一种高耐折特种纸及其制备方法和应用

1.本发明属于纳米纤维和造纸领域，具体涉及一种高耐折特种纸及其制备方法和应用。


背景技术：

2.纸张作为一种具有三维(3d)多孔结构的柔性材料，广泛应用于文化、包装、印刷和人们的日常生活。纸张的机械强度对其应用场景和使用寿命具有重要意义，尤其是在需要极高强度和超长耐久性的情况下。通常，纸张的机械强度包括抗拉、撕裂、破裂和耐折性能。在这些强度性能中，耐折性能是唯一一种测量纸张在反复或粗暴处理下的耐久性的强度测试，代表纸张在失去足够的拉伸强度并断裂之前可以重复折叠的次数。因此，与其他强度测试相比，耐折度对纸张的柔韧性更为敏感，并且会随着纸张使用或老化而显著降低。
3.在一些会反复加工或在使用过程中可能会反复折叠的特种纸，如纸币、证券、地图、海图等，特别需要极高的耐折性。这些特种纸一般由长度更长、强度和韧性更高的棉纤维制成，以保证其具有高耐折度和持久的耐用性。然而，由于棉纤维的细胞壁上微细纤维与纤维主轴夹角大(大约为45
°
)且呈螺旋交叉排列，导致在现有打浆设备和工艺组合确定的情况下，浆料均整性很难有本质的提升，纤维分丝帚化率提升难度大、磨浆能耗高，得到的浆料纤维长度分布范围宽、纤维强度受损严重导致柔韧性差，极大地影响了棉纤维成纸的耐折性能与使用效果。通常在造纸行业中通过加入化学品增强剂或表面施胶来提高纸张的耐折性，但又增加了纸张生产工序流程和成本。因此，开发具有高耐折性能的特种纸及其制备技术具有重要的意义，能有效改善传统纤维素特种纸的服役能力与寿命，提升产品档次，满足高端领域应用的要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有高耐折特种纸及其制备方法和应用，以克服棉纤维磨浆分丝帚化难度大、磨浆能耗高、棉纤维浆料纤维长度分布范围宽、纤维强度受损严重以及柔韧性差而导致的棉纤维成纸耐折度差、强度低、使用寿命短的问题。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种高耐折特种纸的制备方法，包括以下步骤：
7.s1：对经过磨浆后的棉短绒浆料按照纤维长度进行筛分，得到分级棉浆料；
8.所述分级棉浆料分为f1短纤维棉浆料、f2中短纤维棉浆料、f3中长纤维棉浆料和f4长纤维棉浆料；
9.s2：对上述分级棉浆料按照预设重量份数的比例进行重组，并按照重组标准进行评估，评估合格后得到重组棉浆料，若不合格则重复s2直到评估合格；
10.s3：将所述重组棉浆料和纤维素纳米纤丝按比例进行配抄，然后经过抽滤、压榨和干燥处理得到高耐折特种纸。
11.进一步地，所述f1短纤维棉浆料的纤维长度为0.1mm～0.3mm，所述f2中短纤维棉
浆料的纤维长度为0.3mm～0.6mm，所述f3中长纤维棉浆料的纤维长度为0.6mm～1.2mm，所述f4长纤维棉浆料的纤维长度为1.2mm～1.7mm。
12.进一步地，s2中，所述预设重量份数的比例为f1短纤维棉浆料：f2中短纤维棉浆料：f3中长纤维棉浆料：f4长纤维棉浆料＝(40份～60份)：(10份～30份)：(5份～25份)：(5份～20份)。
13.进一步地，s2中，所述预设重量份数总共为100份。
14.进一步地，s2中，所述重组标准包括纤维平均长度和打浆度。
15.进一步地，所述纤维平均长度为0.8mm～0.9mm，所述打浆度为55
°
sr～65
°
sr。
16.进一步地，s3中，所述重组棉浆料和纤维素纳米纤丝以质量比为(90～98)：(2～10)进行配抄。
17.进一步地，s3中，所述纤维素纳米纤丝的长度为200μm～500μm，直径为20nm～100nm，长径比为2000～5000。
18.一种高耐折特种纸，采用上述一种高耐折特种纸的制备方法得到，所述高耐折特种纸的定量为80g/m2～100g/m2，抗张强度为65n/cm～90n/cm，耐折度为2400次～3800次。
19.一种高耐折特种纸在纸币、证券、地图和海图纸中的应用。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
21.本发明提供一种高耐折特种纸的制备方法，利用浆料筛分重组技术实现棉浆料纤维长度分布精确调控，优化纤维分布区间跨度，提升浆料的均整性与帚化率，同时保证浆料滤水与保水效果，克服传统棉浆料纤维长度分布范围宽、纤维强度受损严重导致柔韧性差、棉纤维成纸的耐折性能低、强度低和使用寿命短等问题。
22.进一步地，本发明利用具有独特纳米尺度结构、高比表面积和超高长径比(》2000)的纤维素纳米纤丝作为棉浆纤维的增强材料，充分发挥纤维素纳米纤丝优异的交织成网能力，使得特种纸在受到外力拉伸或反复折叠过程中可以通过裂纹处纳米纤维取向及偏转实现应力传递、转移与耗散，提升纸张整体的柔韧性与耐折强度。
23.本发明提供的一种高耐折特种纸，具有优异的机械强度和柔韧性，能够满足对高强度、高柔韧性和耐老化材料的需求，且该高耐折特种纸的定量为80g/m2～100g/m2，抗张强度为65n/cm～90n/cm，耐折度为2400次～3800次。
24.本发明提供的一种高耐折特种纸在特种纸方面的应用，能够应用于对耐久性与耐折强度要求较高的特种纸如纸币、证券、地图、海图纸等领域，能够解决目前纤维素基材料在高值化应用过程中存在的技术难题，在特种纸和复合材料增强等领域应用前景广阔。
附图说明
25.说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.图1为本发明制备流程示意图。
具体实施方式
27.下面本发明的做进一步详细描述：
28.一种高耐折特种纸，利用纤维平均长度为0.8mm～0.9mm，打浆度为55
°
sr～65
°
sr
的重组棉浆料与长度为200μm～500μm、直径为20nm～100nm、长径比为2000～5000的纤维素纳米纤丝按照质量比(90-98)：(2-10)配抄；所述高耐折特种纸的定量为80g/m2～100g/m2，抗张强度为65n/cm～90n/cm，撕裂强度为耐折度为2400-3800次，可应用于对耐久性与耐折强度要求较高的特种纸如纸币、证券、地图、海图纸等领域。
29.一种高耐折特种纸的制备方法，包括以下步骤：
30.步骤一：利用筛分仪将打浆度为55
°
sr～65
°
sr、纤维平均长度为0.8mm～0.9mm、长度分布范围为0.1mm～1.7mm的叩后棉短绒浆料筛分，按照纤维长度筛分分组如下：f1短纤维(0.1mm～0.3mm)、f2中短纤维(0.3mm～0.6mm)、f3中长纤维(0.6mm～1.2mm)、f4长纤维(1.2mm～1.7mm)，得到分级棉浆料；
31.步骤二：将步骤一得到的分级棉浆料按照如下比例进行重组：f1-f4的重量份数分别为：40-60份：10-30份：5-25份：5-20份，重组总重量份数为100份，再对其平均长度和打浆度进行评估，需要满足的纤维平均长度为0.8mm～0.9mm，打浆度为55
°
sr～65
°
sr，得到重组棉浆料；
32.步骤三：将步骤二得到的重组棉浆料与纤维素纳米纤丝按照(90-98)：(2-10)的质量比配抄，经过抄片器抽滤成形、压榨、干燥等工序得到高耐折特种纸。
33.下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.以下详细说明均是实施例的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
35.实施例1
36.一种高耐折特种纸的制备方法，包括以下步骤：
37.步骤一：利用筛分仪将打浆度为55
°
sr、纤维平均长度为0.9mm、长度分布范围为0.1-1.7mm的叩后棉短绒浆料筛分，按照纤维长度筛分分组如下：f1短纤维(0.1-0.3mm)、f2中短纤维(0.3-0.6mm)、f3中长纤维(0.6-1.2mm)、f4长纤维(1.2-1.7mm)，得到分级棉浆料；
38.步骤二：将步骤一得到的分级棉浆料按照如下比例进行重组：f1-f4的重量份数分别为：40份：15份：25份：20份，重组总重量份数为100份，再对其平均长度和打浆度进行评估，纤维平均长度为0.9mm，打浆度为55
°
sr，满足条件，得到重组棉浆料；
39.步骤三：将步骤二得到的重组棉浆料与纤维素纳米纤丝按照98：2的质量比配抄，经过抄片器抽滤成形、压榨、干燥等工序得到高耐折特种纸。
40.通过该实施例1制备的一种高耐折特种纸，利用平均长度为0.8-0.9mm，打浆度为55
°
sr～65
°
sr的重组棉浆料与长度为200-500μm、直径为20-100nm、长径比为2000-5000的纤维素纳米纤丝按照质量比98：2配抄；所述高耐折特种纸的定量为80g/m2，抗张强度为65n/cm，撕裂强度为耐折度为2400次，可应用于对耐久性与耐折强度要求较高的特种纸如纸币、证券、地图、海图纸等领域。
41.实施例2
42.一种高耐折特种纸的制备方法，包括以下步骤：
43.步骤一：利用筛分仪将打浆度为58
°
sr、纤维平均长度为0.87mm、长度分布范围为
5000的纤维素纳米纤丝按照质量比93：7配抄；所述高耐折特种纸的定量为93g/m2，抗张强度为87n/cm，撕裂强度为耐折度为3350次，可应用于对耐久性与耐折强度要求较高的特种纸如纸币、证券、地图、海图纸等领域。
59.实施例5
60.一种高耐折特种纸的制备方法，包括以下步骤：
61.步骤一：利用筛分仪将打浆度为63
°
sr、纤维平均长度为0.82mm、长度分布范围为0.1-1.7mm的叩后棉短绒浆料筛分，按照纤维长度筛分分组如下：f1短纤维(0.1-0.3mm)、f2中短纤维(0.3-0.6mm)、f3中长纤维(0.6-1.2mm)、f4长纤维(1.2-1.7mm)，得到分级棉浆料；
62.步骤二：将步骤一得到的分级棉浆料按照如下比例进行重组：f1-f4的重量份数分别为：55份：25份：15份：5份，重组总重量份数为100份，再对其平均长度和打浆度进行评估，需要满足的纤维平均长度为0.82mm，打浆度为63
°
sr，得到重组棉浆料；
63.步骤三：将步骤二得到的重组棉浆料与纤维素纳米纤丝按照92：8的质量比配抄，经过抄片器抽滤成形、压榨、干燥等工序得到高耐折特种纸。
64.通过该实施例5制备的一种高耐折特种纸，利用纤维平均长度为0.8-0.9mm，打浆度为55
°
sr～65
°
sr的重组棉浆料与长度为200-500μm、直径为20-100nm、长径比为2000-5000的纤维素纳米纤丝按照质量比92：8配抄；所述高耐折特种纸的定量为95g/m2，抗张强度为89n/cm，撕裂强度为耐折度为3652次，可应用于对耐久性与耐折强度要求较高的特种纸如纸币、证券、地图、海图纸等领域。
65.实施例6
66.一种高耐折特种纸的制备方法，包括以下步骤：
67.步骤一：利用筛分仪将打浆度为65
°
sr、纤维平均长度为0.8mm、长度分布范围为0.1-1.7mm的叩后棉短绒浆料筛分，按照纤维长度筛分分组如下：f1短纤维(0.1-0.3mm)、f2中短纤维(0.3-0.6mm)、f3中长纤维(0.6-1.2mm)、f4长纤维(1.2-1.7mm)，得到分级棉浆料；
68.步骤二：将步骤一得到的分级棉浆料按照如下比例进行重组：f1-f4的重量份数分别为：60份：30份：5份：5份，重组总重量份数为100份，再对其平均长度和打浆度进行评估，需要满足的纤维平均长度为0.8mm，打浆度为65
°
sr，得到重组棉浆料；
69.步骤三：将步骤二得到的重组棉浆料与纤维素纳米纤丝按照90：10的质量比配抄，经过抄片器抽滤成形、压榨、干燥等工序得到高耐折特种纸。
70.通过该实施例6制备的一种高耐折特种纸，利用纤维平均长度为0.8-0.9mm，打浆度为55
°
sr～65
°
sr的重组棉浆料与长度为200-500μm、直径为20-100nm、长径比为2000-5000的纤维素纳米纤丝按照质量比90：10配抄；所述高耐折特种纸的定量为100g/m2，抗张强度为90n/cm，撕裂强度为耐折度为3800次，可应用于对耐久性与耐折强度要求较高的特种纸如纸币、证券、地图、海图纸等领域。
71.通过上述实施例证明，本发明采用新工艺、新方法研发生产出一种高耐折特种纸，有效提升提升纸张整体的柔韧性与耐折强度，克服传统棉浆料纤维长度分布范围宽、纤维强度受损严重导致柔韧性差、棉纤维成纸的耐折性能低等问题，有望应用于对耐久性与耐折强度要求较高的特种纸如纸币、证券、地图、海图纸等领域。
72.以上所述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保
护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高耐折特种纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：对经过磨浆后的棉短绒浆料按照纤维长度进行筛分，得到分级棉浆料；所述分级棉浆料分为f1短纤维棉浆料、f2中短纤维棉浆料、f3中长纤维棉浆料和f4长纤维棉浆料；s2：对上述分级棉浆料按照预设重量份数的比例进行重组，并按照重组标准进行评估，评估合格后得到重组棉浆料，若不合格则重复s2直到评估合格；s3：将所述重组棉浆料和纤维素纳米纤丝按比例进行配抄，然后经过抽滤、压榨和干燥处理得到高耐折特种纸。2.根据权利要求1所述的一种高耐折特种纸的制备方法，其特征在于，所述f1短纤维棉浆料的纤维长度为0.1mm～0.3mm，所述f2中短纤维棉浆料的纤维长度为0.3mm～0.6mm，所述f3中长纤维棉浆料的纤维长度为0.6mm～1.2mm，所述f4长纤维棉浆料的纤维长度为1.2mm～1.7mm。3.根据权利要求1所述的一种高耐折特种纸的制备方法，其特征在于，s2中，所述预设重量份数的比例为f1短纤维棉浆料：f2中短纤维棉浆料：f3中长纤维棉浆料：f4长纤维棉浆料＝(40份～60份)：(10份～30份)：(5份～25份)：(5份～20份)。4.根据权利要求1所述的一种高耐折特种纸的制备方法，其特征在于，s2中，所述预设重量份数总共为100份。5.根据权利要求1所述的一种高耐折特种纸的制备方法，其特征在于，s2中，所述重组标准包括纤维平均长度和打浆度。6.根据权利要求5所述的一种高耐折特种纸的制备方法，其特征在于，所述纤维平均长度为0.8mm～0.9mm，所述打浆度为55
°
sr～65
°
sr。7.根据权利要求1所述的一种高耐折特种纸的制备方法，其特征在于，s3中，所述重组棉浆料和纤维素纳米纤丝以质量比为(90～98)：(2～10)进行配抄。8.根据权利要求1所述的一种高耐折特种纸的制备方法，其特征在于，s3中，所述纤维素纳米纤丝的长度为200μm～500μm，直径为20nm～100nm，长径比为2000～5000。9.一种高耐折特种纸，其特征在于，采用任意权利要求1～8所述的一种高耐折特种纸的制备方法得到，所述高耐折特种纸的定量为80g/m2～100g/m2，抗张强度为65n/cm～90n/cm，耐折度为2400次～3800次。10.采用权利要求9所述的一种高耐折特种纸在纸币、证券、地图和海图纸中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高耐折特种纸及其制备方法，利用具有独特纳米尺度结构、高比表面积、超高长径比的纤维素纳米纤丝作为棉浆纤维的增强材料，同时利用浆料筛分重组技术实现棉浆料纤维长度分布精确调控，优化纤维分布区间跨度，提升浆料的均整性与帚化率，同时保证浆料滤水与保水效果，克服传统棉浆料纤维长度分布范围宽、纤维强度受损严重导致柔韧性差以及棉纤维成纸的耐折性能低等问题，显著提高特种纸的机械强度与柔韧性，有望应用于对耐久性与耐折强度要求较高的特种纸如纸币、证券、地图、海图纸等领域。图纸等领域。图纸等领域。


技术研发人员：杨斌 庞瑞雪 张美云 宋顺喜 谭蕉君 聂景怡
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/6