納米二氧化鈦改性后制備的填料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于裝飾原紙所用填料技術領域，具體涉及一種納米二氧化鈦改性后制備 的填料及其制備方法以及該填料在生產裝飾原紙中的應用。
【背景技術】
[0002] 隨著社會進步，人們生活水平提高以及對森林資源的保護意識的增強，經濟、環 保、實用的人造裝飾板越來越受到人們的青睞，裝飾板業得到迅速發展。裝飾原紙是人造裝 飾板的表面用紙，屬于特種工業用紙，經浸膠和印刷后，用于各種刨花板和人造板的表面裝 飾，如防火板、強化木地板、家具、墻面、車船內部裝飾等。中國裝飾原紙的需求量節節攀升。 據不完全統計，當前國內裝飾原紙市場需求量約在28萬噸/年（個別低檔品種不在統計之 列），且每年以10% -15%的速度增長。
[0003] 裝飾原紙與普通紙有以下三點不同：1.有極高的填料含量；2.不使用內部施膠 劑；3.不進行表面施膠。同時為了后加工印刷的需要，對定量、吸收性、光學性能、抗張強 度、濕強度、透氣度、平滑度、勻度等技術指標均有嚴格要求，其中尤以吸收性、濕強度對后 續加工影響更大。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種裝飾原紙用填料，該填料由納米二氧化鈦改性后制備得 到，使用該填料生產的裝飾原紙可進行印刷，并且耐候性、耐磨性好。
[0005] 為了實現本發明所述目的，發明人提供了以下技術方案。
[0006] 納米二氧化鈦改性后制備的填料，所述填料的組成包括金紅石型納米二氧化鈦、 偏鋁酸鈉和硅烷偶聯劑KH-570,其中，硅烷偶聯劑KH-570的摩爾量與二氧化鈦及偏鋁酸鈉 摩爾量之和的比例為1: (4~6)，二氧化鈦與偏鋁酸鈉的摩爾比為10: (0. 2~0. 4)。
[0007] 硅烷偶聯劑KH-570的摩爾量與二氧化鈦及偏鋁酸鈉摩爾量之和的比例為1 :5,二 氧化鈦與偏鋁酸鈉的摩爾比為10 :〇. 3。
[0008] 本發明還涉及一種納米二氧化鈦改性后制備的填料的制備方法，包括以下操作步 驟：
[0009] A.包覆：將金紅石型納米二氧化鈦進行研磨，使二氧化鈦粉體的填充達到80% 以上，之后置于去離子水中，用氫氧化鈉溶液調節pH值為10,隨后攪拌45min，超聲分散 20min，靜置25min，水選分級除去粒度大于2微米的顆粒，得到鈦白粉漿液，向其中加入偏 鋁酸鈉溶液，攪拌均勻，在20min內滴入酸化劑調節pH值達到6,反應0. 5h，反應結束后迅 速抽濾，用去離子水洗滌，所得濾餅在200°C條件下干燥2h，干燥后的濾餅進行碾磨，使顆 粒小于0. 3 ym，即得到包覆產品，備用；
[0010]B.改性：向步驟A得到的包覆產品中加去離子水配置成濃度為50g/L的混懸液， 用醋酸溶液調節pH值為4,隨后用乳化機分散30min，再超聲分散30min，加入硅烷偶聯劑 KH-570,控溫80°C反應，攪拌反應4h，反應結束后過濾，用去離子水洗滌，所得濾餅用無水 乙醇抽提6h，在100°C條件下干燥12h，粉碎使顆粒達到0. 1~0. 3 ym，即得到二氧化鈦填 料。
[0011] 步驟A所述氫氧化鈉溶液的濃度為1. 5mol/L。
[0012] 步驟A所述酸化劑為硫酸或鹽酸，濃度為0. 5mol/L。
[0013] 步驟B所述醋酸溶液的濃度為50 %。
[0014] 本發明還涉及一種裝飾原紙，裝飾原紙中含有所述的納米二氧化鈦改性后制備的 填料，填料的含量為40%。
[0015] 本發明還涉及所述納米二氧化鈦改性后制備的填料在生產裝飾原紙中的應用。
[0016] 本發明所述硅烷偶聯劑KH-570為y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷。
[0017] 本發明所述填料的組成中使用了金紅石型的納米二氧化鈦，金紅石型的與銳鈦型 的相比耐候性好，性能更穩定。
[0018] 包覆步驟偏鋁酸鈉的用量為納米二氧化鈦質量的3%，在此條件下，本發明所述填 料的制備方法包括兩個步驟，包覆和改性，第一步包覆是對納米二氧化鈦進行三氧化二鋁 的包覆，這樣做能夠提高填料的白度和耐磨性能，第二步是對包覆后的粉體進行硅烷偶聯 劑改性，建立有機-無機互穿網絡結構，使得產品的耐磨性提高，因為是多維立體結構，結 構應力在增大，所以耐拉扯、耐磨。
[0019] 納米二氧化鈦改性后制備得到的填料可用于生產裝飾原紙，生產方法采用常規的 操作方法即可，比如附圖1所示的工藝流程，將納米二氧化鈦改性后制備得到的填料與針 闊葉木漿混合均勻，添加各種助劑，進行抄造，制得的紙片放入105°c的烘箱中進行熟化處 理，熟化時間為30min。
[0020] 本發明所述填料兼具有機/無機三維互穿網絡結構，既具有高分子的柔韌性，又 具有無機的剛性和耐磨性，能夠大幅度提高紙張的綜合性能，通過疏水組分的作用，增加纖 維間的結合強度，改善紙張的油墨吸收性，對紙質的印刷性能有所提升，對裝飾原紙的耐磨 性提升也很大。
[0021] 因此，使用本發明所述填料生產得到的裝飾原紙具有良好的耐磨性，主要是由于 經KH-570表面改性的納米二氧化鈦可同時提高強度和韌性，這是因為：首先納米二氧化鈦 的表面改性改善了其在原紙紙漿中的相容性和分散性，當原紙受到拉伸時，納米二氧化鈦 粒子起到了交聯點的作用，可以均勻分布應力，減少整體破壞。其次，納米二氧化鈦表面包 覆的KH-570分子中有不飽和雙鍵，在于紙漿復合時，由于熱能和機械能的作用，會打開雙 鍵發生交聯反應，在納米二氧化鈦和紙漿之間形成一個柔性界面層，從而在受力時促進納 米二氧化鈦表面附近的聚合物屈服和變形，卸掉應力。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明所述填料用于生產裝飾原紙的第一種工藝流程圖。
[0023] 圖2為本發明所述填料用于生產裝飾原紙的第二種工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面具體實施例對本發明所述內容作進一步詳細的說明。
[0025] 本發明不僅可以采用圖一的工藝流程，也可以采用圖2所示的生產工藝。
[0026] 實施例1填料的制備
[0027] 稱取22.5g金紅石型納米Ti02粉體，經充分研磨后分散于400g去離子水中，用 NaOH溶液調節pH到10。經磁力恒溫攪拌器攪拌45min后，超聲分散20min，靜置25min，水 選分級除去粒度大于2微米的顆粒，得到鈦白粉漿液。將鈦白粉漿液移入800mL帶有擋板 的雙層不銹鋼反應釜，用恒溫槽控制反應釜內溫度。在反應釜內加入NaA10 2溶液20. lmL并 攪拌，在20min內逐步滴入酸化劑〇^04或此1)，使pH值達到規定值。反應完成后，迅速 抽濾、洗滌。濾餅放入烘箱內，在200°C時烘2h，充分碾磨后得到包膜后的納米Ti0 2粉體。
[0028] 將經過包覆的納米1102粉體用去離子水配置成50g/l的懸浮液，用W = 50%的醋 酸溶液調節pH = 4,先用乳化機高速分散30min，再超聲分散30min，移入500ml的三口燒 瓶中，加入m(KH-570):m(氧化鋁、氧化鈦）=1:5的硅烷偶聯劑，放到恒溫水槽中維持反應 溫度80攝氏度，在快速攪拌的條件下反應4h，然后過濾、洗滌，分離的固體用無水乙醇抽提 6h，在100°C下干燥12h，粉碎后即得到經KH-570改性的產品，即本發明所述填料。
[0029] 實施例2耐磨裝飾原紙的制備
[0030] 首先將木漿進行碎漿處理，并進行貯存、打漿后放入貯存池中備用。將耐磨料與貯 存池中備用的漿料以及濃白水均倒入配料池，通過斜網進行過篩，并進行壓榨、干燥后成型 為裝飾原紙。最后進行卷取、復卷、檢測、包裝后入庫。由于此原紙的制備不屬于本發明要 保護的技術方案，在此不再贅述。用普通的原紙制造方法均可以實現。
[0031] 實施例3裝飾原紙性能測試
[0032] 為了考察本發明所述填料用于生產得到的裝飾原紙的性能，發明人對實施例2得 到的裝飾原紙進行了性能測試。
[0033]由于紙張是一種多孔材料，不同于塑料薄膜、鐵皮之類的承印物，它具有與土壤、 沉積巖層相似的多孔結構。由纖維網絡形成的空隙是紙張吸收油墨的基礎，因此對油墨的 吸收能力便成為可印刷裝飾原紙的一個重要指標，它決定著油墨印刷到紙張表面后的滲透 量和滲透速率。
[0034] 性能測試實驗以殘余油墨的降低量來表征油墨的吸收率，并用白度的提高量共同 評價裝飾原紙的油墨吸收性，結果如表1所示（填料用量百分比是填料占整個紙漿料的百 分比）。
[0035]表1
【主權項】
1. 納米二氧化鈦改性后制備的填料，其特征在于，所述填料的組成包括金紅石型納米 二氧化鈦、偏鋁酸鈉和硅烷偶聯劑KH-570,其中，硅烷偶聯劑KH-570的摩爾量與二氧化鈦 及偏鋁酸鈉摩爾量之和的比例為1: (4~6)，二氧化鈦與偏鋁酸鈉的摩爾比為10: (0. 2~ 0? 4) 〇
2. 根據權利要求1所述的填料，其特征在于，硅烷偶聯劑KH-570的摩爾量與二氧化鈦 及偏鋁酸鈉摩爾量之和的比例為1 :5,二氧化鈦與偏鋁酸鈉的摩爾比為10 :0. 3。
3. 如權利要求1所述的納米二氧化鈦改性后制備的填料的制備方法，其特征在于，包 括以下操作步驟： A. 包覆：將金紅石型納米二氧化鈦進行研磨，使二氧化鈦粉體的填充達到80%以上， 之后置于去離子水中，用氫氧化鈉溶液調節pH值為10,隨后攪拌45min，超聲分散20min， 靜置25min，水選分級除去粒度大于2微米的顆粒，得到鈦白粉漿液，向其中加入偏鋁酸鈉 溶液，攪拌均勻，在20min內滴入酸化劑調節pH值達到6,反應0. 5h，反應結束后迅速抽濾， 用去離子水洗滌，所得濾餅在200°C條件下干燥2h，干燥后的濾餅進行碾磨，使顆粒小于 0? 3ym，即得到包覆產品，備用； B. 改性：向步驟A得到的包覆產品中加去離子水配置成濃度為50g/L的混懸液，用 醋酸溶液調節PH值為4,隨后用乳化機分散30min，再超聲分散30min，加入硅烷偶聯劑 KH-570,控溫80°C反應，攪拌反應4h，反應結束后過濾，用去離子水洗滌，所得濾餅用無水 乙醇抽提6h，在100°C條件下干燥12h，粉碎使顆粒達到0. 1~0. 3ym，即得到二氧化鈦填 料。
4. 根據權利要求3所述的納米二氧化鈦改性后制備的填料的制備方法，其特征在于， 步驟A所述氫氧化鈉溶液的濃度為I. 5mol/L。
5. 根據權利要求3所述的納米二氧化鈦改性后制備的填料的制備方法，其特征在于， 步驟A所述酸化劑為硫酸或鹽酸，濃度為0. 5mol/L。
6. 根據權利要求3所述的納米二氧化鈦改性后制備的填料的制備方法，其特征在于， 步驟B所述醋酸溶液的濃度為50%。
7. -種裝飾原紙，其特征在于，含有權利要求1所述的納米二氧化鈦改性后制備的填 料，填料的含量為40%。
8. 如權利要求1所述納米二氧化鈦改性后制備的填料在生產裝飾原紙中的應用。
【專利摘要】本發明公開了納米二氧化鈦改性后制備的填料及其制備方法和應用。所述填料由金紅石型納米二氧化鈦、三氧化二鋁和硅烷偶聯劑KH-570組成，通過包覆和改性兩個步驟，即可得到制備得到。該填料可用于生產裝飾原紙，生產得到的裝飾原紙適于印刷，并且耐候性、耐磨性好。
【IPC分類】C09C3-12, C09C3-08, C09C3-06, C09C3-04, D21H17-69, C09C1-36
【公開號】CN104775322
【申請號】CN201510154666
【發明人】張川, 張千, 張建平
【申請人】河北納諾新材料科技有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月2日