本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种耐水厚钢纸及其制备方法。
背景技术：
钢纸由纤维素及其衍生物制成，是采用对纤维素具有剧烈润胀和胶化特性的金属盐―氯化锌溶液为处理剂，对钢纸原纸进行处理、层叠制得的变性加工纸。钢纸具有优良的弹性、耐磨性、耐腐蚀性、耐水性、机械强度、绝缘性能和机械加工成型性能。加工制品耐久、质轻且美观。原纸具有较高的强度、较低的灰分和良好的吸水性能。目前，市场上耐水厚钢纸并不多见，但实际生产中对耐水厚钢纸的需求量越来越大。
中国专利授权公告号为cn103321101b的专利，公开了一种钢纸的配方及其制作方法。该专利将质量百分比为5-15％的木浆、30-60％的割绒和30-50％的棉纤维短绒经过蒸煮、打浆、成纸，再经过浓氯化锌溶液浸泡，经烘缸加热到38-50℃的温度时在胶化机上成型，通过加温和压榨辊的加压，纤维与纤维交叉、胶合合成半成品生钢纸，经过老化室内老化，然后在脱盐槽内脱盐，脱盐槽内设有氯化锌，然后通过清水的洗涤，把生钢纸内部的氯化锌浸析出来，最后经过烘房的干燥、压力机的整形，即成为钢纸。该钢纸不易弯曲变形，表面细腻光滑，不掉色、褪色，使用寿命长。然而，该钢纸的耐水性有待提高。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐水厚钢纸及其制备方法。该耐水厚钢纸具有较好的耐水性，同时具有较好的层间剥离强度和抗张强度。该耐水厚钢纸的制备方法简单，容易操作，适合大规模生产。
本发明的具体技术方案为：一种耐水厚钢纸，所述耐水厚钢纸由原纸胶化粘合而成，包括以下重量份数的组成：木浆110～130份、棉浆30～40份、改性木棉纤维6～8份、耐水增强剂15～25份、羧甲基纤维素6～8份、二氧化硅气凝胶8～10份、润胀胶化液300～400份、改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚1～2份、表面活性剂2～3份。
本发明的耐水厚钢纸以木浆和棉浆为主要原料，采用改性的木棉纤维、二氧化硅气凝胶和改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚增加纤维之间的粘结性，并通过环氧基硅油和无机防水剂氮化硅、氮化硼和五氮化三磷提高原纸的耐水性。通过本发明的方法制备的钢纸具有良好的耐水性，同时具有较好的层间剥离强度和抗张强度。改性木棉纤维的表面接枝有马来酸酐，有助于改善木棉纤维的吸水性，以及木棉纤维与其他原料的相容性。木棉纤维本身与木浆和棉浆具有良好的相容性，用马来酸酐改性后能够增加木棉纤维的吸水性，提高纤维对耐水增强剂的负载率。改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚分子中具有两个端环氧基和大量的羟基，能够将纤维与纤维连接，同时能够将纤维与耐水增强剂连接，形成复杂的网络结构。二氧化硅气凝胶吸水性强，且表面具有大量羟基基团，能够在纤维与纤维、纤维与耐水增强剂的网络中结合，形成更致密、更复杂的网络结构，能够显著提高钢纸的层间剥离强度和抗张强度。本发明所使用的耐水增强剂能够与纤维和改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚表面的羟基交联，增强钢纸的耐水性。本发明的耐水增强剂包含的无机氮化物不仅具有良好的防水性能，同时还具有较好的绝缘性，借助于表面活性剂，无机氮化物能够在纤维中均匀分散。羧甲基纤维素作为常用的纸张防水剂，在纤维中分散均匀，防水效果好。润胀胶化液能够使原纸中的纤维发生剧烈润胀而胶化，使纸张硬化，具有高强度，同时，纤维的剧烈润胀，有助于增强纤维与其他原料之间的结合。
作为优选，所述耐水增强剂包括环氧基硅油和无机防水剂。
环氧基硅油中的环氧基能够与纤维中的羟基结合，增加纤维的防水性。
作为优选，所述环氧基硅油和无机防水剂的质量比为1:1～2。
作为优选，所述无机防水剂为粒径为50～100nm的氮化硅、氮化硼和五氮化三磷中的至少一种。
氮化硅、氮化硼和五氮化三磷具有良好的防水性能，同时具有良好的绝缘性，能够在增强钢纸防水性的同时增强钢纸的绝缘性。
作为优选，所述改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的制备方法为：将多元醇加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中，混合均匀，多元醇与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的物质的量比为1:2～4，在50～70℃搅拌条件下充分反应20～40min，得到多元醇改性的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚。
本发明将三羟甲基丙烷三缩水甘油醚用多元醇进行改性，使得三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中具有更多的羟基基团，使得三羟甲基丙烷三缩水甘油醚能够同时与纤维、耐水增强剂形成交联，形成复杂的网络结构。
作为优选，所述多元醇为甘油、乙二醇、丙二醇和二缩二乙二醇中的至少一种。
作为优选，所述改性木棉纤维为马来酸酐接枝改性的木棉纤维，其制备方法为：将木棉纤维与马来酸酐在140～150℃恒温回流3～5h，冷却、过滤、干燥后得到马来酸酐改性的木棉纤维。
改性木棉纤维的表面接枝有马来酸酐，有助于改善木棉纤维的吸水性，以及木棉纤维与其他原料的相容性。木棉纤维本身与木浆和棉浆具有良好的相容性，用马来酸酐改性后能够增加木棉纤维的吸水性，提高纤维对耐水增强剂的负载率。
作为优选，所述表面活性剂为油酸钠、羧酸盐、硫酸酯盐和磺酸盐中的至少一种；所述木浆和棉浆的固含量为25～35wt％；所述润胀胶化液为浓度为5-20wt％的氯化锌溶液一种耐水厚钢纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比称取木浆、棉浆、羧甲基纤维素并混合均匀，加入改性木棉纤维和表面活性剂，得到纤维交错分布均匀的混合浆料；打浆后加入改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和二氧化硅气凝胶混合均匀，然后抄造，得原纸；
(2)将原纸层叠后用润胀胶化液进行浸渍胶化得生钢纸；
(3)将生钢纸进行脱盐处理；
(4)然后在耐水增强剂中浸渍处理，干燥后得到耐水厚钢纸。
作为优选，步骤(4)中，所述浸渍处理温度为60～70℃，浸渍时间为20～30min。
在60～70℃的浸渍温度下，耐水增强剂中的环氧基或羟基基团，能够与结合有纤维的改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和二氧化硅气凝胶交联形成复杂的网络结构，能够显著增强钢纸的耐水性、层间剥离强度和抗张强度。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明采用改性的木棉纤维、二氧化硅气凝胶和改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚增加纤维之间的粘结性，并通过环氧基硅油、氮化硅、氮化硼和五氮化三磷提高原纸的耐水性，通过本发明的方法制备的钢纸具有良好的耐水性，同时具有较好的层间剥离强度和抗张强度。该耐水厚钢纸的制备方法简单，容易操作，适合大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。在本发明中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。
实施例1
所述耐水增强剂包括质量比为1:1.5的环氧基硅油和粒径为80nm的氮化硅。
所述改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的制备方法为：将甘油加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中，混合均匀，甘油与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的物质的量比为1:3，在60℃搅拌条件下充分反应30min，得到甘油改性的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚。
所述改性木棉纤维为马来酸酐接枝改性的木棉纤维，其制备方法为：将木棉纤维与马来酸酐在145℃恒温回流4h，冷却、过滤、干燥后得到马来酸酐改性的木棉纤维。
一种耐水厚钢纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，称取固含量为30wt％的木浆120份、固含量为30wt％的棉浆35份、羧甲基纤维素7份，并混合均匀，加入改性木棉纤维7份和油酸钠2.5份，得到纤维交错分布均匀的混合浆料；打浆后加入改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚1.5份和二氧化硅气凝胶9份，混合均匀，然后抄造，得原纸；
(2)将20层原纸层叠后用350份浓度为12wt％的氯化锌溶液进行浸渍胶化得生钢纸；
(3)将生钢纸进行脱盐处理；
(4)然后用20份耐水增强剂在65℃浸渍处理25min，干燥后得到耐水厚钢纸。
实施例2
所述耐水增强剂包括质量比为1:2的环氧基硅油和粒径为50nm的氮化硼。
所述改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的制备方法为：将乙二醇加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中，混合均匀，乙二醇与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的物质的量比为1:4，在70℃搅拌条件下充分反应20min，得到乙二醇改性的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚。
所述改性木棉纤维为马来酸酐接枝改性的木棉纤维，其制备方法为：将木棉纤维与马来酸酐在140℃恒温回流5h，冷却、过滤、干燥后得到马来酸酐改性的木棉纤维。
一种耐水厚钢纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，称取固含量为25wt％的木浆110份、固含量为25wt％的棉浆30份、羧甲基纤维素8份，并混合均匀，加入改性木棉纤维6份和羧酸盐2份，得到纤维交错分布均匀的混合浆料；打浆后加入改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚1.5份和二氧化硅气凝胶10份，混合均匀，然后抄造，得原纸；
(2)将24层原纸层叠后用300份浓度为20wt％的氯化锌溶液进行浸渍胶化得生钢纸；
(3)将生钢纸进行脱盐处理；
(4)然后用15份耐水增强剂在70℃浸渍处理20min，干燥后得到耐水厚钢纸。
实施例3
所述耐水增强剂包括质量比为1:1的环氧基硅油和粒径为50nm的五氮化三磷。
所述改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的制备方法为：将二缩二乙二醇加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中，混合均匀，二缩二乙二醇与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的物质的量比为1:2，在50℃搅拌条件下充分反应40min，得到二缩二乙二醇改性的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚。
所述改性木棉纤维为马来酸酐接枝改性的木棉纤维，其制备方法为：将木棉纤维与马来酸酐在150℃恒温回流3h，冷却、过滤、干燥后得到马来酸酐改性的木棉纤维。
一种耐水厚钢纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，称取固含量为35wt％的木浆130份、固含量为35wt％的棉浆40份、羧甲基纤维素8份，并混合均匀，加入改性木棉纤维8份和磺酸盐3份，得到纤维交错分布均匀的混合浆料；打浆后加入改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚2份和二氧化硅气凝胶10份，混合均匀，然后抄造，得原纸；
(2)将16层原纸层叠后用400份浓度为5wt％的氯化锌溶液进行浸渍胶化得生钢纸；
(3)将生钢纸进行脱盐处理；
(4)然后用25份耐水增强剂在60～70℃浸渍处理20～30min，干燥后得到耐水厚钢纸。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处在于：步骤(1)中不加入改性木棉纤维，缺失的改性木棉纤维的量用棉浆补足。其他均与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1的不同之处在于：步骤(1)中用未改性的木棉纤维代替改性木棉纤维。其他均与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1的不同之处在于：步骤(1)中不加入改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚，缺失的改性三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的量用二氧化硅气凝胶补足。其他均与实施例1相同。
检测实施例1～3和对比例1～3中制得的耐水厚钢纸的各项性能指标，检测结果见表1。
表1
由表1可以看出，通过本发明的方法制得的钢纸具有较好的耐水性，同时也具有较好的层间剥离强度和抗张强度。而对比例制得的钢纸的耐水性、层间剥离强度和抗张强度与实施例中制得的钢纸相比具有明显差距。说明，只有在本发明的配方和制备方法下才能得到综合性能优良的耐水厚钢纸。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。