纳米材料改性的高强度纸及其制备方法技术

本发明专利技术属于造纸领域，特别涉及纳米材料改性的高强度纸及其制备方法。该方法包括对植物纤维进行疏解、打浆制成植物纤维浆料，及对植物纤维浆料进行抄纸工序；其特征是：（１）．将有机蒙脱土加入到植物纤维浆料内，使其与植物纤维结合，加热并同时搅拌，使有机蒙脱土转变为纳米蒙脱土，并得到纳米材料改性的植物纤维浆料，其中，有机蒙脱土与植物纤维的重量比为０．００１－０．０５；（２）．将制成的纳米材料改性的植物纤维浆料进行抄纸，制成纳米材料改性的高强度纸。强度指标分别为：撕裂指数５－２５ｍＮｍ＃＋［２］／ｇ；耐破指数１．５－８Ｋｐａｍ＃＋［２］／ｇ；抗张指数１５－７０Ｎ．ｍ／ｇ；裂断长１．５－１０Ｋｍ。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于造纸领域，特别涉及。
技术介绍
纸张作为包装行业的主要原料以其轻便、环保、可以再利用等优点越来越受到包装行业的重视。随着包装行业的高速发展，对包装材料的要求也越来越高。传统纸张性能上的缺陷也越来越明显了，特别是纸张在强度方面的缺陷，越来越成为限制纸张在包装行业中应用的一个主要矛盾。在我国《制浆造纸工艺学》书中指出，纸张的强度是通过将植物纤维经过疏解和打浆等物理方法处理，使植物纤维的两端发生不同程度的帚化和表面起毛，同时使纤维表面微纤维化，提高纤维的外比表面积，在纸张成型时促进纤维间氢键的形成，提高纸张的强度。由于传统的制浆造纸工艺已经非常成熟，所以，通过改进制浆造纸工艺来提高纸张的强度还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是在传统制浆造纸工艺的基础上，将纳米技术引入制浆造纸工艺中，提供一种纳米材料改性的高强度纸，以提高纸张的强度。本专利技术的另一目的是提供一种纳米材料改性的高强度纸的制备方法。本专利技术是以普通植物纤维为原料，通过传统的对植物纤维进行疏解和打浆处理制成植物纤维浆料，然后将有机蒙脱土引入到植物纤维浆料内，使其与纤维结合，制成纳米材料改性的高强度纸，并以此来提高纸张的强度。本专利技术的纳米材料改性的高强度纸是由纳米蒙脱土与植物纤维组成，其中，纳米蒙脱土与植物纤维的重量比为0.001-0.05；高强度纸的撕裂指数为5-25mNm2/g；耐破指数1.5-8Kpam2/g；抗张指数15-70N.m/g；裂断长1.5-10Km。本专利技术的纳米材料改性的高强度纸的制备方法包括对植物纤维进行疏解、打浆制成植物纤维浆料，及对植物纤维浆料进行抄纸工序；其特征是该方法为(1).将有机蒙脱土加入到植物纤维浆料内，使其与植物纤维结合，加热并同时搅拌，使有机蒙脱土转变为纳米蒙脱土，并得到纳米材料改性的植物纤维浆料，其中，有机蒙脱土与植物纤维的重量比为0.001-0.05；(2).将制成的纳米材料改性的植物纤维浆料进行抄纸，制成纳米材料改性的高强度纸。所述有机蒙脱土的制备以钠基蒙脱土为基本原料，其中钠基蒙脱土的电荷交换量为80-100mmol/100g，在温度为60-90℃及搅拌下，将有机插层剂的盐酸溶液加入到含有3wt％-10wt％的钠基蒙脱土的水溶液内，其中，插层剂∶钠基蒙脱土的电荷交换量的摩尔数比为1∶1-2∶1；搅拌，保温1-3小时，使有机插层剂与Na+进行离子交换；溶液进行过滤、洗涤至无氯离子，进行真空烘干，研磨至200目以上，得到有机蒙脱土。所述纳米材料改性的植物纤维浆料的制备向含有1-5wt％的植物纤维浆料中加入助剂，搅拌均匀，加入有机蒙脱土，其中助剂总量与植物纤维的重量比为1∶100-1∶500，有机蒙脱土与植物纤维的重量比为0.001-0.05；在40-80℃的温度下搅拌3-6小时，使有机蒙脱土转变为纳米蒙脱土，并得到纳米材料改性的植物纤维浆料；其中有机蒙脱土在加入前要进行预分散，分散方法为向有机蒙脱土中加入蒸馏水配制成浓度为1-10wt％的悬浮液，加入分散剂聚丙烯酸钠或六偏磷酸钠，搅拌分散1-3小时，其中分散剂与有机蒙脱土的重量比为1∶1000-1∶200。所述的纳米材料改性的高强度纸的组成为纳米蒙脱土与植物纤维，其重量比为0.001-0.05。强度指标分别为撕裂指数5-25mNm2/g；耐破指数1.5-8Kpam2/g；抗张指数15-70N.m/g；裂断长1.5-10Km。所述的助剂是阳离子淀粉、聚丙烯酰胺、聚酰胺聚表露醇树脂、C16-18的烷基烯酮二聚体阳离子乳液、松香乳液或硫酸铝等。上述助剂可以分别加入到植物纤维浆料中，在植物纤维浆料中任意混合，其混合助剂的总量与植物纤维的重量比为1∶100-1∶500。所述的有机插层剂的盐酸溶液为十六烷基三甲基溴化铵盐酸溶液、十八烷基三甲基氯化铵盐酸溶液、十六烷基三甲基氯化铵盐酸溶液、十八胺盐酸溶液、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵盐酸溶液、三聚氰胺盐酸溶液、十六胺盐酸溶液、二硬脂胺盐酸溶液、N，N-二甲基十二胺盐酸溶液、N，N-二甲基十八胺盐酸溶液或双十八烷基二甲基氯化铵盐酸溶液；其中有机插层剂的盐酸溶液中的插层剂与盐酸的摩尔比为1∶1-1∶2。所述的植物纤维如麦草浆、稻草浆、豆秸秆浆、高粱秆浆、玉米秆浆、阔叶木木浆或针叶木木浆等。对本专利技术得到的纳米材料改性的高强度纸、钠基蒙脱土及有机蒙脱土进行X光衍射测试，测试结果分别见附图1、2和3。将本专利技术得到的纳米材料改性的高强度纸与没有经过纳米材料改性的纸张一起进行恒温恒湿处理后，进行物理指标的测试。由X光衍射的测试结果可以看出有机蒙脱土吸收峰的2θ角较钠基蒙脱土的明显减少，片层距明显增大，说明有机插层剂已经成功的插入到了钠基蒙脱土的片层内；纳米材料改性的高强度纸的X光衍射已无明显吸收峰，说明纳米材料改性的高强度纸中的蒙脱土已完全剥离，成为纳米级的蒙脱土。将本专利技术得到的纳米材料改性的植物纤维浆料与没有经过纳米材料改性的植物纤维浆料进行抄纸实验，由抄纸实验的对比测试结果可以看出用纳米材料改性的植物纤维浆料进行抄纸实验的测试数据与没有经过纳米材料改性的植物纤维浆料的测试数据无明显区别，说明纳米材料改性的浆料可以按照传统的造纸工艺进行使用。由纳米材料改性的纸张与没有经过纳米材料改性的纸张的物理指标的对比测试结果可以看出纳米材料改性纸张的各项指标较没有经过纳米材料改性的纸样均有不同程度的增加，综合强度增幅可达15％-50％，说明利用纳米技术对传统的制浆造纸工艺进行改性可以提高纸张的强度。附图说明图1.钠基蒙脱土X衍射图；图2.有机蒙脱土X衍射图；图3.实施例1中6#样品X衍射图。具体实施例方式有机蒙脱土的制配向10g钠基蒙脱土中加入190ml蒸馏水，搅拌制成浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液，加热、搅拌升温至70±5℃。向4.5g十六烷基三甲基溴化铵中加入4ml浓度为18wt％的盐酸溶液，制成十六烷基三甲基溴化铵盐酸溶液。将十六烷基三甲基溴化铵盐酸溶液缓慢加入到上述浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液中。搅拌、加热至70±5℃。保温处理2小时制成有机蒙脱土悬浮液。将有机蒙脱土悬浮液经过过滤、洗涤至无氯离子为准，然后经过真空干燥，研磨成200目以上的有机蒙脱土粉末备用。将上述制得的有机蒙脱土粉末进行预分散处理，处理方法为向5g有机蒙脱土粉末中加入100ml蒸馏水和0.015g聚丙烯酸钠，搅拌分散2小时，制成浓度为5wt％有机蒙脱土的悬浮液，备用。纳米材料改性的阔叶木植物纤维浆料的制备向30g绝干阔叶木木浆中加入1000ml蒸馏水，浸泡10小时后，经过疏解、打浆处理，制成浓度为3wt％的阔叶木植物纤维浆料。分别向阔叶木植物纤维浆料中加入0.05g阳离子淀粉、0.03g聚酰胺聚表露醇和0.02g聚丙烯酰胺，搅拌均匀，分别加入上述制备出的浓度为5wt％的有机蒙脱土悬浮液0g，1.4g，3g，4g，6g，10g，20g，24g，30g。搅拌、加热，升温至60±5℃，保温处理4小时，制成纳米材料改性的阔叶木植物纤维浆料。将制成的纳米材料改性的阔叶木植物纤维浆料送至烟台福斯达纸业集团公司中心实验室，按照北美TAPPI造纸标准进行抄纸实验。将上述制备出的所有纳米材料改性的阔叶木植物纤维浆料，都分别用蒸馏水稀释成浓度为1.0wt％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米材料改性的高强度纸的制备方法，包括对植物纤维进行疏解、打浆制成植物纤维浆料，及对植物纤维浆料进行抄纸工序；其特征是：（１）．将有机蒙脱土加入到植物纤维浆料内，使其与植物纤维结合，加热并同时搅拌，使有机蒙脱土转变为纳米蒙脱土，并得 到纳米材料改性的植物纤维浆料，其中，有机蒙脱土与植物纤维的重量比为０．００１－０．０５；（２）．将制成的纳米材料改性的植物纤维浆料进行抄纸，制成纳米材料改性的高强度纸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史艳林，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，烟台华实科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]