一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法
阅读说明：本技术 一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法 (Method for preparing high-strength regenerated fiber paper by solution casting method ) 是由 缪应菊 吴红 李琳 连明磊 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法,将植物纤维用粉碎机粉碎后与低温氢氧化钠/尿素溶液按一定比例混合搅拌,然后将混合粘稠溶液倒入模具采用溶液铸膜,所得固形物放入20-50℃、2％-30％的再生液中静置5-15min,进行氢键网络的重构、脱模静态固化,经过溶解纤维素再生串联工艺制备高强度再生纤维纸的抗张指数、撕裂指数、耐破指数和耐折度较纸浆浸泡去离子水湿法抄造工艺的纸页分别最大提高680％、1212％、260％和2450％,较纸浆采用低温氢氧化钠/尿素溶液处理→溶解纤维素再生→湿法抄造工艺制备的分别最大提高164％、517％、260％和1600％。其设计新颖、工艺合理、且应用效果好。(The method for preparing the high-strength regenerated fiber paper by the solution casting method comprises the steps of crushing plant fibers by a crusher, mixing and stirring the crushed plant fibers with a low-temperature sodium hydroxide/urea solution according to a certain proportion, and then pouring the mixed viscous solution into a mold, adopting solution casting, placing the obtained solid into a 2-30% regenerated solution at 20-50 ℃, standing for 5-15min, carrying out hydrogen bond network reconstruction and demolding static solidification, and respectively improving the tensile index, the tear index, the burst index and the folding resistance of the high-strength regenerated fiber paper prepared by a cellulose dissolving regeneration tandem process by 680%, 1212%, 260% and 2450% to the maximum extent compared with the paper prepared by a paper pulp soaking deionized water wet papermaking process, and respectively improving the tensile index, the tear index, the burst index and the folding resistance by 164%, 517%, 260% and 1600% to the maximum extent compared with the paper prepared by a paper pulp soaking deionized water wet papermaking process. The design is novel, the process is reasonable, and the application effect is good.)
技术领域
本发明涉及特种纸加工领域，具体涉及一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法。
背景技术
湿法造纸工艺在生产高强度纸时，为了达到纸页强度的要求，在抄造时通常采用调整纸浆处理工艺或在纸浆中添加一些助剂以提高其强度。专利CN 102191728 B公开了采用纤维分级筛对长、短纤维进行分级、磨浆、加入造纸助剂(增强剂、施胶剂、硫酸铝)以提高纸张强度；专利CN 105780564 B公开了先用酶处理纸浆纤维，再采用纤维分级筛对纤维进行长、中、短三级纤维的分级处理以提高纸页强度；专利CN 109653028 A公开了先采用过氧化钠、亚硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠和顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠混合物配置的软化液处理纸浆纤维，再依次采用酶处理、添加混合助剂(壳聚糖醋酸盐、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、阳离子聚丙烯酰胺、乙二醛聚丙烯酰胺树脂和羧甲基纤维素钠)改善纸张强度。以上方法都是采用传统湿法造纸技术进行高强度纸的制备，制得的再生纤维纸的抗张指数、撕裂指数、耐破指数和耐折度均不够高，推广起来具有一定的局限性，使用效果也稍显不足。
有鉴于此，本发明人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。
发明内容
为解决上述技术问题，我们提出了一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法，该工艺借鉴高分子料成型工艺溶液铸膜法制备高强度再生植物纤维纸。首先利用低温氢氧化钠/尿素溶液处理物纤维，然后采用溶液铸膜→静态固化→溶解纤维素再生串联工艺制备高强度再生纤维纸。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法，具体步骤如下：
第一步、将市售浆板纤维或回收废纸纤维破碎成1-3cm的碎纸屑；
第二步、将步骤一中所述碎纸屑加入到已预冷至-5～-20℃的氢氧化钠/尿素水溶液中，机械搅拌5-20min，其中碎纸屑质量与碱/尿溶液体积的比值范围为1:8-1:25；
第三步、将步骤二所得非均相混合粘稠溶液倒入模具，采用线棒或刮刀铺平、去泡，采用溶剂蒸发法移除法溶剂、固化；
第四步、将步骤三所得固形物放入20-50℃、2％-30％的再生液中静置5～15min，进行氢键网络的重构、脱模，其中固形物质量与再生液体积比的比值范围为1:15-1:50；
第五步、将步骤四所得湿纸页洗涤至中性，干燥即为溶液铸膜法制备的高强度再生纤维纸。
优选的，步骤二的氢氧化钠在水溶液中的质量浓度为2％-10％，尿素在水溶液中的质量浓度为2％-20％。
优选的，步骤二中机械搅拌的搅拌速度为1500rpm-25000rpm。
优选的，步骤三的模具可为亚克力、玻璃、聚四氟乙烯材料制备的圆形、方形及异形模具。
优选的，步骤三的溶剂移除可在常压、室温或加热板及干燥箱加热条件下移除溶剂，也可采用负压加热条件下移除溶剂。
优选的，步骤四的再生液为无机溶液，即硫酸、硫酸钠、硫酸铵、硫酸锌中的一种或任意比几种制得的水溶液，其中溶质在水中总质量浓度为2％-30％。
优选的，步骤四的再生液为有机溶液，即醋酸、丙酮、叔丁醇、乙醇、水中的一种或任意比几种，其中溶质在水中总体积浓度为60％-95％。
本发明借鉴高分子料成型工艺溶液铸膜法制备高强度再生植物纤维纸，首先利用低温氢氧化钠/尿素溶液处理植物纤维，让植物纤维表面聚合度小于700的部分裸露纤维素溶解在低温氢氧化钠/尿素溶液中，然后采用溶液铸膜法形成一定厚度湿膜层，通过溶剂蒸发法移除膜层中水分固化，再将固膜放入再生液中使溶解的纤维素进行氢键重构形成纤维素膜，从而形成类似于钢筋混凝土结构的纤维素膜嵌入纤维网络结构，以此构建高强度再生纤维纸。所得纸页的抗张指数、撕裂指数、耐破指数和耐折度较纸浆浸泡去离子水湿法抄造工艺的分别最大提高680％、1212％、260％和2450％，较采用低温氢氧化钠/尿素溶液处理→溶解纤维素再生→湿法抄造工艺制备的分别最大提高164％、517％、260％和1600％。从而达到了设计新颖、工艺合理、且应用效果好的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明公开了一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法，其具体步骤如下：
(1)将市售浆板纤维或回收废纸纤维破碎成1-3cm碎纸屑；
(2)将步骤(1)所述碎纸屑加入到已预冷至-5～-20℃的氢氧化钠/尿素水溶液中，机械搅拌5-20min，其中短纤维与碱/尿溶液的比(g:ml)为1:8-1:25；
NaOH在水溶液中的质量浓度为2％-10％，尿素在水溶液中的质量浓度为2％-20％，机械搅拌速度为1500rpm-25000rpm；
(3)将步骤(2)所得非均相混合粘稠溶液倒入模具，采用线棒或刮刀铺平、去泡，采用溶剂蒸发法移除溶剂；
模具为亚克力、玻璃、聚四氟乙烯等材料制备的圆形、方形等任意形状模具。
溶剂移除可在常压、室温或加热(加热板或者干燥箱)条件下移除，也可负压加热条件下移除。
(4)将步骤(3)所得固形物放入20-50℃、2％-30％的再生液中静置5-15min，进行氢键网络的重构、脱模，其中固形物质量与再生液体积比为1:15-1:50(g:ml)；
再生液可为无机溶液(硫酸、硫酸钠、硫酸铵、硫酸锌中的一种或任意比几种制得的水溶液，其中溶质在水中总质量浓度为2％-30％)或有机溶液(醋酸、丙酮、叔丁醇、乙醇、水中的一种或任意比几种，其中溶质在水中总质量浓度为60％-95％)。
(5)将步骤(4)所得湿纸页洗涤至中性，干燥即为溶液铸膜法制备的高强度再生纸；
对照例1：将本发明步骤(1)所述碎纸屑在去离子水中浸泡24h，采用传统湿法工艺抄造成纸，具体操作为：
(1)将市售未漂白桉木浆板纤维破碎成1-3cm碎纸屑；
(2)将上述步骤(1)所述碎纸屑以固液比1:100(g:ml)在去离子水中浸泡24h，1500rpm机械搅拌30min对纤维进行解离；
(3)将上述步骤(2)所得非均相混合纸浆溶液，在纸页标准成型器上抄造成纸，在95℃的负压电热板上干燥5min即得纸页，所得纸页物理性能参数见表1所示。
对照例2：按照本发明步骤(1)、(2)所述处理纤维，加入再生液处理，再采用传统湿法抄造成纸，具体操作为：
(1)将市售未漂白桉木浆板纤维破碎成1-3cm碎纸屑；
(2)将上述步骤(1)所述碎纸屑以固液比1:25加入到已预冷至-13℃的7％氢氧化钠/12％尿素水溶液中，1500rpm机械搅拌5min；
(3)室温下在上述步骤(2)所得混合纸浆粘稠液中加入固液比(g:ml)为1:20的5％硫酸/5％硫酸钠水溶液，1500rpm继续搅拌15min；
(4)将上述步骤(3)所得纸浆混合液进行固液分离，去离子水反复洗涤直至固体浆样为中性，在纸页标准成型器上抄造成纸，在95℃的负压电热板上干燥5min即为纸页，所得纸页物理性能参数见表1所示。
实施例1
本发明一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法如下：
(1)将市售未漂白桉木浆板纤维破碎成1-3cm碎纸屑；
(2)将上述步骤(1)所述碎纸屑以固液比1:25加入到已预冷至-13℃的7％氢氧化钠/12％尿素水溶液中，1500rpm机械搅拌5min；
(3)将上述步骤(2)所得非均相混合粘稠溶液倒入聚四氟乙烯模具，采用线棒铺平、去泡，放入60℃鼓风干燥箱移除溶剂、固化；
(4)将上述步骤(3)所得固形物以1:20固液比(g:ml)放入20℃、5％硫酸/5％硫酸钠水溶液中静置5min，进行氢键网络的重构、脱模；
(5)将上述步骤(4)所得湿纸页洗涤至中性，95℃的负压电热板上干燥5min即为溶液铸膜法制备的高强度再生纸，所得纸页物理性能参数见表1所示。
实施例2
本发明一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法如下：
(1)将市售未漂白桉木浆板纤维破碎成1-3cm碎纸屑；
(2)将上述步骤(1)所述碎纸屑以固液比1:25加入到已预冷至-13℃的7％氢氧化钠/12％尿素水溶液中，20000rpm机械搅拌10min；
(3)将上述步骤(2)所得非均相混合粘稠溶液倒入聚四氟乙烯模具，采用线棒铺平、去泡，室温放置24h移除溶剂、固化；
(4)将上述步骤(3)所得固形物以1:15～1:50固液比(g:ml)放入室温、5％硫酸/5％硫酸钠水溶液中静置5min，进行氢键网络的重构、脱模；
(5)将上述步骤(4)所得湿纸页洗涤至中性，95℃的负压电热板上干燥5min即为溶液铸膜法制备的高强度再生纸，所得纸页物理性能参数见表1所示。
实施例3
本发明一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法如下：
(1)将市售未漂白桉木浆板纤维和市售未漂白思茅松浆板纤维破碎成1-3cm碎纸屑，以质量比88:12混合均匀；
(2)将上述步骤(1)所述混合碎纸屑以固液比1:25加入到已预冷至-13℃的7％氢氧化钠/12％尿素水溶液中，2500rpm机械搅拌5min；
(3)将上述步骤(2)所得非均相混合粘稠溶液倒入聚四氟乙烯模具，采用线棒铺平、去泡，60℃鼓风干燥箱放置4h移除溶剂、固化；
(4)将上述步骤(3)所得固形物以1:20固液比(g:ml)放入室温、7％硫酸铵水溶液中静置5min，进行氢键网络的重构、脱模；
(5)将上述步骤(4)所得湿纸页洗涤至中性，95℃的负压电热板上干燥5min即为溶液铸膜法制备的高强度再生纸，所得纸页物理性能参数见表1所示。
实施例4
本发明一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法如下：
(1)将清洁回收打印纸纤维破碎成1-3cm碎纸屑；
(2)将上述步骤(1)所述碎纸屑以固液比(g:ml)1:25加入到已预冷至-13℃的7％氢氧化钠/12％尿素水溶液中，25000rpm机械搅拌5min；
(3)将上述步骤(2)所得非均相混合粘稠溶液倒入玻璃模具，采用刮刀铺平、去泡，室温放置24h移除溶剂、固化；
(4)将上述步骤(3)所得固形物以1:30固液比(g:ml)放入室温、5％硫酸/5％硫酸钠水溶液中静置5min，进行氢键网络的重构、脱模；
(5)将上述步骤(4)所得湿纸页洗涤至中性，95℃的负压电热板上干燥5min即为溶液铸膜法制备的高强度再生纸，所得纸页物理性能参数见表1所示。
实施例5
本发明一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法如下：
(1)将回收清洁瓦楞纸纤维破碎成1-3cm碎纸屑；
(2)将步骤(1)所述碎纸屑以固液比(g:ml)1:20加入到已预冷至-5℃的20％氢氧化钠/5％尿素水溶液中，5000rpm机械搅拌10min；
(3)将步骤(2)所得非均相混合粘稠溶液倒入亚克力平板模具，采用刮刀铺平、去泡，60℃鼓风干燥箱放置4h移除溶剂、固化；
(4)将步骤(3)所得固形物以1:40固液比(g:ml)放入室温、75％的乙醇溶液中静置15min，进行氢键网络的重构、脱模；
(5)将上述步骤(4)所得湿纸页洗涤至中性，95℃的负压电热板上干燥5min即为溶液铸膜法制备的高强度再生纸，所得纸页物理性能参数见表1所示。
实施例6
本发明一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法如下：
(1)将市售未漂白思茅松浆板纤维破碎成1-3cm碎纸屑；
(2)将步骤(1)所述碎纸屑以固液比(g:ml)1:25加入到已预冷至-13℃的氢氧化钠/尿素水溶液中，2500rpm机械搅拌5min；
(3)将步骤(2)所得非均相混合粘稠溶液倒入聚四氟乙烯模具，用线刮刀铺平、去泡，室温放置24h移除溶剂、固化；
(4)将上述步骤(3)所得固形物以1:40固液比(g:ml)放入室温、5％硫酸/5％硫酸钠水溶液中静置5min，进行氢键网络的重构、脱模；
(5)将上述步骤(4)所得湿纸页洗涤至中性，95℃的负压电热板上干燥5min即为溶液铸膜法制备的高强度再生纸，所得纸页物理性能参数见表1所示。
表1对照例及实施例纸页物理性能参数
在上述的实施例中，本发明借鉴高分子料成型工艺溶液铸膜法制备高强度再生植物纤维纸，首先利用低温氢氧化钠/尿素溶液处理植物纤维，让植物纤维表面聚合度小于700的部分裸露纤维素溶解在低温氢氧化钠/尿素溶液中，然后采用溶液铸膜法形成一定厚度湿膜层，通过溶剂蒸发法移除膜层中水分固化，再将固膜放入再生液中使溶解的纤维素进行氢键重构形成纤维素膜，从而形成类似于钢筋混凝土结构的纤维素膜嵌入纤维网络结构，以此构建高强度再生纤维纸。所得纸页的抗张指数、撕裂指数、耐破指数和耐折度较纸浆浸泡去离子水湿法抄造工艺的分别最大提高680％、1212％、260％和2450％，较采用低温氢氧化钠/尿素溶液处理→溶解纤维素再生→湿法抄造工艺制备的分别最大提高164％、517％、260％和1600％。从而达到了设计新颖、工艺合理、且应用效果好的目的。
以上所述的仅是本发明的一种溶液铸膜法制备高强度再生纤维纸的方法优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
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