CN111945479B - 一种低表面开孔率保护纸基材及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明中公开了一种低表面开孔率保护纸基材及其制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：(1)将表面施胶剂加入到水中，搅拌混合均匀，得到底层涂布液；其中，表面施胶剂为丙烯酸树脂和聚乙烯醇中的至少一种，以及糊化后的LS‑2氧化木薯淀粉和苯乙烯‑丙烯酸乳液；(2)将步骤(1)中得到的底层涂布液涂布到牛皮原纸上，涂布结束将纸张烘干，再将其放置在恒温恒湿室中，得到低表面开孔率保护纸基材。本发明中的采用底层涂布剂可有效减少基材表面开孔率和降低渗透性，并且赋予纸张低的卷曲度和耐老化性，使制得的保护纸基材不仅具有低表面开孔率，且具备优良的表面性能和力学性能，可实现产业化生产。
Description
技术领域
本发明属涉及人造板材保护纸制备技术领域，特别涉及一种低表面开孔率保护纸基材及其制备方法与应用。
背景技术
一般的，人造板材在运输、加工过程中表面容易发生擦伤、划伤等问题，人造板材保护纸作为一种轻便、环保、易降解产品可有效对人造板材进行防护。保护纸的基材是具有亲水性的纸张，其表面的孔隙有助于液体通过材料到达下一层，不断地向材料内部渗透。对纸基材料来说，开孔率越高、孔径越大，相对的渗透速度也就越快，这使得原纸表面的涂布剂用量增加，成本也相应增加。
申请号为201611161649.7的中国专利公开了一种多孔离型纸及其制备方法，该多孔离型纸是在防油纸的一面或双面直接涂硅油乳液，然后在干燥好的离型纸上进行打孔。该多孔离型纸可应用于食品包装和医用材料的包装及加工处理领域中。但直接涂覆硅油乳液，用量大，有时容易浪费，并且硅油价格贵，使得成本提高。申请号为201910475870.7的中国专利公开了一种硅油离型纸的生产制备方法，在涂布硅油层前先在原纸表面淋膜一层熔化的塑料粒子，常温固化后，形成淋膜纸，该方法克服了硅油离型纸在模切时容易出现原纸已经断开，而淋膜层却没有断开，后续分切加工不利的缺点，但塑料粒子难降解，难回收，并且对环境污染危害大，不利于后续处理解决。
为了减少涂层液(例如胶黏剂、离型剂)的渗透，为了保证保护纸应有的机械性能，从资源、环境问题的观点来看，期待着一种回收性好，价格低廉的乳液或树脂作为底涂层剂涂覆在基底材料上，使得纸基材料拥有一个低的表面开孔率，并且赋予一定的表面性能和力学性能，这是现阶段面临的一个技术难题。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种低表面开孔率保护纸基材的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的低表面开孔率保护纸基材。
本发明的再一目的在于提供所述低表面开孔率保护纸基材的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种低表面开孔率保护纸基材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将表面施胶剂加入到水中，搅拌混合均匀，得到底层涂布液；其中，表面施胶剂为丙烯酸树脂和聚乙烯醇中的至少一种，以及糊化后的LS-2氧化木薯淀粉和苯乙烯-丙烯酸乳液；
(2)将步骤(1)中得到的底层涂布液涂布到牛皮原纸上，涂布结束将纸张烘干，再将其放置在恒温恒湿室中，得到低表面开孔率保护纸基材。
步骤(1)中所述的糊化后的LS-2氧化木薯淀粉优选为通过如下方法制备得到：将LS-2氧化木薯淀粉加入到水中，混匀均匀后在90℃水浴条件下进行糊化，得到糊化后的LS-2氧化木薯淀粉。
所述的糊化为糊化至成均匀的糊状胶体。
所述的糊化的时间为1～1.5h。
步骤(1)中所述的LS-2氧化木薯淀粉的用量为占底层涂布剂质量的2％～4％；优选为占底层涂布剂质量的4％。
步骤(1)中所述的苯乙烯-丙烯酸乳液的用量为占底层涂布剂质量的2‰～5‰；优选为占底层涂布剂质量的5‰。
步骤(1)中所述的表面施胶剂为丙烯酸树脂、糊化后的LS-2氧化木薯淀粉和苯乙烯-丙烯酸乳液。
步骤(1)中所述的聚乙烯醇为聚合度1700～1800、分子量74800～79200的聚乙烯醇；优选为聚合度1700、分子量74800的聚乙烯醇。
步骤(1)中所述的聚乙烯醇为采用聚乙烯醇溶液，即先聚乙烯醇加入到水，在95℃水浴中溶解，获得聚乙烯醇溶液，在与其他表面施胶剂混合。
所述的聚乙烯醇溶液的浓度优选为质量百分比12～15％；优选为质量百分比13.5％。
步骤(1)中所述的丙烯酸树脂的用量为占底层涂布剂质量的5％～10％；优选为占底层涂布剂质量的10％。
步骤(1)中所述的聚乙烯醇的用量为占底层涂布剂质量的2.5％～4.5％。
步骤(1)中所述的搅拌的转速为100～400rpm；优选为200rpm。
所述的低表面开孔率保护纸基材的制备方法，在步骤(1)之后还包括将得到的底层涂布液进行过滤的步骤，以去除底层涂布剂中未溶解的杂质。
步骤(2)中所述的底层涂布剂的涂布高度(即厚度)为8～12μm。
步骤(2)中所述的烘干的条件为：烘干温度70～105℃，烘干时间1～3min。
步骤(2)中所述的恒温恒湿的条件为：温度23～25℃，湿度50％。
步骤(2)中所述的放置的时间为48小时以上，纸张经过处理后经过恒温恒湿放置2天来平衡水分和纸张性能。
一种低表面开孔率保护纸基材，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的低表面开孔率保护纸基材在人造板材保护方面的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明采用底层涂布剂，对纸张纤维有非常高的粘附力与抱合力，成膜性非常好，不含APEO(烷基酚聚氧乙烯醚)、甲醛、重金属等对人体及环境有害物质，符合出口欧美等国家产品标准。
2、本发明采用底层涂布剂具有回收性好、价格低廉的优势，可有效减少基材表面开孔率，可抑制涂层液的渗透以降低渗透性，能够减少昂贵硅油乳液的耗费、减少成本，并且赋予纸张低的卷曲度和耐老化性，具有增强力学性能、抗水性等效果。
3、卷曲和纸张耐老化是两个重要的问题，作为初步预处理不能影响后续的正常涂布，但含水量的变化会引起纸张卷曲的问题，由于纸张一面是涂料，另一面为吸水性很强的纤维，在干燥过程中纤维和涂料的水分平衡被破坏，吸收水分向涂布面卷曲，卷曲问题会影响后续涂布的流畅性和涂布料率，本发明中的底层涂布剂赋予纸张低的卷曲度和耐老化性能。
4、本发明中各原料简单易得，通过各原料之间的协同作用，使制得的保护纸基材不仅具有低表面开孔率，且具备优良的表面性能和力学性能，可实现产业化生产。
附图说明
图1为本发明对比例1和实施例2的保护纸基材表面开孔图；其中，a为对比例1的保护纸基材的SEM扫描电镜图；b为对比例1的保护纸基材的Photoshop转换图(便于肉眼观察)；c为实施例2的保护纸基材的SEM扫描电镜图；d为实施例2的保护纸基材的Photoshop转换图(便于肉眼观察)。
图2为本发明实施例2、对比例1和对比例2的涂布后牛皮原纸卷曲外貌图；其中，a为实施例2的纸张外貌图；b为对比例1的纸张外貌图；c为对比例2的纸张外貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用原料均可通过市售获得。
本发明实施例中涉及的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉、表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液和丙烯酸树脂购自民丰特种纸股份有限公司。
本发明实施例中涉及的聚乙烯醇购自民丰特种纸股份有限公司，其聚合度为1700，分子量为74800。
本发明实施例中涉及的原纸为牛皮原纸，其购自民丰特种纸股份有限公司。
本发明实施例中涉及的应用测试如下：
(1)纸张表面开孔率测定方法采用SEM扫描电镜对保护纸基材进行表面拍摄，再运用Photoshop软件进行像素点法计算表面开孔率的测定(具体为：SEM原图中孔洞部分呈现黑色，非孔洞部分呈现灰白色，为有效区分不同部分颜色，计算纸张表面开孔率，先改变非孔部分颜色为明亮颜色代替，选取RGB模式，分别获得孔洞部分像素数值和图片整体像素数值，两者像素数值的商即为表面开孔率，3次重复)。表面开孔率值越小，则表明纸张的渗透性越差。
(2)红点渗透的测定方法采用大红染料的甘油溶液，将大红的直接染料(民丰特种纸股份有限公司)溶解于甘油中，染料的质量浓度为1％。用毛刷或包裹一层薄的毛毯的小辊筒浸渍大红染料的甘油溶液后在纸上滚动，纸张底下垫一层滤纸，手工尽量加点压力，数10cm×10cm范围内的红点数量，3次重复。
(3)抗水性的测定方法采用Cobb值测试仪，在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中采用60s(45s+15s)法对防油纸进行表面吸水性的测定(3次重复)。Cobb值越小，则表明纸张的抗水能力越强，防水性能越好。
(4)纸张老化的估计性预测采用国际标准化组织提出的干热加速老化标准，ISO5630-1，这个标准规定，样品在温度(105±2)℃下加速老化144h。
(5)抗张强度的测定采用标准GB/T 12914-2008。
(6)耐破强度的测定采用标准GB/T 454-1989。
(7)撕裂度的测定采用标准GB/T 455-2002。
(8)透气度的测定采用标准GB/T 458-2008。
实施例1
(1)将表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉溶于水中，在90℃水浴中进行糊化(至成均匀的糊状胶体，一般1～1.5h)，得到糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉；然后将糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉、表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液和丙烯酸树脂依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后用机械搅拌(200rpm)混合均匀(常温)，得到底层涂布剂(可先过滤底层涂布剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉的质量份数为3％，表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液的质量份数为3‰，丙烯酸树脂的质量份数为5％；
(2)将底层涂布剂以8μm的涂布高度(涂布机上设定的涂布厚度，在牛皮原纸上涂上底层涂布剂用后刮刀将多余的液体进行去除，即这里的厚度为8μm)涂布到牛皮原纸正面，然后将纸张放于烘箱中无挤压烘干(烘干温度为70℃，烘干时间为1min)，最后将干燥后的保护纸基材放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到低表面开孔率保护纸基材料。
实施例2
(1)将表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉溶于水中，在90℃水浴中进行糊化(至成均匀的糊状胶体，一般1～1.5h)，得到糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉；然后将糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉、表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液和丙烯酸树脂依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后用机械搅拌(200rpm)混合均匀，得到底层涂布剂(可先过滤底层涂布剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉的质量份数为4％，表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液的质量份数为5‰，丙烯酸树脂的质量份数为10％；
(2)将底层涂布剂以涂布高度10μm涂布到牛皮原纸正面，然后将纸张放于烘箱中无挤压烘干(烘干温度为105℃，烘干时间为2min)，最后将干燥后的保护纸基材放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到低表面开孔率保护纸基材料。
实施例3
(1)将表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉溶于水中，在90℃水浴中进行糊化(至成均匀的糊状胶体，一般1～1.5h)，得到糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉；然后将糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉、表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液、以及质量分数为13.5％的聚乙烯醇溶液(聚乙烯醇加入到水，在95℃水浴中溶解，获得质量分数为13.5％的聚乙烯醇溶液)依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后用机械搅拌(200rpm)混合均匀，得到底层涂布剂(可先过滤底层涂布剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉的质量份数为2％，表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液的质量份数为4‰，聚乙烯醇的质量份数为2.5％；
(2)将底层涂布剂以涂布高度12μm涂布到牛皮原纸正面，然后将纸张放于烘箱中无挤压烘干(烘干温度为105℃，烘干时间为3min)，最后将干燥后的保护纸基材放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到低表面开孔率保护纸基材料。
实施例4
(1)将表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉溶于水中，在90℃水浴中进行糊化(至成均匀的糊状胶体，一般1～1.5h)，得到糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉；然后将糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉、表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液、以及质量分数为13.5％的聚乙烯醇溶液(聚乙烯醇加入到水，在95℃水浴中溶解，获得质量分数为13.5％的聚乙烯醇溶液)依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后用机械搅拌(200rpm)混合均匀，得到底层涂布剂(可先过滤底层涂布剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉的质量份数为4％，表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液的质量份数为2‰，聚乙烯醇的质量份数为4.5％；
(2)将底层涂布剂以涂布高度10μm涂布到牛皮原纸正面，然后将纸张放于烘箱中无挤压烘干(烘干温度为90℃，烘干时间为1min)，最后将干燥后的保护纸基材放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到低表面开孔率保护纸基材料。
对比例1
(1)将表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉溶于水中，在90℃水浴中进行糊化(至成均匀的糊状胶体，一般1～1.5h)，得到糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉；然后将糊化后的表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉和表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后用机械搅拌(200rpm)混合均匀，得到底层涂布剂(可先过滤底层涂布剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中表面施胶用LS-2氧化木薯淀粉的质量份数为4％，表面施胶用苯乙烯-丙烯酸乳液的质量份数为5‰；
(2)将底层涂布剂以10μm的涂布高度涂布到牛皮原纸正面，然后将纸张放于烘箱中无挤压烘干(烘干温度为105℃，烘干时间为2min)，最后将干燥后的保护纸基材放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到保护纸基材料。
对比例2
以质量份数为10％的丙烯酸树脂作为底层涂布剂，以10μm的涂布高度涂布到牛皮原纸正面，然后将纸张放于烘箱中无挤压烘干(烘干温度为105℃，烘干时间为2min)，最后将干燥后的保护纸基材放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到保护纸基材料。
对比例3
将牛皮原纸作为对比例与实施例1～4所得牛皮保护纸基材进行对比。
效果实施例
1、本发明实施例1～4制备的牛皮保护纸基材进行表面开孔率、红点渗透、抗张强度、耐破度、撕裂度、透气度、卷曲和抗水性测试，其部分性能指标如表1所示。
表1实施例保护纸基材的性能指标
注：表1中，＞50*表示红点渗透大于50个，某些点成片。
实验过程中底层涂布剂混合后2小时内涂液依旧保持液体状态未出现结皮现象。从表1可以看到在牛皮原纸上涂覆上一层底层涂布剂后纸基的力学性能和表面性能。其中实施例2所使用的底层涂布剂表面开孔率最低，为2.96％；红点渗透个数最少，为小于5个；纸基透气度最小，为0.018μm/Pa·s，这使得纸张水可勃值减小。纸基力学性能方面，其抗张强度、耐破度和撕裂度等力学性能都是最高的。实施例1与实施例2相比，所用化学药剂不变，改变了其用量，但效果差距明显。实施例1的表面开孔率和红点渗透个数是实施例2的4倍多，抗张强度、耐破度和撕裂度指标也明显较差，尤其透气度指标相差明显，这也是纸张表面开孔率和红点渗透个数差距明显的原因之一。
由于纸张单面经过涂布，造成纸页单面吸水，使得纸张两面的收缩不平衡，差异较大，发生卷曲现象。由于用国标测定卷曲度对实际生产中的使用不能清楚表示。所以本发明的卷曲的评判标准为：判定从烘道链出来纸张是否保持不皱缩不卷曲，可平铺地进行下一步的工序，因此纸张是否保持不皱缩、不卷曲、可平铺直接影响成纸质量，卷曲程度：轻微＜微＜卷曲＜超卷，卷曲状态不适用实验的继续进行，对成纸质量产生影响，不卷曲和轻微卷曲最佳。本发明中，实施例1、2、3纸张两面收缩差异相对较小，实施例4表面施胶后纸张发生卷曲现象明显，较大的卷曲不利于后续涂布液的涂布加工，容易产生产品质量问题和机器故障。经过干热加速老化后，纸张出现不同程度的老化，其中实施例2老化后变化幅度最小，性能变化不大，耐候性佳，耐热、耐过度烘烤及耐腐蚀等性能都极好。
2、本发明对比例1～2制备的牛皮保护纸基材进行表面开孔率、红点渗透、抗张强度、耐破度、撕裂度、透气度、卷曲(判断标准同上)和抗水性测试，其部分性能指标如表2所示。
表2对比例保护纸基材的性能指标
对比例1与实施例2相比，底层涂布剂中不添加丙烯酸树脂，其余参数相同，但效果差距明显。对比例1的表面开孔率和红点渗透个数是实施例2的5倍多(图1)，抗张强度、耐破度和撕裂度指标也明显较差，尤其透气度指标相差明显，纸张硬挺度不够发生卷曲(图2)。但对比例2采用丙烯酸树脂单独涂布，其效果更低于对比例1。由于丙烯酸树脂在成膜过程中不发生进一步交联，干燥快，卷曲度大不利于工艺生产。实施例2将LS-2氧化木薯淀粉、苯乙烯-丙烯酸乳液和丙烯酸树脂混合使用，物质官能团相互反应形成网状结构，其涂布效果和机械性能远高于单独使用带来的效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种低表面开孔率保护纸基材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将表面施胶剂加入到水中，搅拌混合均匀，得到底层涂布液；其中，表面施胶剂为丙烯酸树脂、以及糊化后的LS-2氧化木薯淀粉和苯乙烯-丙烯酸乳液；
(2)将步骤(1)中得到的底层涂布液涂布到牛皮原纸上，涂布结束将纸张烘干，再将其放置在恒温恒湿室中，得到低表面开孔率保护纸基材；
步骤(1)中所述的LS-2氧化木薯淀粉的用量为占底层涂布剂质量的2％～4％；
步骤(1)中所述的苯乙烯-丙烯酸乳液的用量为占底层涂布剂质量的2‰～5‰；
步骤(1)中所述的丙烯酸树脂的用量为占底层涂布剂质量的5％～10％。
2.根据权利要求1所述的低表面开孔率保护纸基材的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的LS-2氧化木薯淀粉的用量为占底层涂布剂质量的4％；
步骤(1)中所述的苯乙烯-丙烯酸乳液的用量为占底层涂布剂质量的5‰；
步骤(1)中所述的丙烯酸树脂的用量为占底层涂布剂质量的10％。
3.根据权利要求1所述的低表面开孔率保护纸基材的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的糊化后的LS-2氧化木薯淀粉通过如下方法制备得到：将LS-2氧化木薯淀粉加入到水中，混匀均匀后在90℃水浴条件下进行糊化，得到糊化后的LS-2氧化木薯淀粉。
4.根据权利要求1所述的低表面开孔率保护纸基材的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的底层涂布剂的涂布高度为8～12μm。
5.根据权利要求1所述的低表面开孔率保护纸基材的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的搅拌的转速为100～400rpm；
步骤(2)中所述的烘干的条件为：烘干温度70～105℃，烘干时间1～3min；
步骤(2)中所述的恒温恒湿的条件为：温度23～25℃，湿度50％；
步骤(2)中所述的放置的时间为48小时以上。
6.根据权利要求1所述的低表面开孔率保护纸基材的制备方法，其特征在于：在步骤(1)之后还包括将得到的底层涂布液进行过滤的步骤，以去除底层涂布剂中未溶解的杂质。
7.一种低表面开孔率保护纸基材，其特征在于：通过权利要求1～6任一项所述的方法制备得到。
8.权利要求7所述的低表面开孔率保护纸基材在人造板材保护方面的应用。
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