页纸原纸的一面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维,在105℃的鼓风干燥箱中烘干20min完成干燥,形成气体阻隔层。
(3)涂覆防水剂
使用固含量为1wt%的烷基烯酮二聚物(AKD)乳液,在所述气体阻隔层上以2cm/s的涂覆速度涂覆2次,于105℃下干燥20min后,形成防水层,即得到高阻隔性长纤维薄页纸。
实施例2
本实施例的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(2)中,将所述羧甲基改性纳米纤维素纤维质量浓度调节至0.5wt%后,再在所述长纤维薄页纸原纸的一面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
实施例3
本实施例的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(2)中,将所述羧甲基改性纳米纤维素纤维质量浓度调节至1wt%后,再在所述长纤维薄页纸原纸的一面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
实施例4
本实施例的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(2)中,所述羧甲基改性纳米纤维素纤维质量浓度为2wt%后,再在所述长纤维薄页纸原纸的一面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
实施例5
本实施例的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,与实施例3的区别在于,防水剂为聚氨酯乳液(固含量为1wt%)。
实施例6
本实施例的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,与实施例3的区别在于,防水剂为丙烯酸乳液(固含量为1wt%)。
实施例7
本实施例的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(2)中,将所述羧甲基改性纳米纤维素纤维质量浓度调节至0.7wt%后,再在所述长纤维薄页纸原纸的一面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
实施例8
本实施例的高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(2)中,将所述羧甲基改性纳米纤维素纤维质量浓度调节至1.3wt%后,再在所述长纤维薄页纸原纸的一面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
对比例1
本对比例的长纤维薄页纸的制备方法包括如下步骤:
(1)制备纳米纤维素纤维
取30g的纤维浆料,将其分散在去离子水中,得到浓度为0.5wt%的纤维浆料分散液,用乙醇洗涤过滤所述纤维浆料分散液3次后,将所述纤维浆料的浓度调节至2wt%后,使用高压均质机对纤维浆料进行均质处理,在1650bar的操作压力下实现完全均质,得到纳米纤维素纤维。
(2)涂覆纳米纤维素纤维
以20g/m2的长纤维薄页纸原纸为基纸,将纳米纤维素纤维稀释至浓度为1%后,采用自动涂布机按照2cm/s的涂覆速度在所述长纤维薄页纸原纸的一面涂覆所述纳米纤维素纤维,在105℃的鼓风干燥箱中烘干20min完成干燥,形成气体阻隔层。
(3)涂覆防水剂
使用固含量为1wt%的烷基烯酮二聚物(AKD)乳液,在所述气体阻隔层上以2cm/s的涂覆速度涂覆2次,于105℃下干燥20min后,形成防水层,即得到本对比例的长纤维薄页纸。
对比例2
以未经处理的长纤维薄页纸原纸作为对比例2。
上述各实施例和对比例的长纤维薄页纸制备完成后,将各实施例和对比例的纸样裁切成13cm×1.5cm纸条,用于抗张强度测试,计算得到抗张指数;室温下对纸样进行透气度检测,记录纸样在127Pa空气压力下的透气度;按照国标GB1037-88的杯式法进行水蒸气透过率的检测;采用JGW-300B接触角测定仪对实施例1~8和对比例1的纸样的防水层和对比例2的纸样的疏水性能进行接触角测试。
所测试的力学性能及阻隔性能如表1所示:
表1
Figure BDA0002756316310000171
Figure BDA0002756316310000181
由表1中数据可以看出,羧甲基改性纳米纤维素与防水剂AKD的复合涂层对长纤维薄页纸的阻水性、空气阻隔性都有明显提升,同时改善了纸样的抗张强度。另外,涂覆羧甲基改性后的纳米纤维素纤维的纸样相比涂覆未改性的纳米纤维素纤维的纸样在各方面性能提升效果上都占据优势。表1中可以看出,涂覆质量浓度为0.7~1.3wt%的改性纳米纤维素纤维和AKD乳液时,长纤维薄页纸具备更优的水蒸气阻隔及空气阻隔性能;涂覆质量浓度为1wt%的改性纳米纤维素纤维和AKD乳液时,长纤维薄页纸具备最优的水蒸气阻隔及空气阻隔性能。涂覆AKD乳液作为防水层的纸样相比于涂覆聚氨酯乳液或丙烯酸乳液作为防水层的纸样,具有更优的阻水性和疏水性。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (30)

1.一种高阻隔性长纤维薄页纸的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
制备羧甲基改性纳米纤维素纤维:将纤维浆料进行羧甲基改性和均质处理,得到羧甲基改性纳米纤维素纤维;
涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维:以长纤维薄页纸原纸为基纸,将所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的质量浓度调节至0.7~1.3wt%,随后在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维形成气体阻隔层;
涂覆防水剂:在所述气体阻隔层上,涂覆防水剂形成防水层,得到所述高阻隔性长纤维薄页纸。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,将所述纤维浆料分散在水中,得到纤维浆料分散液,用乙醇洗涤过滤所述纤维浆料分散液后,用氯乙酸和异丙醇的混合溶液浸渍所述纤维浆料,将浸渍有所述纤维浆料的氯乙酸和异丙醇混合溶液加入到异丙醇和氢氧化钠甲醇溶液的混合溶液中,进行羧甲基化反应,再用水洗涤过滤后,得到羧甲基改性纤维素纤维,对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理,得到所述羧甲基改性纳米纤维素纤维。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述纤维浆料选自以下任意一种:亚硫酸盐法针叶木浆、硫酸盐法针叶木浆和机械法针叶木浆。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述纤维浆料分散液中所述纤维浆料的质量浓度为0.4~1wt%。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述乙醇洗涤过滤次数为3~5次。
6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述水为去离子水。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,每毫升异丙醇中含有0.02~0.2g氯乙酸,所述浸渍时间为20~30min。
8.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述氢氧化钠甲醇溶液中,氢氧化钠的质量体积浓度为25~35g/L。
9.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述氢氧化钠甲醇溶液和异丙醇的体积比为1:3~5,所述羧甲基化反应时间为1~2h。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述氢氧化钠甲醇溶液和异丙醇的体积比为1:4。
11.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,使用高压均质机对所述羧甲基改性纤维素纤维进行均质处理。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述高压均质机的操作压力为1600~1800bar。
13.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,将纤维浆料进行羧甲基改性和均质处理后得到的羧甲基改性纳米纤维素纤维的平均长度为0.2~0.6μm,直径为20~50nm。
14.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述长纤维薄页纸原纸定量为17~20g/m2,厚度为0.10~0.12mm。
15.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维,干燥后形成气体阻隔层。
16.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的涂覆厚度为15~25μm。
17.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,使用涂覆装置在所述长纤维薄页纸原纸的一面或两面涂覆所述羧甲基改性纳米纤维素纤维形成气体阻隔层,所述涂覆装置的涂覆速度为1.5~3cm/s。
18.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆羧甲基改性纳米纤维素纤维步骤中,干燥温度为100~110℃,干燥时间为15~25min。
19.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆防水剂步骤中,所述防水剂选自以下任意一种或两种或三种:聚氨酯乳液、丙烯酸乳液以及烷基烯酮二聚物AKD乳液。
20.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆防水剂步骤中,所述防水剂的固含量为1~2wt%,使用涂覆装置涂覆所述防水剂,干燥后形成防水层,涂覆速度为1.5~3cm/s,涂覆次数为1~3次。
21.根据权利要求1~3中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆防水剂步骤中,所述防水剂的涂覆厚度为10~20μm。
22.根据权利要求20所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆防水剂步骤中,干燥温度为100~110℃,干燥时间为15~25min。
23.一种高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,其包括:
长纤维薄页纸原纸、位于所述长纤维薄页纸原纸上的气体阻隔层和位于所述气体阻隔层上的防水层;
其中,所述气体阻隔层包含羧甲基改性纳米纤维素纤维,所述防水层包含防水剂;
所述气体阻隔层的厚度为15~25μm,所述防水层的厚度为10~20μm;
所述羧甲基改性纳米纤维素纤维的平均长度为0.2~0.6μm,直径为20~50nm。
24.根据权利要求23所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述长纤维薄页纸原纸定量为17~20g/m2,厚度为0.10~0.12mm。
25.根据权利要求23所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述防水剂选自以下任意一种或两种或三种:聚氨酯乳液、丙烯酸乳液以及烷基烯酮二聚物AKD乳液。
26.根据权利要求23~25中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸的定量为33~54.5g/m2
27.根据权利要求23~25中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸的抗张指数为20~40N·m/g。
28.根据权利要求23~25中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸的透气度为1~50.5μm/Pa/s。
29.根据权利要求23~25中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸的水蒸气透过率为1.5×10-11~4.2×10-11g·m/(m2·s·Pa)。
30.根据权利要求23~25中任一项所述的高阻隔性长纤维薄页纸,其特征在于,所述高阻隔性长纤维薄页纸上的防水层与水的接触角为75~125°。
CN202011203675.8A 2020-11-02 2020-11-02 一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法 Active CN114438825B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011203675.8A CN114438825B (zh) 2020-11-02 2020-11-02 一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011203675.8A CN114438825B (zh) 2020-11-02 2020-11-02 一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114438825A CN114438825A (zh) 2022-05-06
CN114438825B true CN114438825B (zh) 2023-03-21

Family

ID=81357741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011203675.8A Active CN114438825B (zh) 2020-11-02 2020-11-02 一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114438825B (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108457127A (zh) * 2017-02-20 2018-08-28 山东太阳生活用纸有限公司 薄页纸及其制备方法
CN108409869A (zh) * 2018-03-30 2018-08-17 齐鲁工业大学 一种羧甲基化纤维素纳米纤丝及其制备方法
CN110577672A (zh) * 2018-06-07 2019-12-17 国家纳米科学中心 可调控亲疏水性纳米纤维素薄膜、及其制备方法和应用
CN110205866B (zh) * 2019-05-29 2021-12-24 盐城工学院 一种提高食品包装纸张水蒸气阻隔性能的方法
CN110317354A (zh) * 2019-06-10 2019-10-11 浙江金加浩绿色纳米材料股份有限公司 一种涂布法制备纳米纤维素薄膜的方法
CN110792003B (zh) * 2019-11-05 2021-11-02 浙江恒川新材料有限公司 一种疏水抗油食品包装纸及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114438825A (zh) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Facile preparation of reactive hydrophobic cellulose nanofibril film for reducing water vapor permeability (WVP) in packaging applications
Jiang et al. Effects of residual lignin on composition, structure and properties of mechanically defibrillated cellulose fibrils and films
Sehaqui et al. Hydrophobic cellulose nanopaper through a mild esterification procedure
Ferrer et al. Effect of residual lignin and heteropolysaccharides in nanofibrillar cellulose and nanopaper from wood fibers
EP0752028B1 (en) Cellulosic products using high-bulk cellulosic fibers
EP1276933A1 (en) Stock size for paper or board manufacture, method for preparation of size, use of size
EP3914432A1 (en) Polyol fatty acid ester carrier compositions
Khanjani et al. Interaction of divalent cations with carboxylate group in TEMPO-oxidized microfibrillated cellulose systems
Costa et al. Effect of hot calendering on physical properties and water vapor transfer resistance of bacterial cellulose films
Li et al. Grafting nanocellulose with diethylenetriaminepentaacetic acid and chitosan as additive for enhancing recycled OCC pulp fibres
Lertsutthiwong et al. Chitosan as a surface sizing agent for offset printing paper
CN114438825B (zh) 一种高阻隔性长纤维薄页纸及其制备方法
El-Gendy et al. Effect of microcrystalline cellulose as a filler and/or filler retention aid on the mechanical properties of bagasse paper sheets
de Souza et al. Eucalyptus spp. cellulose nanocrystals obtained by acid hydrolysis and ultrasound processing for structural strengthening in paper packaging
CN114258445A (zh) 糖脂肪酸酯无机颗粒组合
EP4058631B1 (en) Method of producing a sheet comprising chemically modified cellulose fibres
Hugen et al. Addition of carboxylated styrene–butadiene rubber in cellulose nanofibrils composite films: effect on film production and its performance
Korpela et al. A Comparative Study of the Effects of Chemical Crosslinking Agents on NBSK Handsheet Properties.
CN114541170A (zh) 一种用于造纸的涂料组合物、凹版轻涂纸及其制造方法
CN116607351B (zh) 一种纳米细菌纤维素疏水防油纸及其制备方法
Bhardwaj et al. Comparison of polyvinyl alcohol and oxidised starch as surface sizing agents
Ghazy et al. Modified starch as additives to improve tissue paper properties
Lan et al. A new recognition of the binding of cellulose fibrils in papermaking by probing interaction between nanocellulose and cationic hemicellulose
CN111733598B (zh) 一种衬垫纸及其制备方法
US20240301630A1 (en) Polyol Fatty Acid Ester Carrier Compositions

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant