CN116770645B - 一种空芯加强型瓦楞纸及加工方法 - Google Patents

一种空芯加强型瓦楞纸及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种空芯加强型瓦楞纸及加工方法，所述空芯加强型瓦楞纸包括瓦楞纸芯、纸板和粘结剂层，所述瓦楞纸芯包括如下重量份的原料：木质素纤维浆液20‑35份、剑麻纤维浆液15‑45份、烯基化碳纤维10‑18份、二甲基二烯丙基氯化铵1‑5份、含氢硅油乳液6‑14份、淀粉粘合剂5‑10份、铂炭催化剂0.1‑0.3份、羧甲基纤维素钠2‑4份。本发明制得的空芯加强型瓦楞纸具有超高的缓冲性能、较好的边压强度和抗挤压性能，能够满足各种包装需求。

Description

一种空芯加强型瓦楞纸及加工方法
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种空芯加强型瓦楞纸及加工方法。
背景技术
瓦楞纸是由卷曲的或波浪形的纤维板(瓦楞)和两侧的平面纸板组成的复合材料，具有空芯结构，被广泛用于制造纸箱、包装、运输和保护等应用。不同波纹形状的瓦楞，粘结成的瓦楞纸板的功能也有所不同。即使使用同样质量的面纸和里纸，由于楞形的差异，构成的瓦楞纸板的性能也有一定区别，目前国际上通用的瓦楞楞形根据楞高和楞数分为四种，它们分别是A型楞、C型楞、B型楞和E型楞，其中A型楞的具有较大的空芯结构，其楞高为4.5-5mm，楞数为34±2个/300mm，越大的空芯结构具有越好的缓冲性能，但是大空芯结构的瓦楞纸具有较高的楞高和较少的楞数，所以往往会拥有更差的边压强度。
中国发明专利CN113136738B公开了一种瓦楞纸板及其制备方法；瓦楞纸板包括瓦楞纸芯、纸板以及位于瓦楞纸芯和纸板之间的粘结剂层；所述瓦楞纸芯由包括如下重量份的原料制成：复合纤维浆料、粘合剂、增稠剂、纳米银粉；所述粘结剂层由粘结剂制成，所述粘结剂由包括如下重量份的原料制成：玉米淀粉、聚乙烯醇、甘油、戊二醛、壳聚糖粉、水；但是，上述方案应用于大空芯结构的楞瓦纸时，边压强度较差，这是由于大空芯结构的楞瓦纸的楞高较高，单位长度内的楞数较少。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种空芯加强型瓦楞纸，以解决大空芯结构楞瓦纸的边压强度较差的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种空芯加强型瓦楞纸，包括瓦楞纸芯、纸板和粘结剂层，其中，瓦楞纸芯是由具有瓦楞结构的纤维板组成，纸板位于瓦楞纸芯的两侧，粘结剂层位于瓦楞纸芯和纸板之间，用于将瓦楞纸芯和纸板粘合在一起。
其中，所述瓦楞纸芯包括如下重量份的原料：木质素纤维浆液20-35份、剑麻纤维浆液15-45份、烯基化碳纤维10-18份、二甲基二烯丙基氯化铵1-5份、含氢硅油乳液6-14份、淀粉粘合剂5-10份、铂炭催化剂0.1-0.3份、羧甲基纤维素钠2-4份。
其中，所述烯基化碳纤维由乙烯基三甲氧基硅烷接枝碳纤维得到。
其中，所述瓦楞纸芯的楞高为8-10mm，楞数为24±2个/300mm。
其中，所述粘结剂层包括如下重量份的原料：玉米淀粉50-70份、辛烯基琥珀酸淀粉钠5-7份、聚乙烯醇20-35份、甘油12-18份、戊二醛5-10份、水200-240份。
其中，所述木质纤维浆液的制备方法如下：将木质纤维放入水中浸泡24-36h，浸泡后粉碎至20-30目，然后在100℃，450-550rpm下蒸煮15-20h，得到木质纤维浆液。
其中，所述木质纤维和水的重量比为20-35:40-75。
其中，所述剑麻纤维浆液的制备方法如下：将剑麻纤维放入水中浸泡24-36h，浸泡后粉碎至20-30目，然后在100℃，450-550rpm下蒸煮15-20h，得到剑麻纤维浆液。
其中，所述剑麻纤维和水的重量比为15-45:30-90。
其中，所述烯基化碳纤维的合成步骤如下：将碳纤维分散到乙醇和水的混合溶液中，然后加入乙烯基三甲氧基硅烷，在60-80℃条件下搅拌反应5-8h，洗涤，干燥，得到烯基化碳纤维。
其中，所述碳纤维、乙醇、水和乙烯基三甲氧基硅烷的重量比为10-18:5-10:50-100:0.1-0.2，所述碳纤维的直径为150-200nm，长度10-30μm。
其中，所述含氢硅油乳液的含氢硅油含量为25-30wt％，含氢硅油的平均分子量为2000-3000，含氢量为2-4wt％。
其中，所述铂炭催化剂的中铂含量为5-10wt％。
其中，所述瓦楞纸芯的制备方法如下：按原料重量份数比称取木质素纤维浆液、剑麻纤维浆液、二甲基二烯丙基氯化铵、含氢硅油乳液、淀粉粘合剂和羧甲基纤维素钠在800-1000r/min的转速下搅拌45-60min，然后添加烯基化碳纤维和铂炭催化剂继续搅拌10-25min，制得混合料，最后，将制得的混合料依次经压楞成型后制得瓦楞纸芯。
其中，所述压楞成型温度为180-220℃，压楞成型压力为2-3MPa。
其中，所述粘结剂的制备方法如下：按原料重量比称取玉米淀粉、辛烯基琥珀酸淀粉钠、聚乙烯醇、水混合后在90-110℃条件下搅拌溶解25-40min，溶解后添加戊二醛、甘油，继续搅拌20-35min，，经抽真空后冷却至35-45℃，制得粘结剂。
进一步的，本发明还提供了一种上述的空芯加强型瓦楞纸的加工工艺，具体步骤如下：将瓦楞纸芯表面均匀涂刷粘结剂，涂刷结束后立刻与纸板相粘结，于30-50℃干燥30-50min，再于100-120℃干燥30-45min，粘结剂固化为粘结剂层，粘结剂层厚度为0.5-1mm，制得瓦楞纸。
本发明的有益效果：
本发明提出了一种空芯加强型瓦楞纸，其中，瓦楞纸芯采用了木质素纤维浆液、剑麻纤维浆液、烯基化碳纤维、二甲基二烯丙基氯化铵和含氢硅油乳液等原料，制备出具有高强度和高稳定性的瓦楞纸芯，同时，在瓦楞纸芯和纸板之间添加了粘结剂层，粘结剂层由玉米淀粉、辛烯基琥珀酸淀粉钠、聚乙烯醇等原料制备，在将瓦楞纸芯和纸板粘结后，进一步提高了瓦楞纸的强度和稳定性。最终制得的空芯加强型瓦楞纸具有超高的缓冲性能、较好的边压强度和抗挤压性能，能够满足各种包装需求。
本发明提出了一种空芯加强型瓦楞纸，其中，瓦楞纸芯在压楞成型过程中，烯基化碳纤维、二甲基二烯丙基氯化铵和含氢硅油乳液在铂炭催化剂的作用下形成硫化交联结构，大大提高了成型之后瓦楞纸芯的强度和稳定性，并且带负电的木质素纤维和剑麻纤维与带正电的二甲基二烯丙基氯化铵之间存在静电相互作用，具有优异的相容性，这对于瓦楞纸稳定性和强度的提高具有促进作用。
本发明提出了一种空芯加强型瓦楞纸，其中粘结剂层中包括有辛烯基琥珀酸淀粉钠，辛烯基琥珀酸淀粉钠拥有不饱和基团，在涂刷瓦楞纸芯，与纸板粘结后，较高温度的干燥有助于瓦楞纸芯表面的含氢硅油与辛烯基琥珀酸淀粉钠中不饱和基团交联，促进粘结层的粘结性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明具体实施方式中原料的来源或性质如下：
木质纤维：购买于灵寿县玛琳矿产品加工厂；剑麻纤维：购买于鄱阳县昌江纺织有限公司；碳纤维：购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；含氢硅油乳液：含氢硅油含量为30wt％，含氢硅油的平均分子量为2800，含氢量为3wt％；淀粉粘合剂：购买于上海光铧科技有限公司；铂炭催化剂：购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，铂含量为5wt％，玉米淀粉：购买于上海源叶生物科技有限公司。
实施例1
S1：将20g木质纤维放入40g水中浸泡24h，浸泡后粉碎至20目，然后在100℃，450rpm下蒸煮15h，得到木质纤维浆液；
S2：将15g剑麻纤维放入30g水中浸泡24h，浸泡后粉碎至20目，然后在100℃，450rpm下蒸煮15h，得到剑麻纤维浆液；
S3：将10g碳纤维分散到5g乙醇和50g水的混合溶液中，然后加入0.1g乙烯基三甲氧基硅烷，在60℃条件下搅拌反应5h，洗涤，干燥，得到烯基化碳纤维；
S4：称取20g木质素纤维浆液、15g剑麻纤维浆液、1g二甲基二烯丙基氯化铵、6g含氢硅油乳液、5g淀粉粘合剂和2g羧甲基纤维素钠在800r/min的转速下搅拌45min，然后添加10g烯基化碳纤维和0.1g铂炭催化剂继续搅拌10min，制得混合料，最后，将制得的混合料依次经压楞成型后制得瓦楞纸芯，压楞成型温度为180℃，压楞成型压力为2MPa，瓦楞纸芯的楞高为8mm，楞数为26个/300mm；
S5：称取50g玉米淀粉、5g辛烯基琥珀酸淀粉钠、20g聚乙烯醇、200g水混合后在90℃条件下搅拌溶解25min，溶解后添加5g戊二醛、12g甘油，继续搅拌20min，经抽真空后冷却至35℃，制得粘结剂；
S6：将瓦楞纸芯表面均匀涂刷粘结剂，涂刷结束后立刻与纸板相粘结，于30℃干燥30min，再于100℃干燥30min，粘结剂固化为粘结剂层，粘结剂层厚度为0.5mm，制得瓦楞纸。
实施例2
S1：将27g木质纤维放入54g水中浸泡30h，浸泡后粉碎至20目，然后在100℃，500rpm下蒸煮17h，得到木质纤维浆液；
S2：将30g剑麻纤维放入60g水中浸泡30h，浸泡后粉碎至20目，然后在100℃，500rpm下蒸煮17h，得到剑麻纤维浆液；
S3：将14g碳纤维分散到7g乙醇和75g水的混合溶液中，然后加入0.15g乙烯基三甲氧基硅烷，在70℃条件下搅拌反应6.5h，洗涤，干燥，得到烯基化碳纤维；
S4：称取27g木质素纤维浆液、30g剑麻纤维浆液、3g二甲基二烯丙基氯化铵、10g含氢硅油乳液、7.5g淀粉粘合剂和3g羧甲基纤维素钠在900r/min的转速下搅拌55min，然后添加14g烯基化碳纤维和0.2g铂炭催化剂继续搅拌18min，制得混合料，最后，将制得的混合料依次经压楞成型后制得瓦楞纸芯，压楞成型温度为200℃，压楞成型压力为2.5MPa，瓦楞纸芯的楞高为9mm，楞数为24个/300mm；
S5：称取60g玉米淀粉、6g辛烯基琥珀酸淀粉钠、27g聚乙烯醇、220g水混合后在100℃条件下搅拌溶解32min，溶解后添加7.5g戊二醛、15g甘油，继续搅拌27min，经抽真空后冷却至40℃，制得粘结剂；
S6：将瓦楞纸芯表面均匀涂刷粘结剂，涂刷结束后立刻与纸板相粘结，于40℃干燥40min，再于110℃干燥37min，粘结剂固化为粘结剂层，粘结剂层厚度为0.75mm，制得瓦楞纸。
实施例3
S1：将35g木质纤维放入75g水中浸泡36h，浸泡后粉碎至30目，然后在100℃，550rpm下蒸煮20h，得到木质纤维浆液；
S2：将45g剑麻纤维放入90g水中浸泡36h，浸泡后粉碎至30目，然后在100℃，550rpm下蒸煮20h，得到剑麻纤维浆液；
S3：将18g碳纤维分散到10g乙醇和100g水的混合溶液中，然后加入0.2g乙烯基三甲氧基硅烷，在80℃条件下搅拌反应8h，洗涤，干燥，得到烯基化碳纤维；
S4：称取35g木质素纤维浆液、45g剑麻纤维浆液、5g二甲基二烯丙基氯化铵、14g含氢硅油乳液、10g淀粉粘合剂和4g羧甲基纤维素钠在1000r/min的转速下搅拌60min，然后添加18g烯基化碳纤维和0.3g铂炭催化剂继续搅拌25min，制得混合料，最后，将制得的混合料依次经压楞成型后制得瓦楞纸芯，压楞成型温度为220℃，压楞成型压力为3MPa，瓦楞纸芯的楞高为10mm，楞数为22个/300mm；
S5：称取70g玉米淀粉、7g辛烯基琥珀酸淀粉钠、35g聚乙烯醇、240g水混合后在100℃条件下搅拌溶解40min，溶解后添加10g戊二醛、18g甘油，继续搅拌35min，经抽真空后冷却至45℃，制得粘结剂；
S6：将瓦楞纸芯表面均匀涂刷粘结剂，涂刷结束后立刻与纸板相粘结，于50℃干燥50min，再于120℃干燥45min，粘结剂固化为粘结剂层，粘结剂层厚度为1mm，制得瓦楞纸。
实施例4
S1：将27g木质纤维放入54g水中浸泡30h，浸泡后粉碎至20目，然后在100℃，500rpm下蒸煮17h，得到木质纤维浆液；
S2：将30g剑麻纤维放入60g水中浸泡30h，浸泡后粉碎至20目，然后在100℃，500rpm下蒸煮17h，得到剑麻纤维浆液；
S3：将14g碳纤维分散到7g乙醇和75g水的混合溶液中，然后加入0.15g乙烯基三甲氧基硅烷，在70℃条件下搅拌反应6.5h，洗涤，干燥，得到烯基化碳纤维；
S4：称取27g木质素纤维浆液、30g剑麻纤维浆液、1g二甲基二烯丙基氯化铵、6g含氢硅油乳液、7.5g淀粉粘合剂和3g羧甲基纤维素钠在900r/min的转速下搅拌55min，然后添加14g烯基化碳纤维和0.2g铂炭催化剂继续搅拌18min，制得混合料，最后，将制得的混合料依次经压楞成型后制得瓦楞纸芯，压楞成型温度为200℃，压楞成型压力为2.5MPa，瓦楞纸芯的楞高为9mm，楞数为24个/300mm；
S5：称取60g玉米淀粉、5g辛烯基琥珀酸淀粉钠、27g聚乙烯醇、220g水混合后在100℃条件下搅拌溶解32min，溶解后添加7.5g戊二醛、15g甘油，继续搅拌27min，经抽真空后冷却至40℃，制得粘结剂；
S6：将瓦楞纸芯表面均匀涂刷粘结剂，涂刷结束后立刻与纸板相粘结，于40℃干燥40min，再于110℃干燥37min，粘结剂固化为粘结剂层，粘结剂层厚度为0.75mm，制得瓦楞纸。
实施例5
S1：将27g木质纤维放入54g水中浸泡30h，浸泡后粉碎至20目，然后在100℃，500rpm下蒸煮17h，得到木质纤维浆液；
S2：将30g剑麻纤维放入60g水中浸泡30h，浸泡后粉碎至20目，然后在100℃，500rpm下蒸煮17h，得到剑麻纤维浆液；
S3：将14g碳纤维分散到7g乙醇和75g水的混合溶液中，然后加入0.15g乙烯基三甲氧基硅烷，在70℃条件下搅拌反应6.5h，洗涤，干燥，得到烯基化碳纤维；
S4：称取27g木质素纤维浆液、30g剑麻纤维浆液、5g二甲基二烯丙基氯化铵、14g含氢硅油乳液、7.5g淀粉粘合剂和3g羧甲基纤维素钠在900r/min的转速下搅拌55min，然后添加14g烯基化碳纤维和0.2g铂炭催化剂继续搅拌18min，制得混合料，最后，将制得的混合料依次经压楞成型后制得瓦楞纸芯，压楞成型温度为200℃，压楞成型压力为2.5MPa，瓦楞纸芯的楞高为9mm，楞数为24个/300mm；
S5：称取60g玉米淀粉、7g辛烯基琥珀酸淀粉钠、27g聚乙烯醇、220g水混合后在100℃条件下搅拌溶解32min，溶解后添加7.5g戊二醛、15g甘油，继续搅拌27min，经抽真空后冷却至40℃，制得粘结剂；
S6：将瓦楞纸芯表面均匀涂刷粘结剂，涂刷结束后立刻与纸板相粘结，于40℃干燥40min，再于110℃干燥37min，粘结剂固化为粘结剂层，粘结剂层厚度为0.75mm，制得瓦楞纸。
对比例1
本对比例与实施例2的不同之处在于：瓦楞纸芯的原料中未添加二甲基二烯丙基氯化铵。
对比例2
本对比例与实施例2的不同之处在于：瓦楞纸芯的原料中未添加含氢硅油乳液。
对比例3
本对比例与实施例2的不同之处在于：粘结剂的原料中未添加辛烯基琥珀酸淀粉钠。
对比例4
本对比例与实施例2的不同之处在于：瓦楞纸芯的原料中未添加二甲基二烯丙基氯化铵和含氢硅油乳液，粘结剂的原料中未添加辛烯基琥珀酸淀粉钠。
对比例5
本对比例与实施例2的不同之处在于：步骤S6中去除110℃干燥37min的步骤。
性能测试
耐破强度：按照国标GB/T6544-2008检测实施例1-5和对比例1-5制备的瓦楞纸的耐破强度，检测结果如表1所示；
边压强度：按照国标GB/T6544-2008检测实施例1-5和对比例1-5制备的瓦楞纸的边压强度，检测结果如表1所示；
粘结强度：按照国标GB/T6548-2011检测实施例1-5和对比例1-5制备的瓦楞纸的粘结强度，检测结果如表1所示。
表1实施例1-5，对比例1-5制备的瓦楞纸的性能测试结果
项目 耐破强度/kPa 边压强度/kN/m 粘结强度/N/m
实施例1 986 6.9 825
实施例2 979 6.5 846
实施例3 978 5.1 859
实施例4 974 5.9 812
实施例5 1008 6.8 863
对比例1 932 5.2 839
对比例2 912 4.9 705
对比例3 968 4.8 686
对比例4 809 3.6 674
对比例5 925 4.6 679
数据分析：从实施例1-5可以看出，本发明制备的瓦楞纸具有优异的机械性能，其粘结强度高达863N/m，增大的空芯结构会导致瓦楞纸的耐破轻度和边压强度呈现下降趋势，但下降幅度较小，对于机械性能影响较小，从实施例2和对比例1-4可以看出，本发明采用的二甲基二烯丙基氯化铵、含氢硅油乳液和辛烯基琥珀酸淀粉钠协同促进了瓦楞纸的机械性能和粘结强度。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (7)

1.一种空芯加强型瓦楞纸，其特征在于，包括瓦楞纸芯、纸板和粘结剂层，其中，瓦楞纸芯是由具有瓦楞结构的纤维板组成，纸板位于瓦楞纸芯的两侧，粘结剂层位于瓦楞纸芯和纸板之间，用于将瓦楞纸芯和纸板粘合在一起；
所述瓦楞纸芯包括如下重量份的原料：木质纤维浆液20-35份、剑麻纤维浆液15-45份、烯基化碳纤维10-18份、二甲基二烯丙基氯化铵1-5份、含氢硅油乳液6-14份、淀粉粘合剂5-10份、铂炭催化剂0.1-0.3份、羧甲基纤维素钠2-4份；
所述瓦楞纸芯的制备方法如下：
按原料重量份数比称取木质纤维浆液、剑麻纤维浆液、二甲基二烯丙基氯化铵、含氢硅油乳液、淀粉粘合剂和羧甲基纤维素钠在800-1000r/min的转速下搅拌45-60min，然后添加烯基化碳纤维和铂炭催化剂继续搅拌10-25min，制得混合料，最后，将制得的混合料依次经压楞成型后制得瓦楞纸芯；
所述压楞成型温度为180-220℃，压楞成型压力为2-3MPa；
所述烯基化碳纤维由乙烯基三甲氧基硅烷接枝碳纤维得到；
所述瓦楞纸芯的楞高为8-10mm，楞数为24±2个/300mm；
所述粘结剂层包括如下重量份的原料：玉米淀粉50-70份、辛烯基琥珀酸淀粉钠5-7份、聚乙烯醇20-35份、甘油12-18份、戊二醛5-10份、水200-240份。
2.根据权利要求1所述的空芯加强型瓦楞纸，其特征在于，所述木质纤维浆液的制备方法如下：将木质纤维放入水中浸泡24-36h，浸泡后粉碎至20-30目，然后在100℃，450-550rpm下蒸煮15-20h，得到木质纤维浆液；所述木质纤维和水的重量比为20-35:40-75；
所述剑麻纤维浆液的制备方法如下：将剑麻纤维放入水中浸泡24-36h，浸泡后粉碎至20-30目，然后在100℃，450-550rpm下蒸煮15-20h，得到剑麻纤维浆液；所述剑麻纤维和水的重量比为15-45:30-90。
3.根据权利要求1所述的空芯加强型瓦楞纸，其特征在于，所述烯基化碳纤维的合成步骤如下：将碳纤维分散到乙醇和水的混合溶液中，然后加入乙烯基三甲氧基硅烷，在60-80℃条件下搅拌反应5-8h，洗涤，干燥，得到烯基化碳纤维，所述碳纤维、乙醇、水和乙烯基三甲氧基硅烷的重量比为10-18:5-10:50-100:0.1-0.2，所述碳纤维的直径为150-200nm，长度10-30μm。
4.根据权利要求1所述的空芯加强型瓦楞纸，其特征在于，所述含氢硅油乳液的含氢硅油含量为25-30wt％，含氢硅油的平均分子量为2000-3000，含氢量为2-4wt％。
5.根据权利要求1所述的空芯加强型瓦楞纸，其特征在于，所述铂炭催化剂中铂含量为5-10wt％。
6.根据权利要求1所述的空芯加强型瓦楞纸，其特征在于，所述粘结剂的制备方法如下：按原料重量比称取玉米淀粉、辛烯基琥珀酸淀粉钠、聚乙烯醇、水混合后在90-110℃条件下搅拌溶解25-40min，溶解后添加戊二醛、甘油，继续搅拌20-35min，经抽真空后冷却至35-45℃，制得粘结剂。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的空芯加强型瓦楞纸的加工工艺，其特征在于，具体步骤如下：将瓦楞纸芯表面均匀涂刷粘结剂，涂刷结束后立刻与纸板相粘结，于30-50℃干燥30-50min，再于100-120℃干燥30-45min，粘结剂固化为粘结剂层，粘结剂层厚度为0.5-1mm，制得瓦楞纸。
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