1.本发明涉及造纸技术领域，具体提供一种复合石头纸及其制备方法与应用。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
3.传统纸的主要原料是木材等植物纤维，其生产大致分为制浆和造纸两个基本过程，制浆过程是把原料离解变成本色纸浆或漂白纸浆，造纸过程是将悬浮在水中的纸浆纤维，经过各种加工制成合乎要求的纸张，然而，由于传统纸需要大量木材作为原料，且生产过程中需要对植物纤维进行蒸煮、漂白等处理工艺，产生大量废水，严重污染环境，治理难度极大。此外，传统纸不耐潮湿、腐蚀，尺寸稳定性和各项物理机械能差，已不能满足许多用纸领域的特殊要求。因此，利用非植物纤维造纸技术在近几年来得到了较快的发展。
4.石头纸是一种介于纸张和塑料之间的新型材料，它既可替代传统的部分功能性纸张、专业性纸张，又能替代传统的大部分塑料包装物。且石头纸具有成本低、可控性降解的特点，能够为使用者节省大量的成本，且不会产生污染。
5.然而，发明人发现，目前市售的石头纸韧性较差，尤其是作为包装用纸时承重能力差，极大限制了石头纸的应用。


技术实现要素：

6.针对现有技术中石头纸韧性较差，作为包装用纸承重能力差的问题，本发明在石头纸中掺入一定量的纤维，提高石头纸的承重能力。
7.本发明一个或一些实施方式中，提供一种复合石头纸，以海泡石绒和木浆的混合物为基体，在基体中均匀分布有纤维。
8.本发明一个或一些实施方式中，提供一种复合石头纸的制备方法，包括如下步骤：
9.在干强剂中加入纤维并搅拌，制得溶液1；
10.将海泡石绒与木浆混合，搅拌均匀，得到溶液2；
11.对溶液2进行除渣净化，然后边搅拌边在溶液2中加入溶液1，得到溶液3；
12.将溶液3上丝网，形成湿纸幅，进行压榨脱水后进行烘干，再经过压光，得到复合石头纸。
13.本发明一个或一些实施方式中，提供上述复合石头纸或上述复合石头纸的制备方法制得的产品作为包装用纸的应用。
14.上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：
15.1)本发明在石头纸中加入纤维，使石头纸韧性大大增加，且在干强剂中加入纤维并搅拌，纤维被拉扯边长，且与干强剂结合紧密，使得纤维干强剂(溶液1)加入纸浆(溶液2)时，纤维被均匀分布于石头纸的同时，将石头纸纤维聚拢收缩，使石头纸各部分更加紧密，提高石头纸的承重能力，扩宽了石头纸的应用。
16.2)本发明复合石头纸的制备方法简单，对设备要求较低，工艺成本较低。
具体实施方式
17.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
18.针对现有技术中石头纸韧性较差，作为包装用纸承重能力差的问题，本发明在石头纸中掺入一定量的纤维，提高石头纸的承重能力。
19.本发明一个或一些实施方式中，提供一种复合石头纸，以海泡石绒和木浆的混合物为基体，在基体中均匀分布有纤维。
20.优选的，所述海泡石绒、木浆、纤维的质量比为100-150：30-50：0.8-1.5。
21.本发明一个或一些实施方式中，提供一种复合石头纸的制备方法，包括如下步骤：
22.在干强剂中加入纤维并搅拌，制得溶液1；
23.将海泡石绒与木浆混合，搅拌均匀，得到溶液2；
24.对溶液2进行除渣净化，然后边搅拌边在溶液2中加入溶液1，得到溶液3；
25.将溶液3上丝网，形成湿纸幅，进行压榨脱水后进行烘干，再经过压光，得到复合石头纸。
26.海泡石绒属于非金属矿，呈白色，外观象粘结在一起的一排白绒。其性能:耐高温、保温，有很强的吸附能力，脱色能力、热稳定性高，耐高温1500℃-1700℃，造型好，收缩率低，不易裂开，以及抗盐度高，抗腐蚀，有抗辐射的特殊性能，因此，将其作为石头纸的原料，与木浆混合制备石头纸，大大减少了木浆用量，在保护环境的同时降低了制作成本。
27.本发明在石头纸中加入纤维，使石头纸韧性大大增加，且在干强剂中加入纤维并搅拌，纤维被拉扯边长，且与干强剂结合紧密，使得纤维干强剂(溶液1)加入纸浆(溶液2)时，纤维被均匀分布于石头纸的同时，将石头纸纤维聚拢收缩，使石头纸各部分更加紧密，提高石头纸的承重能力，扩宽了石头纸的应用。
28.优选的，所述纤维包括尼龙纤维、聚酯纤维、棉纤维、麻纤维中的一种或多种；上述几种纤维在拉长的同时不易断裂，适合作为复合石头纸纤维使用。
29.或，所述干强剂质量分数为4-7％；若所述干强剂质量分数增大，超过质量分数范围，可能会导致复合石头纸变脆，强度降低，若所述干强剂质量分数减小，小于质量分数范围，可能会导致复合石头纸纤维分布不均。
30.或，所述干强剂为淀粉基干强剂。
31.优选的，所述干强剂的制备方法包括如下步骤：
32.将淀粉、氢氧化钠、尿素、混合水搅拌，得到淀粉混合液；
33.搅拌并加热升温，加入过硫酸钠和2,3环氧丙基三甲基氯化铵，进行氧化降解和阳离子化，反应得到粘稠液体，用盐酸调体系至中性；
34.通氮气，加入丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸甲酯、引发剂过硫酸铵为，升温至反应一段时间后，冷却，得到干强剂。
35.进一步优选的，所述淀粉、氢氧化钠、尿素质量比为30:2:1；
36.进一步优选的，所述淀粉、氢氧化钠、尿素、过硫酸钠、2,3环氧丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸甲酯、过硫酸铵质量比为30:2:1:2:4:80:10:2:6。
37.优选的，所述干强剂的制备方法包括如下步骤：
38.将淀粉溶液和聚乙烯醇溶液搅拌并加热至沸腾，再加入阳离子聚丙烯溶液继续搅拌得到干强剂。
39.进一步优选的，淀粉溶液的质量浓度为5％和聚乙烯醇溶液的浓度为5％；
40.进一步优选的，阳离子聚丙烯溶液的质量浓度1％。
41.优选的，在溶液3上丝网之前，在溶液3中加入明矾；明矾可用来辅助留着和絮凝以及控制树脂沉积物，进而能改变色调和影响湿纸幅与压榨辊间的吸附力。
42.优选的，所述海泡石绒、木浆、纤维、明矾的质量比为100-150：30-50：0.8-1.5：15：20。若明矾量不足，则无法做到留着和絮凝控制树脂沉积物，若明矾过量，则容易将对纸页强度、网部滤水和纤维结合产生负面影响，甚至可能降低松香施胶效率。
43.优选的，还包括向溶液3中加入树脂；
44.优选的，所述树脂包括脲醛树脂、pp中的一种或多种。所述树脂作用主要在于粘合无机矿物粉，使无机矿物粉塑型成纸，而脲醛树脂固化性能好，进一步提高塑型能力。
45.优选的，所述海泡石绒、木浆、纤维、树脂的质量比为100-150：30-50：0.8-1.5：30-50。
46.优选的，海泡石绒与木浆混合，搅拌速度为600r/min。
47.本发明一个或一些实施方式中，提供上述复合石头纸或上述复合石头纸的制备方法制得的产品作为包装用纸的应用。
48.实施例1
49.本实施例提供一种复合石头纸的制备方法，包括如下步骤：
50.步骤1：制备干强剂
51.按质量比淀粉：氢氧化钠：尿素为30:2:1进行称量，再加入一定量水搅拌，得到淀粉混合液，使淀粉混合液浓度为5wt％；
52.搅拌下加热升温至80℃，加入质量比为2的氧化剂过硫酸钠和质量比为4的2,3环氧丙基三甲基氯化铵，进行氧化降解和阳离子化，反应3-4个小时后，得到粘稠液体，用盐酸调体系的ph值至中性；
53.通氮气，加入丙烯酰胺：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：丙烯酸甲酯：引发剂过硫酸铵为80:10:2:6，升温至85℃反应2个小时后，冷却至25℃，得到干强剂；
54.上述比例为通用比例，即淀粉：氢氧化钠：尿素：过硫酸钠：2,3环氧丙基三甲基氯化铵：丙烯酰胺：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：丙烯酸甲酯：过硫酸铵为30:2:1:2:4:80:10:2:6。
55.步骤2：加入增强纤维
56.将干强剂2kg置于水中，加热溶解，使干强剂质量浓度为4％，然后向干强剂中加入10g尼龙纤维，搅拌均匀，得到纤维干强剂。
57.步骤3：制浆
58.称取200g的木浆和100kg水放入打浆机打浆，设置打浆度为15.5
°
sr，定量为60.0g/m2，再加入海泡石绒900g，机械搅拌均匀，搅拌速度为600r/min；利用涡旋除渣器对纸料进行筛选和净化，净化后边搅拌边加入步骤2中得到的纤维干强剂、再加入500g脲醛树脂，500r/min搅拌均匀，得到纸浆浆料；
59.步骤4：造纸
60.将步骤3得到的纸浆浆料上丝网前，加入200g明矾，然后使纸浆浆料在丝网上滤水形成湿纸幅，经压榨部脱水后进入干燥部烘干，再通过压光机压光，最后经过完成整理得到成品石头纸张。
61.实施例2
62.本实施例提供一种复合石头纸的制备方法，包括如下步骤：
63.步骤1：制备干强剂
64.分别称取3.5kg质量浓度为5％的淀粉溶液和浓度5％聚乙烯醇溶液，搅拌并加热至沸腾，再加入16kg质量浓度为1％的阳离子聚丙烯溶液继续搅拌3个小时，得到干强剂。
65.步骤2：加入增强纤维
66.将干强剂2kg置于水中，加热溶解，使干强剂质量浓度为7％，然后向干强剂中加入10g聚酯纤维，搅拌均匀，得到纤维干强剂。
67.步骤3：制浆
68.称取400g的木浆和100kg水放入打浆机打浆，设置打浆度为15.5
°
sr，定量为60.0g/m2，再加入海泡石绒1kg，机械搅拌均匀，搅拌速度为600r/min；利用涡旋除渣器对纸料进行筛选和净化，净化后边搅拌边加入步骤2中得到的纤维干强剂，再加入450g脲醛树脂、，500r/min搅拌均匀，得到纸浆浆料；
69.步骤4：造纸
70.将步骤3得到的纸浆浆料上丝网前，加入150g明矾，然后使纸浆浆料在丝网上滤水形成湿纸幅，经压榨部脱水后进入干燥部烘干，再通过压光机压光，最后经过完成整理得到成品石头纸张。
71.实施例3
72.本实施例提供一种复合石头纸的制备方法，包括如下步骤：
73.步骤1：制备纤维干强剂
74.将市售淀粉基干强剂2kg置于水中，加热溶解，使干强剂质量浓度为7％，然后向干强剂中加入10g尼龙纤维，搅拌均匀，得到纤维干强剂。
75.步骤2：制浆
76.称取200g的木浆和100kg水放入打浆机打浆，设置打浆度为15.5
°
sr，定量为60.0g/m2，再加入海泡石绒900g，机械搅拌均匀，搅拌速度为600r/min；利用涡旋除渣器对纸料进行筛选和净化，净化后边搅拌边加入步骤1中得到的纤维干强剂、再加入500g pp树脂，500r/min搅拌均匀，得到纸浆浆料；
77.步骤3：造纸
78.将步骤2得到的纸浆浆料上丝网前，加入200g明矾，然后使纸浆浆料在丝网上滤水形成湿纸幅，经压榨部脱水后进入干燥部烘干，再通过压光机压光，最后经过完成整理得到成品石头纸张。
79.对比例1
80.本实施例提供一种复合石头纸的制备方法，包括如下步骤：
81.步骤1：制备干强剂
82.按质量比淀粉：氢氧化钠：尿素为30:2:1进行称量，再加入一定量水搅拌，得到淀
粉混合液，使淀粉混合液浓度为5wt％；
83.搅拌下加热升温至80℃，加入质量比为2的氧化剂过硫酸钠和质量比为4的2,3环氧丙基三甲基氯化铵，进行氧化降解和阳离子化，反应3-4个小时后，得到粘稠液体，用盐酸调体系的ph值至中性；
84.通氮气，加入丙烯酰胺：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：丙烯酸甲酯：引发剂过硫酸铵为80:10:2:6，升温至85℃反应2个小时后，冷却至25℃，得到干强剂；
85.上述比例为通用比例，即淀粉：氢氧化钠：尿素：过硫酸钠：2,3环氧丙基三甲基氯化铵：丙烯酰胺：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：丙烯酸甲酯：过硫酸铵为30:2:1:2:4:80:10:2:6。
86.将干强剂置于水中，加热溶解，使干强剂质量浓度为4％。
87.步骤2：制浆
88.称取200g的木浆和100kg水放入打浆机打浆，设置打浆度为15.5
°
sr，定量为60.0g/m2，再加入海泡石绒900g，机械搅拌均匀，搅拌速度为600r/min；利用涡旋除渣器对纸料进行筛选和净化，净化后分别加入步骤1中得到的干强剂2kg、尼龙纤维10g、再加入500g脲醛树脂，500r/min搅拌均匀，得到纸浆浆料；
89.步骤3：造纸
90.将步骤2得到的纸浆浆料上丝网前，加入200g明矾，然后使纸浆浆料在丝网上滤水形成湿纸幅，经压榨部脱水后进入干燥部烘干，再通过压光机压光，最后经过完成整理得到成品石头纸张。
91.本实施例与实施例1区别在于，将增强纤维加入步骤3(木浆与海泡石棉混合物)中，而不是加入干强剂中。
92.对比例2
93.本实施例提供一种复合石头纸的制备方法，包括如下步骤：
94.步骤1：制备干强剂
95.分别称取3.5kg质量浓度为5％的淀粉溶液和浓度5％聚乙烯醇溶液，搅拌并加热至沸腾，再加入16kg质量浓度为1％的阳离子聚丙烯溶液继续搅拌3个小时，得到干强剂。
96.步骤2：加入增强纤维
97.将干强剂2kg置于水中，加热溶解，使干强剂质量浓度为7％，然后向干强剂中加入10g聚酯纤维，搅拌均匀，得到纤维干强剂。
98.步骤3：制浆
99.称取400g的木浆和100kg水放入打浆机打浆，设置打浆度为15.5
°
sr，定量为60.0g/m2，再加入海泡石绒1kg，机械搅拌均匀，搅拌速度为600r/min；加入步骤2中得到的纤维干强剂，然后利用涡旋除渣器对纸料进行筛选和净化，再加入450g脲醛树脂，并在500r/min搅拌均匀，得到纸浆浆料；
100.步骤4：造纸
101.将步骤3得到的纸浆浆料上丝网前，加入150g明矾，然后使纸浆浆料在丝网上滤水形成湿纸幅，经压榨部脱水后进入干燥部烘干，再通过压光机压光，最后经过完成整理得到成品石头纸张。
102.本实施例与实施例2的区别在于，步骤3中，将纤维干强剂一次性加入，而非边加入
边搅拌。
103.实施例4
104.本实施例对实施例1-3、对比例1-2所述的复合石头纸的制备方法制得的石头纸性能进行测试，测试结果如表1所示。
105.表1
106.实施例抗张指数nm/g撕裂指数mnm2/g实施例112.78.5实施例210.87.4实施例311.98.0对比例18.55.5对比例29.26.2
107.如表1所示，从实施例1-3、对比例1-2可以看出，所述实施例1-3制得的复合石头纸抗张能力、抗撕裂能力较强，但其中实施例2制得的复合石头纸性能与实施例1、3相比较差，显然实施例2中干强剂不如实施例1、3中干强剂与石头纸其它部分配合更好。
108.对比例1所述的复合石头纸效果较差，显然对比例1中将纤维加入纸浆中，无法起到对纤维进行拉伸的作用，导致复合石头纸抗张能力、抗撕裂能力较差。
109.对比例2所述的复合石头纸效果较差，显然溶液1与溶液2混合方式对石头纸性能影响较大。
110.以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。