CN115710837A - 一种具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，其原料以无毒无污染的水溶性硅酸盐为主，水溶性的可降解改性纤维素为辅助成膜剂，避免了传统的含氯纸张增强材料中含有的氯化物等有毒有害成分，成本低廉，对环境友好。本发明采用水溶性无机硅酸盐为主要成膜物质，通过纳米渗透结晶的方式与纤维素或纤维素衍生物的羟基进行键合从而增强纸张性能，可简单、高效地实现纸张或纸板的实用性和市场价值。
Description
技术领域
本发明属于造纸技术领域，涉及纸张性能改善技术，特别涉及一种具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法。
背景技术
纸是用植物纤维制成的薄片，作为写画、印刷书报、包装等。在不同的行业使用中，对纸张的性能有不同的要求，因此纸张性能必须达到要求才能够使用。
目前，纸张性能的改善方式通常是通过浆内添加高分子有机树脂或在纸张表面通过物理或化学的结合方式形成高分子层，但通常使用的高分子有机树脂具有一定的环境危害性，部分树脂中的含氯化合物在高温状态下极易产生二噁英等致癌物质，对人体与环境都会造成不可逆的伤害。
硅酸锂水溶液是一种无毒、无臭呈无色透明或呈微白色的液体，可以水为溶剂且可作为涂料基料，相比于多数有机硅的有机溶剂具有环境友好型的特点硅酸锂水溶液具有自干性，且能生成不溶于水的干膜，其形成的涂膜，耐热可达 1000℃，耐磨性、耐湿性、耐侯性、耐干湿交替性佳，耐水性优异等特点。尤其适宜用于潮湿环境和耐水性装饰涂料。硅酸锂水溶液有和具有亲水表面的玻璃、钢铁、铝及纤维等的表面反应成膜的特性，60℃以上即可进行，温度愈高，反应愈快。
但硅酸锂具有成膜后柔韧性差且在光滑的表面成膜性差的特点，所以考虑将硅酸锂与有机化合物进行复配使用，在改善其成膜性的同时能够赋予纸张的一定的性能。
硅酸钠具有廉价易得的优点，同时硅酸钠具有良好的成膜性，但硅酸钠具有耐水性差、成膜后能够再次溶于水的特点，将其与硅酸锂按一定比例复配不仅能降低涂料成本，还能改善硅酸锂的成膜性，在建筑、造纸等多领域都有广阔的使用前景。
羧甲基纤维素钠(CMC-Na)是一种纤维素的羧甲基化衍生物，因其易分散于水中形成胶体溶液，同具有无臭、无味、可降解和良好的成膜性而广泛应用于食品工业用增稠剂、陶瓷工业用胶粘剂、工业糊料、造纸工业用施胶剂。但与其他聚合物如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVdC)相比存在易潮解以及耐湿性差的缺点。
为了改善CMC-Na的性能通常将CMC-Na与其他高分子有机物复配或者对 CMC-Na进行化学改性以改善CMC-Na的性能。生活中常使用PE、PVC、PVdC 等对食品或药品等进行保鲜和储存，但PE等保鲜膜存在不可生物降解，对环境危害大的缺点，所以考虑使用兼具低成本，降解性和成膜性的羧甲基纤维素钠作为辅助成膜剂来解决实际问题，但CMC-Na存在大量亲水性基团如羟基(-OH)、羧酸根阴离子(-COO-)等会造成纸张浸渍后的透湿性能以及湿强提升程度不大，所以考虑利用其优良的成膜性和水溶性与其它无机材料复合在一起，增强纸张性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，以纸张为基材，以硅酸锂/硅酸钠为主要成膜物质，以CMC-Na 为保水剂和辅助成膜剂对纸浆纤维抄造的原纸进行浸渍，浸渍后经过干燥纸张的孔隙率降低，纸张的耐水性和耐湿性均增强，同时纸张的水蒸气透过系数降低，无机硅酸盐成膜物质在纸张纤维素与CMC-Na之间形成氢键或键能更强的 Si-O-C化学键，Si-O化学键的键能为460KJ/mol，C-O化学键的键能为326KJ/mol，二者的键能都远大于氢键的结合能25KJ/mol～45KJ/mol，能够提供更强的结合力。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，其特征在于：使用无机水性硅酸盐为主要成膜物质，借助硅酸锂的交联性与硅酸钠的成膜性以及CMC-Na的保水性与成膜性，将原纸浸渍后在平板干燥器中进行干燥，使得硅酸盐与纸张纤维的纤维素羟基或与CMC-Na的羟基之间形成氢键或键能更强的Si-O-C化学键，制得耐水性、耐湿性、水蒸气阻隔性都增强的浸渍纸。
一种具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
1)将纸浆原料在室温下浸泡于水中，使用疏解机疏解10000rpm，抄造成定量为80g/m2的原纸，真空干燥除去多余水分，备用；
2)将模数为0.5～8的硅酸锂溶液与1g～10g硅酸钠按照质量比9：1～6：4 的比例混合复配并在超声波分散器中分散，待完全溶解后得到混合液A，备用；
3)取绝干质量为1g，粘度为800mPa·s～15000mPa·s的羧甲基纤维素钠，加入10g～100g蒸馏水并在50℃～90℃的水浴锅中溶解20min～120min，冷却至一定温度后加入适量步骤2)中的混合液A，在高剪切搅拌机的作用下充分分散，得到混合液B，将混合液B置于浸渍模具中；
4)将步骤1)中抄造的原纸浸渍在步骤3)的浸渍模具中，用混合液B进行浸渍，充分浸渍后取出，在50℃～150℃的平板干燥器中干燥30min～300min，将干燥完的原纸放置在压光机中，于辊压50N～250N，压光温度50℃～80℃条件下进行1～5次压光，制得以无机硅酸盐为主要成膜物质，以CMC-Na为保水剂和辅助成膜剂的增强型浸渍纸。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，借助硅酸锂与硅酸钠进行复配来制作纳米渗透结晶材料，充分发挥硅酸锂的自干性与耐潮、耐水性，提高纸张的防潮、耐水、耐湿性能。
2、本发明具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，锂离子相比于钠离子半径较小，其可在溶液中生成庞大的水合离子，多层水分子(H2O)包裹在锂离子的外侧，内层水分子主要靠静电作用相互吸引，其氧原子所在的在负电荷区靠近锂离子的原子核而氢原子所在的正电荷区远离锂离子的原子核，而外层的水分子则主要以范德华力相互作用，水化层的存在阻碍了二氧化硅离子相互接触、聚合，在溶液脱水干燥后，锂离子的水合层即消失，很小的锂离子不能阻碍硅酸根阴离子(SiO2-)接触和聚合，使其自身在Si-OH的缩聚过程中形成Si-O-Si的化学键同时与纸张纤维素的羟基或CMC-Na羟基相结合形成Si-O-C的化学键或氢键， Si-O化学键的键能为460KJ/mol，C-O化学键的键能为326KJ/mol，二者的键能都远大于氢键的结合能25KJ/mol～45KJ/mol，能够提供更强的结合力。
3、本发明具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，由于硅酸钠自身的Na+半径较Li+更大，其在成膜过程中形成的更多的非键合性膜使得无机膜更为均匀，这使得硅酸钠可在硅酸锂的自身缩合的过程中充当无机成膜剂，减少了硅酸根阴离子在脱出水分子后的体积缩减，CMC-Na在浸渍过程中充当的保水剂和成膜剂能够有效填充纸张的孔隙使得无机硅酸盐在脱水干燥后能够更好的填充在纸张纤维的孔隙当中，使得纸张在产生良好的阻湿、阻气效果得同时兼具环保、无有机溶剂的优点。
4、本发明具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，其原料以无毒无污染的水溶性硅酸盐为主，水溶性的可降解改性纤维素为辅助成膜剂，避免了传统的含氯纸张增强材料中含有的氯化物等有毒有害成分，成本低廉，对环境友好。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，其创新之处在于：
1)将纸浆原料室温下浸泡在水中，使用疏解机疏解10000rpm，抄造成定量 80g/m2原纸，真空干燥抽去多余水分后，备用；
2)将40.9g质量分数为22％、模数为0.5的硅酸锂溶液与1g的硅酸钠进行混合复配并在超声波分散器中分散待完全溶解，待完全溶解后得到混合液A，备用；本发明中借助硅酸锂与硅酸钠复配制作纳米渗透结晶材料；
3)取绝干质量1g、粘度为800mPa·s～15000mPa·s的羧甲基纤维素钠，加入20g蒸馏水在80℃的水浴锅中溶解120min，冷却至25℃后取绝干质量0～1g 的羧甲基纤维素钠溶液加入步骤2)中制备的混合液A，在高剪切搅拌机的作用下充分分散，得到混合液B，将混合液B置于浸渍模具中；
4)将步骤1)中抄造的原纸浸渍在步骤3)的浸渍模具中，用混合液B充分浸渍后取出，在150℃的平板干燥器中干燥300min，将干燥完成后的纸张放置在压光机中，于辊压200N、压光温度60℃条件下进行3次压光，制得以无机硅酸盐为主要成膜物质，以CMC-Na为保水剂和辅助成膜剂的增强型浸渍纸。
将本发明的浸渍纸与原纸进行性能对比：
原纸的透气度为37μm/(Pa·s)，本发明浸渍后的浸渍纸透气度为0.004μm/ (Pa·s)，透气度约为原来的1/10000；
原纸的水蒸气透过系数(Pv)为1.07×10-11g·cm/(cm2·Pa·s)，本发明浸渍后的浸渍纸水蒸气透过系数(Pv)为3.01×10-12g·cm/(cm2·Pa·s)，水蒸气透过系数几乎与羧甲基纤维素钠薄膜的水蒸气透过系数相当。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。
Claims (2)
1.一种具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，其特征在于：使用无机水性硅酸盐为主要成膜物质，借助硅酸锂的交联性与硅酸钠的成膜性以及CMC-Na的保水性与成膜性，将原纸浸渍后在平板干燥器中进行干燥，使得硅酸盐与纸张纤维的纤维素羟基或与CMC-Na的羟基之间形成氢键或键能更强的Si-O-C化学键，制得耐水性、耐湿性、水蒸气阻隔性都增强的浸渍纸。
2.根据权利要求1所述的具有高水蒸气阻隔性浸渍纸的制备方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
1)将纸浆原料在室温下浸泡于水中，使用疏解机疏解10000rpm，抄造成定量为80g/m2的原纸，真空干燥除去多余水分，备用；
2)将模数为0.5～8的硅酸锂溶液与1g～10g硅酸钠按照质量比9：1～6：4的比例混合复配并在超声波分散器中分散，待完全溶解后得到混合液A，备用；
3)取绝干质量为1g，粘度为800mPa·s～15000mPa·s的羧甲基纤维素钠，加入10g～100g蒸馏水并在50℃～90℃的水浴锅中溶解20min～120min，冷却至一定温度后加入适量步骤2)中的混合液A，在高剪切搅拌机的作用下充分分散，得到混合液B，将混合液B置于浸渍模具中；
4)将步骤1)中抄造的原纸浸渍在步骤3)的浸渍模具中，用混合液B进行浸渍，充分浸渍后取出，在50℃～150℃的平板干燥器中干燥30min～300min，将干燥完的原纸放置在压光机中，于辊压50N～250N，压光温度50℃～80℃条件下进行1～5次压光，制得以无机硅酸盐为主要成膜物质，以CMC-Na为保水剂和辅助成膜剂的的增强型浸渍纸。
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2022
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