一种木浆/芳纶浆粕多功能复合纸及其制备方法和应用

本发明属于功能材料制备技术领域，涉及一种木浆/芳纶浆粕多功能复合纸及其制备方法和应用，具体是一种具有较好的力学强度、疏水性、热稳定性、阻燃性和紫外屏蔽功能的纸基复合材料。

背景技术：

纸基材料具有原料来源广泛、易加工、运输方便等优点，被广泛应用于包装材料、污水处理、能源开发等领域。然而木浆作为制备纸基材料的主要原料木纤维粗且短，使得木纤维成纸具有撕裂度低、耐折性差和湿强度低的特点，因此单一木浆纸仅应用于印刷纸、书写纸和薄页纸等中低端纸基产品。

芳纶是由芳香族聚酰胺树脂纺丝制备的高性能人工合成纤维，具有低密度、高模量、高强度、耐切割、耐腐蚀、耐高温、绝缘和阻燃等优异性能，广泛应用于航空航天、军工国防、交通运输、电子通讯、轮胎橡胶、防护体育、环境保护等领域。芳纶产品形式多样，包括芳纶长丝、短切纤维、浆粕、芳纶纸、芳纶布等。其中，间位芳纶是全芳香族聚酰胺纤维中应用较多、已经实现工业化生产的芳纶纤维。间位芳纶沉析纤维是通过在芳纶聚合体的低温缩聚溶液中添加沉析剂，经高速离心剪切而制得，表面粗糙呈飘带状，与间位芳纶短切纤维相比，具有较大的比表面积，使得间位芳纶浆粕具有极强的附着力和粘合力，可与多种材料进行复合。发明专利cn105648830a公开了一种植物纤维芳纶复合纸及其制备方法，以芳纶纤维为基体添加植物纤维，其目的是保证芳纶纸性能的前提下降低芳纶纸的生产成本，所以芳纶纤维含量较多82-97%，植物纤维含量较少3-20%，并且采用的是芳纶纸工艺即斜网抄造湿法热压成型。同时芳纶纤维和植物纤维均需进行前处理，步骤复杂。发明专利cn201911074845.4公开了一种稻草-聚丙烯纤维复合材料及其生产工艺，但并未研究不同纤维复合对于稻草复合性能的影响。上述研究均未研究间位芳纶浆粕和木浆复合制备以传统纸为基体、以间位芳纶浆粕为添加相的多功能复合纸，更没有指出复合纸的具体应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有传统纸功能的不足，提供一种含有木浆/芳纶浆粕多功能复合纸。本发明制备的含有木浆和芳纶浆粕多功能复合纸，可通过纤维间的协同作用提高传统纸张的力学强度（特别是湿强度）、疏水性和热稳定性，赋予传统纸张紫外屏蔽和阻燃功能，能有效解决目前“以纸代塑”过程中，传统纸张易吸湿、吸湿后强度尤其湿强度显著下降、易燃烧、热稳定性差、不具有紫外屏蔽功能的问题。

本发明的另一个目的是，提供上述木浆/芳纶浆粕多功能复合纸的其制备方法和应用。复合纸可使用传统纸张生产工艺，适合大规模推广。所述的多功能复合纸可用于目前的“以纸代塑”，替代生活中常用的塑料包装袋。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种木浆/芳纶浆粕复合纸，所述复合纸由以下质量百分比组分组成：木浆70-97%，芳纶浆粕30-3%。

优选地，所述的木浆为阔叶木浆和针叶木浆中一种或两种。

更优选地，所述阔叶木浆为桦木浆、杨木浆、椴木浆、桉木浆和枫木浆中的一种或几种；所述针叶木浆为杉木浆或松木浆中的一种或两种。

优选地，所述芳纶浆粕为间位芳纶沉析纤维。

一种上述木浆/芳纶浆粕复合纸的制备方法，采用以下步骤：

步骤1、按照额定纸张定量为20-80g/m²称取应质量的木浆和芳纶浆粕至纤维疏解机中，在浆浓为0.1-2.5%，疏解4000-10000r；

步骤2、将步骤1疏解后的纤维浆料制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为60-150℃条件下干燥5-20min，制得木浆和芳纶浆粕复合纸。

优选地，步骤1所述的复合纸的额定纸张定量为40-75g/m²；

优选地，步骤1所述的纤维疏解条件为浆浓为0.15-2%，疏解4000-8000r。

优选地，步骤2所述的湿纸页优选的干燥条件为：温度为80-150℃，干燥时间为8-15min。

优选地，步骤2所述的纤维浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页。

一种上述木浆/芳纶浆粕复合纸的应用，所述的多功能复合纸可用于目前的“以纸代塑”，替代生活中常用的塑料包装袋。

本发明将芳纶浆粕添加到木浆中制备复合纸，发挥木浆和芳纶浆粕的协同作用，制备出多功能复合纸。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明所使用的原料来源广泛，制备工艺简单，现有的传统纸张工艺流程完全可以满足需求，易于大规模生产；同时制备过程不需要化学预处理或者添加助剂，经济环保。

2.本发明以木浆为基体，加入间位芳纶浆粕制备纸基功能材料，木浆和间位芳纶浆粕之间能够形成大量的氢键等作用力，充分发挥了木浆和间位芳纶浆粕的协同作用，复合纸的力学强度（尤其是湿强度）、疏水性、热稳定性有了显著提高，并且赋予了传统纸张紫外屏蔽性和阻燃性。

3.本发明所制备的木浆/芳纶浆粕的多功能复合纸可满足目前的“以纸代塑”的要求，替代生活中常用的塑料包装袋。

附图说明：

图1为木浆/间位芳纶浆粕复合纸的制备流程图；

图2为对比例和实施例1制备的传统纸和复合纸的扫描电镜（sem）图；

图3为对比例和实施例2制备的传统纸和复合纸的热稳定性图；

图4为对比例和实施例3制备的传统纸和复合纸的紫外透过曲线图；

图5为水在对比例和实施例4制备的传统纸和复合纸的接触角图；

图6为对比例和实施例5纸制备的传统纸和复合纸的在水中浸泡前、浸泡中、浸泡后的图片，其中左图为传统纸，右图为复合纸。

具体实施方式

下面结合具体实施例、对比例和附图，对本发明进行进一步阐述。应理解，以下各实施例仅用于说，明本发明的实施方法，而不用于限定本发明所述的操作和操作范围，由此引申出的变化，仍处于本发明权利要求的保护范围内。

对比例:

按照额定纸张定量为50g/m²称取质量百分比为100%的杨木浆，浆浓为0.5%，疏解4000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为100℃条件下干燥10min，制得纯杨木浆纸。

实施例1：

按照额定纸张定量为50g/m²称取质量百分比为70%杨木浆和30%间位芳纶浆粕，浆浓为0.5%，疏解4000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为100℃条件下干燥10min，制得杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸。

对比例和本实施得到的杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸的扫描电镜图片如图2所示。

实施例2：

按照额定纸张定量为50g/m²称取质量百分比为70%杨木浆和30%间位芳纶浆粕，浆浓为1%，疏解6000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为80℃条件下干燥15min，制得杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸。

对比例和本实施得到的杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸的热稳定性如图3所示。

实施例3：

按照额定纸张定量为50g/m²称取质量百分比为90%杨木浆和10%间位芳纶浆粕，浆浓为1.5%，疏解7000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为100℃条件下干燥10min，制得杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸。

对比例和本实施得到的杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸的紫外透光性如图4所示。

实施例4：

按照额定纸张定量为50g/m²称取质量百分比为70%杨木浆和30%间位芳纶浆粕，浆浓为2.0%，疏解8000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为150℃条件下干燥8min，制得杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸。

对比例和本实施得到的杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸的水接触角如图5所示。

实施例5：

按照额定纸张定量为50g/m²称取质量百分比为70%杨木浆和30%间位芳纶浆粕，浆浓为2.5%，疏解5000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为100℃条件下干燥10min，制得杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸。

对比例和本实施得到的杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸的在水中浸泡前、浸泡中、浸泡后的图片如图6所示。

实施例6：

按照额定纸张定量为40g/m²称取质量百分比为95%桉木浆和5%间位芳纶浆粕，浆浓为0.5%，疏解5000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为100℃条件下干燥10min，制得杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸。

实施例7：

按照额定纸张定量为60g/m²称取质量百分比为85%杉木浆和15%间位芳纶浆粕，浆浓为1.5%，疏解5000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为100℃条件下干燥10min，制得杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸。

实施例8：

按照额定纸张定量为75g/m²称取质量百分比为50%杨木浆、25%杉木浆和25%间位芳纶浆粕，浆浓为1.5%，疏解5000r，然后将疏解后的浆料加入到凯塞纸页成型器中制备出湿纸页，最后将湿纸页在温度为100℃条件下干燥10min，制得杨木浆/间位芳纶浆粕复合纸。

表1为本发明中对比例和实施案例1-8制备的木浆/间位芳纶浆粕复合纸的抗张指数和紫外透光率数据（250nm-350nm）对比；

表1

对本发明实施例制备的木浆/间位芳纶浆粕复合纸进行相关测试，得到图1至图6所示测试结果。由图1和图2可知，实施例1制备的木浆和间位芳纶浆粕分子中均含有大量的氢键，在两者复合过程中，木浆分子和间位芳纶浆粕分子之间会形成氢键，增强界面结合能力，尤其是芳纶浆粕表面积较大，容易附着在木浆纤维上，正是上述作用力的存在提高了传统纸的抗张指数、热稳定性和疏水性。由图3可知，实施例2制备的木浆/间位芳纶浆粕复合纸的热分解温度与对比例制备的传统纸相比有较大的提升。由图4可知，对比例制备的传统纸紫外透过率较高，而实施例3制备的复合纸的紫外透过率较低，尤其是在250-350nm范围内，传统纸的紫外透过率在3-10%，而木浆/间位芳纶浆粕复合纸的紫外透过率几乎为0%，说明复合纸有很好的紫外屏蔽效果。图5(左)为对比例制备的传统纸的接触角数据ca=30.2°，图5（右）为实施例4制备的复合纸的接触角数据ca=76.5°，由此可知本发明提供的方法可以很好地提高传统纸的疏水性；图6为对比例制备得传统纸和实施例5制备复合纸在水中浸泡前，刚刚浸泡和浸泡后的图片，传统纸吸水速度远高于复合纸，而且传统纸因不具备任何强度容易破碎，而复合纸仍然保持较好的形态和强度。由表1可以看出，与对比例制备的传统纸相比，实施例1-8制备的复合纸具有更高的抗张指数，在本发明的比例下，随着间位芳纶浆粕的加入，传统纸的抗张指数有着明显得增加。由以上图片分析可知，本发明制备的木浆/间位芳纶浆粕复合纸与传统纸张相比在力学性能、疏水性、热稳定性及紫外屏蔽性能上都有显著优势，同时复合纸还有离火自灭的现象，而传统纸离火仍然燃烧。

本发明所制备的木浆/间位芳纶浆粕复合纸所制备的包装袋不但力学强度高，尤其是湿强度高，而且不需要在包装袋内侧覆盖塑料薄膜，即可实现抗湿、抗油、抗紫外线、耐机械磨损，可替代生活中常用的塑料包装袋，减少白色污染，满足目前的“以纸代塑”的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。