專利名稱：一種用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法及該牛皮紙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微納米無機晶須的改性領(lǐng)域，具體涉及一種用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法和由該方法所制得的牛皮紙。
背景技術(shù)：
木材是造紙工業(yè)的主要原材料，而我國卻是一個森林資源極度缺乏的國家，長期以來都難以擺脫部分紙漿纖維依賴進口的事實，約二分之一的造紙纖維需求依賴進口。歐洲能自給自足，北美是造紙纖維凈出口地區(qū)。國內(nèi)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牛皮紙用的針葉木漿幾乎全部進口。因此，人類在兼顧紙張需求的同時實現(xiàn)對于森林資源的可持續(xù)化利用，正承擔著越來越重要的責任。干強劑是造紙工業(yè)中增加紙張強度的一類重要化學(xué)品，一般具有水溶性，與纖維能形成氫鍵結(jié)合的高聚物。干強劑通常用于補償添加填料或纖維、再生纖維所引起的紙強度的下降。目前常用的干強劑一般存在有效成分含量低，使用效果差，實際應(yīng)用成本過高，性能不穩(wěn)定，工藝復(fù)雜，國內(nèi)研究起步晚，技術(shù)不成熟，大型紙廠主要依靠進口，每年消耗量達幾萬噸。目前通過無機加填的方式來降低木材使用，無機填料提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高紙張白度、不透明度和平整度；改善紙張遮蓋率及表面性能，但紙張物理特能卻是直線下降，嚴重影響著紙制品的強度性能，因此造紙企業(yè)采用紙張干強度增強劑應(yīng)用于各類紙和紙板的生產(chǎn)過程中，以增加紙和紙板的干強度，然而干強劑的使用不僅提高了造紙成本，而且大量的有機物的添加也造成嚴重的水污染。微納米無機晶須是一種礦物纖維，具有固定的橫截面形狀、完整的外形、完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且具有極高的抗拉強度、彈性模量、良好的相容性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而賦予硫酸鈣晶須優(yōu)良的增強增韌性，是復(fù)合材料中最為高檔的增強組織，是毒性最低的綠色環(huán)保材料，它是介于植物纖維與傳統(tǒng)填料之間的新型纖維狀材料，因此具有傳統(tǒng)填料所不具備的某些特殊性質(zhì)良好的尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、抗化學(xué)性、阻燃性和電絕緣性，這些性質(zhì)是植物纖維無法比擬的，能賦予紙張?zhí)厥獾男阅?，是一種新型造紙材料，可用于包裝紙、文化用紙、 生活用紙中。但目前微納米無機晶須在牛皮紙中的應(yīng)用還很少，主要由于微納米無機晶須尺寸小，比表面大造成的在紙制品中易團聚及表面分散不均出現(xiàn)“白斑”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用微納米無機晶須怎強牛皮紙的方法，其制造工藝簡易，并能夠有效解決現(xiàn)今低韌性填料及干強劑在牛皮紙中的應(yīng)用問題，改性后的晶須作為高效造紙功能材料均勻分散后用于紙張增強，不僅改善了紙頁的抄造性能，溶膠中富含大量的分子間氫鍵可以增強纖維與晶須間的相互作用力，而且可以改善不透明性、可塑性、阻燃性及印刷性，制造難燃紙張，有助于開發(fā)紙品的新功能、新用途和新領(lǐng)域。本發(fā)明的目的還在于提供一種由該方法所制得的牛皮紙。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為一種用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法，其包括以下步驟(1)稱取質(zhì)量百分比為8% 40%的微納米無機晶須，將該微納米無機晶須加入到水中，并通過攪拌分散或超聲分散使水中無團聚體，此時微納米無機晶須呈單根纖維狀懸浮在水中，形成晶須懸浮液；(2)稱取質(zhì)量百分比為 20%的改性溶膠，并將該改性溶膠加入到晶須懸浮液中，通過攪拌或超聲改性，制得改性晶須懸浮液；(3)稱取質(zhì)量百分比為50% 90%的干紙漿，將該干紙漿加入水中浸泡并打漿至一定打漿度，漿液濃度為1%，將所述改性晶須懸浮液加入到漿液中，并加水稀釋使?jié){液濃度降為0. 3%，疏解5000轉(zhuǎn)，然后上網(wǎng)抄造，制得濕紙頁；(4)用紙頁烘干器烘干濕紙頁，濕紙頁在0. SMPa壓力下壓榨2min，濕紙頁烘干成型，紙樣定量為70g/m2，制得增強牛皮紙，其包括有微量水分及雜質(zhì)。所述步驟(2)中，攪拌或超聲時間為Imin 池。所述步驟(3)中，在上網(wǎng)抄造前，在漿液中加入濃度為0.05%的陽離子助留助濾劑ImL攪拌均勻。所述微納米無機晶須為高長徑比微納米晶須，該微納米無機晶須為海泡石、硅灰石、碳酸鈣、硫酸鈣、滑石或水鎂石中的一種或幾種。所述改性溶膠為粒徑在1 150nm之間、固含量為25%的中性硅溶膠、酸性硅溶膠、鋁溶膠或鋯溶膠中的一種或幾種。所述陽離子助留助濾劑為高分子量的陽離子聚丙烯酰胺，其分子量為600 800 萬，離子度40%。一種由前述微納米無機晶須增強牛皮紙韌性的方法所制得的牛皮紙，其原料組成及質(zhì)量百分比為
干紙漿50% 90%
微納米無機晶須改性溶膠
陽離子助留助濾劑
余量為水分及雜質(zhì)。
8% 40% 1% 20%
0.025% 0.1%;所述微納米無機晶須為高長徑比微納米晶須，該微納米無機晶須為海泡石、硅灰石、碳酸鈣、硫酸鈣、滑石或水鎂石中的一種或幾種。所述改性溶膠為粒徑在1 150nm之間、固含量為25%的中性硅溶膠、酸性硅溶膠、鋁溶膠或鋯溶膠中的一種或幾種。所述陽離子助留助濾劑為高分子量的陽離子聚丙烯酰胺，其分子量為600 800 萬，離子度40%。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法的制備工藝簡易、成本低，無毒無污染，易于工業(yè)化推廣。本發(fā)明使用的改性晶須有較高的留著可替代高價的韌性硫酸鹽針葉木漿，對于我國森林資源的保護也具有現(xiàn)實的意義。它還可以彌補傳統(tǒng)無機填料加入牛皮紙降低制品品質(zhì)的缺點。本發(fā)明的改性晶須分散均勻，能有效改善晶須的表面性質(zhì)，提高晶須的留著率，增加晶須與紙漿纖維的相互間作用力，加入硅溶膠使晶須與纖維通過分子間氫鍵緊密交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高纖維間鍵數(shù)與鍵能，改善紙頁的物理性能，增強韌性。改性后的晶須作為高效造紙功能材料均勻分散后用于紙張增強，不僅改善了紙頁的抄造性能，溶膠中富含大量的分子間氫鍵可以增強纖維與晶須間的相互作用力，而且可以改善不透明性、可塑性、阻燃性及印刷性，制造難燃紙張，有助于開發(fā)紙品的新功能、新用途和新領(lǐng)域。本發(fā)明制備的改性晶須集聚了無機填料和干強劑的優(yōu)勢于一身，性能優(yōu)良擁有其它材料無法比擬的性價比，應(yīng)用于牛皮紙中，體現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。下面結(jié)合附圖與實施例，對本發(fā)明進一步說明。


圖1為本發(fā)明未添加硫酸鈣晶須的紙樣掃描電鏡圖；圖2為本發(fā)明添加30%硫酸鈣晶須的紙樣掃描電鏡圖；圖3為本發(fā)明添加30%硫酸鈣晶須的紙樣掃描電鏡圖；圖4為本發(fā)明添加30%硫酸鈣晶須的紙樣能譜分析表；圖5為不同打漿度條件下硫酸鈣晶須替代10%紙漿后紙張抗張指數(shù)提高比例；圖6為不同晶須替代量與不加添時紙張的抗張指數(shù)、耐折次數(shù)、耐破指數(shù)提高比例。
具體實施例方式實施例1 本發(fā)明一種用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法，其包括以下步驟(1)稱取質(zhì)量百分比為8% 40%的微納米無機晶須，將該微納米無機晶須加入到水中，并通過攪拌分散或超聲分散使水中無團聚體，此時微納米無機晶須呈單根纖維狀懸浮在水中，形成晶須懸浮液；(2)稱取質(zhì)量百分比為 20%的改性溶膠，并將該改性溶膠加入到晶須懸浮液中，通過攪拌或超聲改性，制得改性晶須懸浮液；(3)稱取質(zhì)量百分比為50% 90%的干紙漿，將該干紙漿加入到水中浸泡并打漿至一定打漿度，漿液濃度為1%，將所述改性晶須懸浮液加入到漿液中，并加水稀釋使?jié){液濃度降為0. 3%，疏解5000轉(zhuǎn)，然后上網(wǎng)抄造，制得濕紙頁；(4)用紙頁烘干器烘干濕紙頁，濕紙頁在0. SMPa壓力下壓榨2min，濕紙頁烘干成型，紙樣定量為70g/m2，制得增強牛皮紙，其包括有微量水分及雜質(zhì)。所述步驟O)中，攪拌或超聲時間為Imin 池。所述步驟(3)中，在上網(wǎng)抄造前，在漿液中加入濃度為0.05%的陽離子助留助濾劑ImL攪拌均勻。所述微納米無機晶須為高長徑比微納米晶須，該微納米無機晶須為海泡石、硅灰石、碳酸鈣、硫酸鈣、滑石或水鎂石中的一種或幾種。所述改性溶膠為粒徑在1 150nm之間、固含量為25%的中性硅溶膠、酸性硅溶膠、鋁溶膠或鋯溶膠中的一種或幾種。所述陽離子助留助濾劑為高分子量的陽離子聚丙烯酰胺，其分子量為600 800 萬，離子度40%。一種由前述微納米無機晶須增強牛皮紙韌性的方法所制得的牛皮紙，其原料組成及質(zhì)量百分比為
干紙漿50% 90%
微納米無機晶須8% 40%
改性溶膠1% 20%
陽離子助留助濾劑0.025% 0.1%;余量為微量水分及雜質(zhì)。所述微納米無機晶須為高長徑比微納米晶須，該微納米無機晶須為海泡石、硅灰石、碳酸鈣、硫酸鈣、滑石或水鎂石中的一種或幾種。所述改性溶膠為粒徑在1 150nm之間、固含量為25%的中性硅溶膠、酸性硅溶膠、鋁溶膠或鋯溶膠中的一種或幾種。所述陽離子助留助濾劑為高分子量的陽離子聚丙烯酰胺，其分子量為600 800 萬，離子度40%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法的制備工藝簡易、成本低，無毒無污染，易于工業(yè)化推廣。本發(fā)明使用的改性晶須有較高的留著可替代高價的韌性硫酸鹽針葉木漿，對于我國森林資源的保護也具有現(xiàn)實的意義。它還可以彌補傳統(tǒng)無機填料加入牛皮紙降低制品品質(zhì)的缺點。本發(fā)明的改性晶須分散均勻，能有效改善晶須的表面性質(zhì)，提高晶須的留著率，增加晶須與紙漿纖維的相互間作用力，加入硅溶膠使晶須與纖維通過分子間氫鍵緊密交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高纖維間鍵數(shù)與鍵能，改善紙頁的物理性能，增強韌性。改性后的晶須作為高效造紙功能材料均勻分散后用于紙張增強，不僅改善了紙頁的抄造性能，溶膠中富含大量的分子間氫鍵可以增強纖維與晶須間的相互作用力，而且可以改善不透明性、可塑性、阻燃性及印刷性，制造難燃紙張，有助于開發(fā)紙品的新功能、新用途和新領(lǐng)域。本發(fā)明制備的改性晶須集聚了無機填料和干強劑的優(yōu)勢于一身，性能優(yōu)良擁有其它材料無法比擬的性價比，應(yīng)用于牛皮紙中，體現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。實施例2 本實施例的用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法和牛皮紙與實施例1 基本相同，其不同之處在于，該牛皮紙的原料組成及質(zhì)量百分比為
干紙漿90%
微納米無機晶須8%
改性溶膠1%
陽離子助留助濾劑0.025%。在本實施例中，余量為微量水分及雜質(zhì)。實施例3 本實施例的用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法和牛皮紙與實施例1、 2基本相同，其不同之處在于，該牛皮紙的原料組成及質(zhì)量百分比為
干紙漿50%
微納米無機晶須40%
改性溶膠9.9%
陽離子助留助濾劑0.1%。實施例4 本實施例的用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法和牛皮紙與實施例1 至3基本相同，其不同之處在于，該牛皮紙的原料組成及質(zhì)量百分比為
干紙漿74.92%
微納米無機晶須20%
改性溶膠5%
陽離子助留助濾劑0.08%。參見圖1至圖6，其中圖1為本發(fā)明未添加硫酸鈣晶須的紙樣掃描電鏡圖，圖2為本發(fā)明添加30%硫酸鈣晶須的紙樣掃描電鏡圖，圖3為本發(fā)明添加30%硫酸鈣晶須的紙樣掃描電鏡圖，圖4為本發(fā)明添加30%硫酸鈣晶須的紙樣能譜分析表，圖5為不同打漿度條件下硫酸鈣晶須替代10%紙漿后紙張抗張指數(shù)提高比例，圖6為不同晶須替代量與不加添時紙張的抗張指數(shù)、耐折次數(shù)、耐破指數(shù)提高比例。實施例5 參見圖1至圖5，本實施例的用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法和牛皮紙與實施例1至4基本相同，其不同之處在于稱取質(zhì)量百分比為10%的硫酸鈣晶須，加入30mL水中，攪拌分散或超聲分散至無團聚體，此時晶須呈單分散的纖維狀懸浮在水中。加入改性溶膠，溶膠用量與晶須之比為 1 2。常溫攪拌20min，即得改性晶須。將此改性晶須懸浮液加入質(zhì)量百分比為85%的濃度為打漿度分別為19° SR、23° SR、37° SR、40° SR、46° SR的紙漿中，再加水稀釋至漿濃為0. 3%，疏解5000轉(zhuǎn)，不加陽離子助留助濾劑直接上網(wǎng)抄造。最后用紙頁烘干器干燥紙頁，濕紙頁在0. 8MPa壓力下壓榨anin。紙樣定量為70g/m2。根據(jù)GB/T 12914-1991標準測定紙樣的抗張強度，如圖5所示，與未加硫酸鈣晶須的紙樣相比，抗張指數(shù)增加最大時的打漿度為37° SR。實施例6 見圖1至圖4、圖6，本實施例的用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法和牛皮紙與實施例1至5基本相同，其不同之處在于稱取質(zhì)量百分比為30%的晶須，加入30mL水中，攪拌分散或超聲分散至無團聚體，此時晶須呈單分散的纖維狀懸浮在水中。加入改性溶膠，溶膠用量與晶須之比為1 2。 常溫攪拌20min，即得改性晶須。稱取一定量的改性晶須加入質(zhì)量百分比為54. 95%的濃度為打漿度為42° SR的紙漿中，再加水稀釋至漿濃為0.3%疏解5000轉(zhuǎn)，加入質(zhì)量百分比為0.05%的陽離子聚丙烯酰胺攪拌均勻上網(wǎng)抄造。最后用紙頁烘干器干燥紙頁， 濕紙頁在0. 8MPa壓力下壓榨anin。紙樣定量為70g/m2。根據(jù)GB/T 12914-1991, GB/T 454-2002,GB/T 457-2008分別測定紙樣的抗張強度、耐破度、耐折度，如圖6所示抗張指數(shù)增加23. 79 %，耐折指數(shù)提高56. 35 %，耐破度提高6.18%。如本發(fā)明實施例所述，采用與本發(fā)明相同或相似的步驟及組分，及其所列明的范圍內(nèi)，所得到的其他微納米無機晶須增強牛皮紙的方法和由該方法所制得的牛皮紙，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法，其特征在于，其包括以下步驟(1)稱取質(zhì)量百分比為8% 40%的微納米無機晶須，將該微納米無機晶須加入到水中，并通過攪拌分散或超聲分散使水中無團聚體，此時微納米無機晶須呈單根纖維狀懸浮在水中，形成晶須懸浮液；(2)稱取質(zhì)量百分比為 20%的改性溶膠，并將該改性溶膠加入到晶須懸浮液中， 通過攪拌或超聲改性，制得改性晶須懸浮液；(3)稱取質(zhì)量百分比為50% 90%的干紙漿，將該干紙漿加入水中浸泡并打漿至一定打漿度，漿液濃度為1 %，將所述改性晶須懸浮液加入到漿液中，并加水稀釋使?jié){液濃度降為0. 3%，疏解5000轉(zhuǎn)，然后上網(wǎng)抄造，制得濕紙頁；(4)用紙頁烘干器烘干濕紙頁，濕紙頁在0.SMI^a壓力下壓榨2min，濕紙頁烘干成型，制得增強牛皮紙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法，其特征在于，所述步驟O)中，攪拌或超聲時間為Imin 池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在上網(wǎng)抄造前，在漿液中加入濃度為0.05%的陽離子助留助濾劑ImL攪拌均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法，其特征在于，所述微納米無機晶須為高長徑比微納米晶須，該微納米無機晶須為海泡石、硅灰石、碳酸鈣、硫酸鈣、滑石或水鎂石中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米無機晶須增強牛皮紙韌性的方法，其特征在于，所述改性溶膠為粒徑在1 150nm之間、固含量為25%的中性硅溶膠、酸性硅溶膠、鋁溶膠或鋯溶膠中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微納米無機晶須增強牛皮紙韌性的方法，其特征在于，所述陽離子助留助濾劑為高分子量的陽離子聚丙烯酰胺，其分子量為600 800萬，離子度 40%。
7.一種由權(quán)利要求1所述微納米無機晶須增強牛皮紙韌性的方法所制得的牛皮紙，其特征在于，其原料組成及質(zhì)量百分比為干紙漿50% 90%微納米無機晶須8% 40%改性溶膠1% 20%陽離子助留助濾劑0.025% 0.1%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的牛皮紙，其特征在于，所述微納米無機晶須為高長徑比微納米晶須，該微納米無機晶須為海泡石、硅灰石、碳酸鈣、硫酸鈣、滑石或水鎂石中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的牛皮紙，其特征在于，所述改性溶膠為粒徑在1 150nm之間、固含量為25%的中性硅溶膠、酸性硅溶膠、鋁溶膠或鋯溶膠中的一種或幾種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的牛皮紙，其特征在于，所述陽離子助留助濾劑為高分子量的陽離子聚丙烯酰胺，其分子量為600 800萬，離子度40%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用微納米無機晶須增強牛皮紙的方法，其包括以下步驟稱取微納米無機晶須，將該微納米無機晶須加入到水中，通過攪拌分散或超聲分散使水中無團聚體，此時微納米無機晶須呈單根纖維須懸浮液；稱取質(zhì)量百分比為1％～20％的改性溶膠，并將該改性溶膠加入到晶須懸浮液中，通過攪拌或超聲改性，制得改性晶須懸浮液；稱取質(zhì)量百分比為50％～90％的干紙漿，將該干紙漿加入水中浸泡打漿，漿液濃度為1％，將所述改性晶須懸浮液加入到漿液中，并加水稀釋使?jié){液濃度降為0.3％，疏解5000轉(zhuǎn)，然后上網(wǎng)抄造，制得濕紙頁；用紙頁烘干器烘干濕紙頁，壓榨烘干成型。本發(fā)明還公開了由該方法所制得的牛皮紙。
文檔編號D21H17/63GK102535243SQ201210009
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者馮欣, 張迎, 施利毅, 時雯, 王鋼領(lǐng), 苗苗 申請人:上海大學(xué), 東莞上海大學(xué)納米技術(shù)研究院