一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料及制备方法

技术领域

本发明属于包装纸技术领域，具体涉及一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料及制备方法。

背景技术

瓦楞纸箱在制作时的分切压线、折叠、装箱及堆垛，货物包装后的搬运、输送钟，常常因为瓦楞纸板耐折度低，强度小，不耐磨，出现纸板爆线、断裂、破损等现象，导致纸箱破损、变形甚至毁坏，进而导致纸箱内的货物损坏，带来了不必要的经济损失。因此，要从根本上提高瓦楞纸板的耐折性能、耐磨性能、抗张强度性能，才能提升瓦楞纸箱的综合性能，延长使用周期，满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料及制备方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料，所述增强母料的原料组成包括质量比为80-100:3-5的母料预制液、浓硫酸，其中，所述母料预制液由质量比为80-100:80-100:3-5的纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液、多巴胺聚合得到；

所述增强母料的制备方法为：先按所需比例加入母料预制液、浓硫酸在90-100℃下搅拌至充分反应，然后趁热过滤，取滤液待其冷却至室温后静置至结晶完成，再次过滤，取滤渣依次进行洗涤、干燥后得到所述增强母料。

所述增强母料的原料组成还包括表面活性剂，所述表面活性剂与母料预制液的质量比为3-5:80-100。

所述母料预制液的原料组成还包括聚合助剂，所述聚合助剂与纤维素纳米晶分散液的质量比为0.5-0.7:80-100。

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

所述聚合助剂为1,3,5-苯三甲酰氯。

所述纤维素纳米晶分散液由质量比为8-10:80-100的纤维素纳米晶与蒸馏水混合得到，所述硫酸钙溶液由质量比为80-100:1600-2000的磷石膏与蒸馏水混合得到。

所述母料预制液的制备为：先将纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液按所需比例混合，然后按所需比例加入多巴胺，调整溶液PH值至8-9并在常温下搅拌至多巴胺完全溶解，得到母料预制液。

一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料的制备方法，所述母料预制液的原料组成还包括聚合助剂，制备母料预制液时先将纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液按所需比例混合，然后加入多巴胺、聚合助剂，所述聚合助剂与纤维素纳米晶分散液的质量比为0.5-0.7:80-100。

所述增强母料的原料组成还包括表面活性剂，制备增强母料时按80-100:3-5:3-5的质量比加入母料预制液、浓硫酸、表面活性剂在90-100℃下搅拌至充分反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料的原料组成包括质量比为80-100:3-5的母料预制液、浓硫酸，所述母料预制液由质量比为80-100:80-100:3-5的纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液、多巴胺聚合得到，该增强母料的制备方法为先按所需比例加入母料预制液、浓硫酸在90-100℃下搅拌至充分反应，然后趁热过滤，取滤液待其冷却至室温后静置至结晶完成，再次过滤，取滤渣依次进行洗涤、干燥后得到，该设计首先，母料预制液中的多巴胺上的活性基团便通过共价键与纤维素纳米晶牢固结合，形成纤维素纳米晶网络多孔结构，然后在增强母料的制备过程中，硫酸钙晶须在纤维素纳米晶网络多孔结构的内部结晶，由于硫酸钙晶须表面呈强极性，存在大量羟基基团，与多巴胺的临二羟基通过氢键或化学键结合，最终形成纤维素纳米晶-硫酸钙晶须互穿网络结构，将该增强母料在瓦楞原纸生产时添加进去，能显著增强瓦楞纸的耐折性能、耐磨性能和抗张强度。因此，本发明的增强母料能显著增强瓦楞纸的耐折性能、耐磨性能和抗张强度。

附图说明

图1为本发明中多巴胺与纤维素纳米晶通过共价键结合形成纤维素纳米晶网络多孔结构的示意图。

图2为本发明中纤维素纳米晶网络多孔结构与硫酸钙晶须通过化学键结合形成纤维素纳米晶-硫酸钙晶须互穿网络结构的示意图。

图3为本发明中纤维素纳米晶网络多孔结构与硫酸钙晶须通过氢键结合形成纤维素纳米晶-硫酸钙晶须互穿网络结构的示意图。

图2、图3中的R位点上连接有纤维素纳米晶或多巴胺，只是图中未画出。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料，所述增强母料的原料组成包括质量比为80-100:3-5的母料预制液、浓硫酸，其中，所述母料预制液由质量比为80-100:80-100:3-5的纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液、多巴胺聚合得到；

所述增强母料的制备方法为：先按所需比例加入母料预制液、浓硫酸在90-100℃下搅拌至充分反应，然后趁热过滤，取滤液待其冷却至室温后静置至结晶完成，再次过滤，取滤渣依次进行洗涤、干燥后得到所述增强母料。

所述增强母料的原料组成还包括表面活性剂，所述表面活性剂与母料预制液的质量比为3-5:80-100。

所述母料预制液的原料组成还包括聚合助剂，所述聚合助剂与纤维素纳米晶分散液的质量比为0.5-0.7:80-100。

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

所述聚合助剂为1,3,5-苯三甲酰氯。

所述纤维素纳米晶分散液由质量比为8-10:80-100的纤维素纳米晶与蒸馏水混合得到，所述硫酸钙溶液由质量比为80-100:1600-2000的磷石膏与蒸馏水混合得到。

所述母料预制液的制备为：先将纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液按所需比例混合，然后按所需比例加入多巴胺，调整溶液PH值至8-9并在常温下搅拌至多巴胺完全溶解，得到母料预制液。

一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料的制备方法，所述母料预制液的原料组成还包括聚合助剂，制备母料预制液时先将纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液按所需比例混合，然后加入多巴胺、聚合助剂，所述聚合助剂与纤维素纳米晶分散液的质量比为0.5-0.7:80-100。

所述增强母料的原料组成还包括表面活性剂，制备增强母料时按80-100:3-5:3-5的质量比加入母料预制液、浓硫酸、表面活性剂在90-100℃下搅拌至充分反应。

本发明的原理说明如下：

本发明所述增强母料可用于瓦楞原纸的生产，在瓦楞原纸生产时加入该母料，能够制备出高抗折高耐磨高强度的瓦楞纸板。所述增强母料是纤维素纳米晶与硫酸钙晶须的复合，由于纳米纤维素晶是生物质组织，对制备瓦楞纸板的原纸材料具有天然的亲和力，其直径为5-20nm、长度为50-200nm，能大幅提高瓦楞纸板的耐折度，韧性，撕裂指数等性能，由于硫酸钙晶须是无机增强材料和填充材料，其直径为0.1-40nm、长度为50-200nm，能大幅提高瓦楞纸板的抗张指数、耐破指数以及耐磨性，两种晶体形成了互穿网络晶体结构，能均匀地分散在原纸浆中，制备出高抗折高耐磨高强度瓦楞纸板。

实施例1：

一种高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料，其原料组成包括质量比为80:3:3的母料预制液、浓硫酸、表面活性剂，其中，所述母料预制液由质量比为80:80:3:0.5的纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液、多巴胺、聚合助剂聚合得到；

上述高耐折高强度耐磨瓦楞纸板用增强母料的制备方法具体按照以下步骤进行：

步骤一、制备母料预制液

先按所需比例将纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液混合并超声分散10min，然后按所需比例加入多巴胺、聚合助剂，调整溶液PH值至8.5并在常温下搅拌至多巴胺完全溶解，得到母料预制液，其中，所述聚合助剂为1,3,5-苯三甲酰氯；

步骤二、制备增强母料

先在95℃下按所需比例加入母料预制液、浓硫酸、表面活性剂搅拌并充分反应15min，得到乳液，然后趁热对乳液通过滤网进行过滤，取滤液待其冷却至室温后静置2h，待硫酸钙晶须充分结晶完成再次过滤，取滤渣依次进行洗涤、干燥器干燥后得到所述增强母料，其中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

实施例2：

与实施例1不同之处在于：

所述母料预制液、浓硫酸、表面活性剂的质量比为100:5:5，所述纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液、多巴胺、聚合助剂的质量比为100:100:5:0.7。

实施例3：

与实施例1不同之处在于：

所述母料预制液、浓硫酸、表面活性剂的质量比为90:4:4，所述纤维素纳米晶分散液、硫酸钙溶液、多巴胺、聚合助剂的质量比为90:90:4:0.6。

实施例4：

与实施例1不同之处在于：

所述纤维素纳米晶分散液由质量比为9:90的纤维素纳米晶与蒸馏水超声分散30min得到，所述硫酸钙溶液由质量比为90:1800的磷石膏与蒸馏水搅拌得到，其中，所述搅拌速度为250r/min、温度为95℃，所述磷石膏的粒径为800目。

性能测试：

为验证本发明所述增强母料的耐折性能、耐磨性能、抗张强度性能，以实施例1-3得到的产品作为测试例，以纤维素纳米晶作为对比例1，以硫酸钙晶须作为对比例2，以纤维素纳米晶与硫酸钙晶须质量比为1:1的混合物作为对比例3，以纤维素纳米晶与硫酸钙晶须质量比为2:1的混合物作为对比例4，将测试例、对比例1-4作为增强母料分别加入到原纸浆中(增强母料在原纸浆中的质量百分比含量为3％)，进行耐折性能、耐磨性能测试和抗张强度性能测试；

1、耐折性能和耐磨性能测试

将测试例、对比例1-4分别作为增强母料加入到原纸浆中，采用相同工艺制成纸板后进行耐折试验(135°往返折叠试验)和耐磨试验，测试结果见表1；

表1耐折性能和耐磨性能测试结果

2、抗张强度性能测试

将测试例、对比例1-4分别作为增强母料加入到原纸浆中，采用相同工艺制成纸箱后检测纸箱的边压强度、耐破强度、戳穿强度、粘合强度、空箱承压强度，测试结果见表2；

表2抗张强度性能测试结果

由表1、表2可知，单独使用纤维素纳米晶时韧性好，但耐撕裂、耐磨性不好；单独使用纳米硫酸钙晶须时强度好、耐磨性好，但韧性与耐折性不好；简单共混使用纤维素纳米晶与纳米硫酸钙晶须时耐折度、韧性、撕裂指数、抗张指数、耐破指数、耐磨性能均与不添加时变化不大，改性效果不明显，且纸板与纸箱的性能出现不均一性，主要原因是两者晶体不能均匀分散，出现分层，纸板与纸箱的性能反而下降。由此可见，在瓦楞纸板及纸箱的生产制造中，若单独使用纳米纤维素晶、单独使用纳米硫酸钙晶须或两者简单共混添加，制备出的纸板或纸箱都不能同时满足高耐折度、高韧性、高撕裂指数、高抗张指数、高耐破指数、高耐磨性能，而采用添加有本发明所述增强母料的原纸浆制备得到的瓦楞纸板及纸箱同时具有高耐折性能、高耐磨性能和高抗张强度，满足生产使用要求。