CN109403136B - 一种提升纸张机械性能的复合涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升纸张机械性能的复合涂料及其制备方法。每100份水中按质量份包括：聚乙烯醇5‑15份，纳米微纤丝0.05‑1.5份，木质素磺酸钠0.05‑2.25份。在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；将混合液超声波清洗器分散10‑20分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；在纳米微纤丝溶液中加入聚乙烯醇，随后在90‑95℃下将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；将复合试剂在超声波清洗器下分散10‑20分钟，静置脱泡后制得复合涂料。本发明可以使复合涂料在纸张上的分散性改善，而且可以大大的提高纸张的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种提升纸张机械性能的复合涂料及其制备方法，属于纸张制造领域。
背景技术
随着社会经济和科学技术的快速发展，对纸的应用要求日益严格，涂布纸是在原纸的至少一个表面上涂布以颜料为主要成分的涂料后进行干燥而形成的，涂布纸可经多色印刷或单色印刷后作为招贴、宣传册、广告画等商用印刷物，或作为书籍、杂志等出版物，从而在日常工作和生活中得到广泛的应用，因此涂布纸的需求量越来越大。随着涂布纸质量品质的不断提高，对造纸涂料的应用提出了更高的要求。而这当中，纸张的机械性能是衡量纸张耐久性的重要指标，纸张的机械性能影响着涂布纸性能。现有的涂布纸中涂覆的涂料存在分散性差的问题，而且不能为涂布纸提供良好的机械性能，造成纸张的机械强度低。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提升纸张机械性能的复合涂料及其制备方法。本发明可以改善复合涂料在纸张上的分散性，而且可以大大的提高纸张的机械性能。
本发明的技术方案：一种提升纸张机械性能的复合涂料，每100份水中按质量份包括：聚乙烯醇5-15份，纳米微纤丝0.05-1.5份，木质素磺酸钠0.05-2.25份。
上述的提升纸张机械性能的复合涂料，每100份水中按质量份包括：聚乙烯醇8-12份，纳米微纤丝0.08-1.2份，木质素磺酸钠0.1-1.8份。
前述的提升纸张机械性能的复合涂料，每100份水中按质量份包括：聚乙烯醇10份，纳米微纤丝0.8份，木质素磺酸钠1.5份。
前述的提升纸张机械性能的复合涂料的制备方法，按以下步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在20kHz-30kHz下分散10-20分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入聚乙烯醇，随后在85-95℃下将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在20kHz-30kHz下分散10-20分钟，静置脱泡后制得成品。
前述的提升纸张机械性能的复合涂料的制备方法，按以下步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在25kHz下分散15分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入聚乙烯醇，随后在90℃下将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散15分钟，静置脱泡后制得成品。
前述的提升纸张机械性能的复合涂料的制备方法，步骤c中，所述聚乙烯醇为在55-65℃吸水润胀后的聚乙烯醇固体颗粒。
前述的提升纸张机械性能的复合涂料的制备方法，步骤c中，溶解聚乙烯醇在恒温水浴锅中进行。
与现有技术比较，本发明采用优选的组分和配比配制得到复合涂料，本发明一方面通过加入木质素磺酸钠，使木质素磺酸钠上的羟基与纳米微纤丝胶体产生了氢键，使得在纳米微纤丝胶体中产生了水分，以利于制备复合涂料，同时达到提高复合涂料分散性的效果，使复合涂料涂覆后其分散性大大改善。另一方面，本发明将聚乙烯醇和纳米微纤丝作为复合涂料的主要成分，纳米微纤丝分子与纸张纤维之间进行结合，并添加木质素磺酸钠与纳米微纤丝上的羟基结合，使纳米微纤丝分子之间联结起来，纳米微纤丝分子间更加紧密，作用力更强，从而增强纸张纤维之间的结合力，使得纸张拉伸强度、纸张耐折度、纸张撕裂度等机械性能大大增强。此外，将聚乙烯醇优选为55-65℃吸水润胀后的聚乙烯醇固体颗粒，可以加快溶解。由于常规纸塑包装材料常在其表面覆盖塑料薄膜，增强耐撕度等，但很难在自然界中降解，容易造成环境污染，与食品直接接触时，其内部存留的污染物会通过吸收、溶解、扩散等过程向食品发生迁移，对人类健康和环境造成一定程度的危害。因此，本发明采用环保性和可降解性好的聚乙烯醇和纳米微纤丝作为复合涂料原材料，就可达到常规纸塑包装材料采用覆盖塑料薄膜的才具有的力学性能，并具有绿色环保的优点，保护环境。
附图说明：
图1：本发明在不同木质素磺酸钠添加量下复合涂料的分散性对比图；
图2：本发明在不同木质素磺酸钠添加量下对纸张拉伸强度的折线图；
图3：本发明在不同纳米微纤丝添加量下纸张拉伸强度对比图；
图4：本发明在不同木质素磺酸钠添加量下对纸张耐折度的折线图；
图5：本发明在不同纳米微纤丝添加量下纸张耐折度对比图；
图6：本发明在不同木质素磺酸钠添加量下对纸张撕裂度的折线图；
图7：本发明在不同纳米微纤丝添加量下纸张撕裂度对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：
聚乙烯醇10g，纳米微纤丝0.8g，木质素磺酸钠0.1g，水100g。
上述的复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在25kHz下分散10分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以85℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散10-14分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
实施例2：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：聚乙烯醇10g，纳米微纤丝0.8g，木质素磺酸钠0.3g，水100g。
上述的复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在25kHz下分散13分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以87℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散13分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
实施例3：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：聚乙烯醇10g，纳米微纤丝0.8g，木质素磺酸钠0.5g，水100g。
上述的复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在25kHz下分散16分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以89℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散16分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
实施例4：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：
聚乙烯醇10g，纳米微纤丝0.8g，木质素磺酸钠1g，水100g。
上述的复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在25kHz下分散18分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以92℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散18分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
实施例5：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：
聚乙烯醇10g，纳米微纤丝0.8g，木质素磺酸钠1.5g，水100g。
上述的复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在25kHz下分散15分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以90℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散15分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
实施例6：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：
聚乙烯醇10g，纳米微纤丝0.8g，木质素磺酸钠2g，水100g。
上述复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在25kHz下分散20分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以95℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散20分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
实施例7：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：
聚乙烯醇5g，纳米微纤丝0.5g，木质素磺酸钠1g，水100g。
上述复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在20kHz下分散15分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以85℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散18分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
实施例8：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：
聚乙烯醇14g，纳米微纤丝1.3g，木质素磺酸钠1.85g，水100g。
上述复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在30kHz下分散10分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以90℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散13分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
实施例9：一种提升纸张机械性能的复合涂料，按重量份包括：
聚乙烯醇12g，纳米微纤丝0.5g，木质素磺酸钠1.4g，水100g。
上述复合涂料的制备方法，按下述步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器在25kHz下分散20分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入60℃下吸水润胀后的聚乙烯醇，随后在恒温水浴锅中以95℃将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器在25kHz下分散19分钟，静置脱泡后制得复合涂料。
对照例1：按实施例1的步骤进行复合涂料的配置及制备，但在原料中不添加木质素磺酸钠，制得不含木质素磺酸钠的复合涂料。
取实施例1-6和对照例的复合涂料进行涂布实验，涂布实验采用瑞士杰恩尔zehntner公司2AA 2300手工涂布机进行，本实验所采用的纸张来源于浙江蓝宇新材料有限公司，纸张的定量为60g/m2，所采用的聚乙烯醇为工业级1799，纳米微纤丝固含量为1.1％。涂布实验以手工棒式涂布的方式对纸张进行复合涂料涂布表面处理，在涂布过程中，只进行单向涂布，经涂布后的纸张先在50℃的烘箱内干燥20min，再放置恒温恒湿试验箱(相对湿度：50％；温度：25℃)24h后进行复合涂料的分散性观察，结果如附图1所示。由图1可知，当聚乙烯醇浓度(本文中所述浓度均为质量百分比浓度)为10％，即100份水中按重量份包括10份聚乙烯醇，纳米微纤丝的浓度为0.8％时，即100份中水按重量份包括0.8份纳米微纤丝，随着木质素磺酸钠添加量的增加，涂布后纸张上的小颗粒逐渐减少，实施例1中木质素磺酸钠的浓度为0.1％，即100份中按重量份包括0.1份木质素磺酸钠，实施例2中木质素磺酸钠的浓度为0.3％，实施例3中木质素磺酸钠的浓度为0.5％，实施例5中木质素磺酸钠的浓度为1.5％，对照例中无木质素磺酸钠，由实施例和对照例可以看出，随着木质素磺酸钠添加量的增加，在聚乙烯醇与纳米微纤丝在溶液中的分散性越来越好。其主要原因是聚乙烯醇与纳米微纤丝的溶解都需在水性条件下，而且纳米微纤丝只有在水中才能溶解。当复合涂料中两者的浓度比例过高时，会导致添加的水分不足于纳米微纤丝的溶解，此时就会出现颗粒状的纳米微纤丝。当加入木质素磺酸钠木质素磺酸钠时，木质素磺酸钠上的羟基与纳米微纤丝胶体产生了氢键，使得在纳米微纤丝中产生了水分，以利于制备复合涂料，同时达到提高复合涂料分散性的效果。
除对复合涂料涂布后纸张的分散性实验后，采用实施例1-6制得的复合涂料对纸张进行涂布，在涂布过程中，只进行单向涂布，经涂布后的纸张先在50℃的烘箱内干燥20min，再放置恒温恒湿试验箱(相对湿度：50％；温度：25℃)24h后，对纸张进行纸张拉伸强度、纸张耐折度和纸张撕裂度的机械性能检测。
1、对实施例1-6和对照例制得的复合涂料涂布后的纸张进行纸张拉伸强度检测，纸张拉伸强度采用KSM-bx5450ST双向拉伸仪进行分析。检测条件为：涂布纸宽度为40mm，长度为100mm，厚度为0.14mm，滑块重量为10N。最终检测结果如附图2所示。由附图2可知，木质素磺酸钠的浓度超过0.3％以上时，木质素磺酸钠的浓度的增加对拉伸强度的增加有着明显的作用。当木质素磺酸钠的浓度为0.1％时，其拉伸强度是最低的，为45.97Mpa。随着木质素磺酸钠浓度的增加，其拉伸强度也随之增加，木质素磺酸钠浓度0.5％时相对应的拉伸应力比其浓度0.1％的增加了45-50％以上，纸张的拉伸强度显著增强，在当木质素磺酸钠浓度达到1％-1.5％阶段时，纸张的拉伸强度增强幅度逐渐趋于平缓。在当木质素磺酸钠浓度达到1.5％-2％阶段时，纸张的拉伸强度有所降低。这是因为由于木质素磺酸钠溶于水并产生电离，且电离的程度大，形成一个大的阴离子和等量异种电荷的小阳离子。该正负离子牢牢地吸附在纳米微纤丝的表面，使纳米微纤丝带有相同的电荷。带相反电荷的离子自由扩散到周围液体介质中，形成一个带电离子的扩散层(即双电层)。由于带相同电荷的离子互相排斥，形成静电斥力，防止纳米微纤丝在水性介质中絮凝，从而达到均匀分散的目的，使得纸张涂覆复合涂料后，纳米微纤丝分子与纸张纤维之间进行结合，随着木质素磺酸钠的添加量的增加，添加的木质素磺酸钠与纳米微纤丝上的羟基结合，从而使得纳米微纤丝分子之间联结起来，增强纤维结合力，提高纸张的拉伸强度。但当加入的木质素磺酸钠过多时，会破坏已经形成的双电层，引起电荷不平衡分布，造成纳米微纤丝分散不均匀，从而降低纸张的机械性能。
调整实施例1-6中纳米微纤丝的份数，将实施例1-6中纳米微纤丝的份数由0.8份分别调整为1份以及0.2份，即纳米微纤丝的浓度从0.8％调整为1％以及0.2％，其余步骤相同，制得的复合涂料对纸张进行涂布处理，随后对其进行纸张拉伸强度检测，纸张拉伸强度采用KSM-bx5450ST双向拉伸仪进行分析。检测条件为：涂布纸宽度为40mm，长度为100mm，厚度为0.14mm，滑块重量为10N。最终检测结果与8％浓度的纳米微纤丝对比纸张拉伸强度，结果如附图3所示。由附图3可以看出，纳米微纤丝的浓度在0.8％和1％时，其纸张的拉伸强度远远大于0.2％浓度的纳米微纤丝，说明纳米微纤丝的含量增加对纸张的拉伸强度有显著性的提高。但纳米微纤丝的浓度在8％时，比纳米微纤丝的浓度在10％时纸张的拉伸强度更好，这是由于在聚乙烯醇与木质素磺酸钠的浓度相同的情况下，不同浓度的纳米微纤丝添加量直接影响了涂料的分散性。浓度0.8％以上的纳米微纤丝会出现自身团聚现象，导致其起不到增强纤维结合力的作用，从而使得涂布纸的拉伸强度在纳米微纤丝在浓度0.8％时拉伸强度最好，在纳米微纤丝在浓度0.8％以上后反而出现下降的趋势。
2、对实施例1-6和对照例制得的复合涂料涂布后的纸张进行纸张耐折度检测。纸张的耐折度采用DCP-MIT135电脑测控耐折度仪进行分析。检测条件为：测试压力为9.8N。检测结果如附图4所示。由图4可知，耐折度是随着木质素磺酸钠的添加量的增加而先减小后增大的。在含有0.1％的木质素磺酸钠时，其耐折度是3.18，而到了0.3％时，耐折度减小到最小3.12，随后随着木质素磺酸钠的添加，在当木质素磺酸钠浓度达到1％-1.5％阶段时，纸张的耐折度增强幅度逐渐趋于平缓。在当木质素磺酸钠浓度达到1.5％-2％阶段时，纸张的耐折度有所降低。由此可知，只要木质素磺酸钠在合理地添加范围之内，该纸张的耐折度应呈现上升趋势的。这是因为木质素磺酸钠中含有磺酸基，使得纳米微纤丝表面的磺酸基量过高，导致了与纤维之间的结合相对减少，从而使其对纸张性能产生了不利的影响，所以才造成了涂布纸的耐折度会随木质素磺酸钠的添加出现了下降的情况。但随着木质素磺酸钠的添加，木质素磺酸钠对纳米微纤丝的影响越来越小，与此同时，随着木质素磺酸钠的添加量的增加，添加的木质素磺酸钠与纳米微纤丝上的羟基结合，使纳米微纤丝分子联结起来，从而使纳米微纤丝分子间更加紧密，作用力更强，从而增强纸张纤维之间的结合力，涂布纸的耐折度也会随之提高，但当加入的木质素磺酸钠过多时，会破坏已经形成的双电层，引起电荷不平衡分布，造成纳米微纤丝分散不均匀，从而降低纸张的机械性能。
调整实施例1-6中纳米微纤丝的份数，将实施例1-6中纳米微纤丝的份数由0.8份调整为1份或0.2份，即纳米微纤丝的浓度从0.8％调整为1％或0.2％，其余步骤相同，制得的复合涂料对纸张进行涂布处理，随后对其进行纸张耐折度检测。纸张的耐折度采用DCP-MIT135电脑测控耐折度仪进行分析。检测条件为：测试压力为9.8N。最终检测结果与0.8％浓度的纳米微纤丝对比纸张耐折度，结果如附图5所示。由附图5可以看出，浓度为0.8％与1％纳米微纤丝的制得复合涂料涂覆纸张后，纸张的耐折度在总的趋势上是一致的，随着木质素磺酸钠的增加，耐折度呈现凹抛物线型，并且其耐折度远大于0.2％浓度纳米微纤丝的纸张，说明纳米微纤丝的含量增加对纸张的拉伸强度有显著性的提高。在当木质素磺酸钠浓度达到10％-15％阶段时，纸张的耐折度提升逐渐趋于平缓。但是0.8％纳米微纤丝的添加量出来的测试结果略优于1％的。这是由于纸张的耐折能力主要受纤维自身的强度、柔韧性、纤维长度以及纤维的结合力的影响。当聚乙烯醇与木质素磺酸钠的浓度一定的情况下，随着纳米微纤丝的添加量逐渐增加，使得纸张纤维的结合力又得到了进一步的提升，但在纳米微纤丝在浓度0.8％以上后反而出现下降的趋势。
3、对实施例1-6和对照例制得的复合涂料涂布后的纸张进行纸张撕裂度检测。纸张的撕裂度采用J-SLY1000纸张撕裂度仪进行分析。检测结果如附图6所示。由附图6可知，纸张的撕裂度与耐折度的趋势是一致的。适当范围内的木质素磺酸钠的添加量会使力学性能都得到很大的提高。随着木质素磺酸钠的增加量增大，纸张的力学性能会出现先下降后上升的趋势。当木质素磺酸钠的添加量为0.3％时，无论是涂布纸的撕裂度还是耐折度，都是测试范围内的最小值，而超过0.3％之后，木质素磺酸钠的添加量对撕裂度的增强有显著的作用。随后随着木质素磺酸钠的添加，在当木质素磺酸钠浓度达到1％-1.5％阶段时，纸张的撕裂度增强幅度逐渐趋于平缓。在当木质素磺酸钠达到1.5％-2％阶段时，纸张的撕裂度有所降低。这是因为加入木质素磺酸钠后，纳米微纤丝分子表面的羟基与木质素磺酸钠分子会生成横氢键，减弱了纤维间的结合力，使得涂布纸的撕裂度先呈现下降的趋势。当木质素磺酸钠加入到一定量之后，对涂布纸的撕裂度会呈现上升趋势，因为木质素磺酸钠对纳米微纤丝的影响越来越小，与此同时，随着木质素磺酸钠的添加量的增加，添加的木质素磺酸钠与纳米微纤丝上的羟基结合，使纳米微纤丝分子联结起来，从而使纳米微纤丝分子间更加紧密，作用力更强，木质素磺酸钠对纤维间结合力的影响会呈现出一种积极的状态，增强纸张纤维之间的结合力，涂布纸的耐撕度也会随之提高。但当加入的木质素磺酸钠过多时，会破坏已经形成的双电层，引起电荷不平衡分布，造成纳米微纤丝分散不均匀，从而降低纸张的机械性能。
调整实施例1-6中纳米微纤丝的份数，将实施例1-6中纳米微纤丝的份数由0.8份变为1份或0.2份，即纳米微纤丝的浓度从0.8％变为1％或0.2％，其余步骤相同，制得的复合涂料对纸张进行涂布处理，随后对其进行纸张撕裂度检测，纸张的撕裂度采用J-SLY1000纸张撕裂度仪进行分析。最终检测结果与0.8％浓度的纳米微纤丝对比纸张撕裂度，结果如附图7所示。由附图7可以看出，0.8％的与1％浓度纳米微纤丝制得复合涂料涂覆纸张后，纸张的撕裂度在总的趋势上是一致的，随着木质素磺酸钠的增加，撕裂度呈现凹抛物线，并且其撕裂度远大于0.2％浓度纳米微纤丝的纸张，说明了纳米微纤丝的添加量对纸张的撕裂度还是有着显著性的提高。在当木质素磺酸钠浓度达到1％-1.5％阶段时，纸张的撕裂度提升逐渐趋于平缓。但是8％纳米微纤丝的浓度出来的测试结果略优于1％的。纸张的撕裂能力主要受纤维自身的强度、柔韧性、纤维长度以及纤维的结合力的影响。当聚乙烯醇与木质素磺酸钠的浓度一定的情况下，随着纳米微纤丝的添加量逐渐增加，使得纸张纤维的结合力又得到了进一步的提升，但由于纳米微纤丝的浓度在0.8％以上时其会出现自身团聚现象，导致其起不到增强纤维结合力的作用，因此在纳米微纤丝在浓度0.8％以上后纸张耐折能力和纸张撕裂度反而出现下降的趋势。
综上所述，本发明一方面通过加入木质素磺酸钠，使木质素磺酸钠上的羟基与纳米微纤丝胶体产生了氢键，使得在纳米微纤丝胶体中产生了水分，以利于制备复合涂料，同时达到提高复合涂料分散性的效果，使复合涂料涂覆后其分散性大大改善。另一方面，本发明通过聚乙烯醇和纳米微纤丝作为复合涂料，纳米微纤丝分子与纸张纤维之间进行结合，并在合理地范围之内添加木质素磺酸钠(5-20％)，木质素磺酸钠与纳米微纤丝上的羟基结合，使纳米微纤丝分子之间联结起来，纳米微纤丝分子间更加紧密，作用力更强，从而增强纸张纤维之间的结合力，使得纸张拉伸强度、纸张耐折度、纸张撕裂度等机械性能大大增强。并通过实验表明复合涂料比例最优选为100份中按重量份包括10份的聚乙烯醇、0.8份的纳米微纤丝和1.5份的木质素磺酸钠，该组分和配比下的复合涂料具有最优的纸张机械性能。
Claims (5)
1.一种提升纸张机械性能的复合涂料，其特征在于：每100份水中按质量份包括：聚乙烯醇8-12份，纳米微纤丝0.08-1.2份，木质素磺酸钠0.1-1.8份；
该提升纸张机械性能的复合涂料的制备方法，按以下步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器下分散10-20分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入聚乙烯醇，随后在85-95℃下将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器下分散10-20分钟，静置脱泡后制得成品。
2.根据权利要求1所述的提升纸张机械性能的复合涂料，其特征在于：每100份水中按质量份包括：聚乙烯醇10份，纳米微纤丝0.8份，木质素磺酸钠1.5份。
3.根据权利要求1所述的提升纸张机械性能的复合涂料的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：
a.在容器中按比例加入纳米微纤丝、木质素磺酸钠和水，充分搅拌均匀制得混合液；
b.将混合液放入超声波清洗器下分散15分钟，得到分散后的纳米微纤丝溶液；
c.在纳米微纤丝溶液中加入聚乙烯醇，随后在90℃下将聚乙烯醇充分溶解,制得复合试剂；
d.将复合试剂放入超声波清洗器下分散15分钟，静置脱泡后制得成品。
4.根据权利要求3所述的提升纸张机械性能的复合涂料的制备方法，其特征在于：步骤c中，所述聚乙烯醇为在55-65℃吸水润胀后的聚乙烯醇固体颗粒。
5.根据权利要求3所述的提升纸张机械性能的复合涂料的制备方法，其特征在于：步骤c中，溶解聚乙烯醇在恒温水浴锅中进行。
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| WO2017199252A1 (en) * | 2016-05-16 | 2017-11-23 | Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd | Modified nanocrystaline cellulose materials and formulations and products made therefrom |
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