本發(fā)明涉及特種紙的制備，尤其涉及添加石墨烯提高紙彈性模量的制造工藝。

背景技術(shù)：

植物纖維大多是通過化學(xué)方法提純、分化而得到相應(yīng)的纖維材料。而在制漿和漂白過程中，由于堿、漂白劑等化學(xué)藥品對植物纖維的溶解、剝離，會引起纖維強度下降，尤其是纖維彈性模量的降低，這使紙張彈性模量下降，以至于在某些應(yīng)用上受到了限制。

“石墨烯”是由一個碳原子與周圍三個近鄰碳原子結(jié)合形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳原子單層。石墨烯是當今發(fā)現(xiàn)的世界上最優(yōu)質(zhì)的材料，它有以下特點：最薄，0.35nm，被稱為現(xiàn)今世界最薄的材料；比表面積最大，2620m²/g；最硬，剛度優(yōu)于金剛石，是人類已知強度最高的物質(zhì)，比鋼鐵硬100倍；最抗拉，可彈性拉伸20％；熱導(dǎo)率最高，5300W/m·K；室溫下載流子最高遷移率200，000cm²/V·s；高透光性，透光率為97.7％/單層。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中普通復(fù)合紙彈性模量不高、無法滿足特定需要的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一些實施例提供了一種添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的方法，其中，石墨烯分子與植物纖維形成化學(xué)鍵和/或氫鍵、與非植物纖維之間的吸附結(jié)合作用加強了復(fù)合紙的結(jié)構(gòu)強度。

本發(fā)明的另一些實施例提供一種添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的方法，其中，石墨烯分子與植物纖維形成化學(xué)鍵和/或氫鍵、與非植物纖維之間的吸附結(jié)合作用加強了復(fù)合紙的結(jié)構(gòu)強度。所述高彈性模量石墨烯復(fù)合紙，由以下步驟加工得到：將紙漿疏解，打漿；將石墨烯水溶液用自來水稀釋，并加入分散劑十二烷基磺酸鈉；將經(jīng)稀釋的紙漿加入到經(jīng)稀釋的石墨烯溶液中，使其充分混合，分散；并且上機抄紙，干燥得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙。

本發(fā)明的又一實施例提供了一種添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的方法，包括將紙漿疏解,打漿；將石墨烯溶液加入自來水稀釋，并加入分散劑十二烷基磺酸鈉；將經(jīng)稀釋的紙漿加入到經(jīng)稀釋的石墨烯溶液中，使其充分混合，分散，形成石墨烯和紙漿的混合液；并且上機抄紙，干燥得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙等步驟。本發(fā)明的另一實施例提供了一種提高紙質(zhì)彈性模量的制造工藝，其包括：將紙漿疏解,打漿；將0.1-5重量份石墨烯水溶液；在攪拌狀態(tài)下加入自來水中，使石墨烯濃度達到約為0.005％-1％，加入0.01％-1％的分散劑十二烷基磺酸鈉，超聲10分鐘；取100重量份紙漿，稀釋至濃度0.001％-1％左右；將所述經(jīng)稀釋的紙漿緩慢加入到石墨烯水溶液中，攪拌30-60分鐘，超聲5-30分鐘；加入施膠劑和增強劑，攪拌均勻；上機抄紙，下機后90-120℃熟化30分鐘，得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙等步驟。

其中，在一些實施例中，制備方法還可以進一步包括對所述石墨烯進行分散。

其中，在一些實施例中，可以將所述經(jīng)稀釋的紙漿緩慢加入到經(jīng)稀釋的石墨烯溶液中。

其中，在一些實施例中，還可以包括向石墨烯溶液與紙漿分散液中加入施膠劑和/或干強劑、濕強劑，并攪拌均勻。

其中，在一些實施例中，所述石墨烯溶液中石墨烯可以為20層以下的碳原子材料。

其中，在一些實施例中，所述紙漿可以為針葉漿、闊葉漿、麻漿、葦漿、棉漿、草漿等植物纖維或玻璃纖維、合成纖維等非植物纖維中的其中一種或幾種。

其中，在一些實施例中，所述施膠劑可以為未改性和改性淀粉、烷基烯酮二聚體，縮寫為AKD、或烯基琥珀酸酐，縮寫為ASA中的任意一種。

其中，在一些實施例中，所述干強劑可以為淀粉類、聚丙烯酰胺類、或殼聚糖類等干強劑中的任意一種。

其中，制備石墨烯的溶劑可以是自來水、去離子水或蒸餾水，尤其是可以采用自來水，這樣可以大大降低工業(yè)生產(chǎn)的成本。通過將石墨烯均勻的分散在自來水中，并且與紙漿復(fù)合可制備出高彈性模量的復(fù)合紙，同時抗張強度也有所升高。真正做到在不降低抗張強度的條件下，提高了紙的彈性模量。

說明書附圖

在所附權(quán)利要求中列出了認為是本發(fā)明特征據(jù)信的新特征。然而，結(jié)合附圖閱讀時，參考以下說明性實施例的詳細描述，將很好地理解本發(fā)明自身及其優(yōu)選的使用方式、更多的目的和優(yōu)點，其中：

圖1為依照本發(fā)明的一種實施例的添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的工藝流程圖；

圖2為依照本發(fā)明的另一種實施例的添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的工藝流程圖；

圖3為依照本發(fā)明的又一種實施例的添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的工藝流程圖；

圖4為依照本發(fā)明的第四種實施例的添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的工藝流程圖；

圖5為依照本發(fā)明的第五種實施例的添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的工藝流程圖；

圖6為依照本發(fā)明的第六種實施例的添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的工藝流程圖；

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種添加石墨烯提高紙質(zhì)彈性模量的制造工藝。高彈性模量復(fù)合紙，在此處指在相同工藝下，彈性模量高于僅采用木漿、草漿、葦漿、合成纖維等一種或幾種材料制成的紙。

添加石墨烯提高紙彈性模量的方法可以包括準備紙漿、稀釋、加水攪拌形成分散液，再加入施膠劑、干強劑和/或濕強劑，上機抄紙形成濕頁紙，再經(jīng)過壓榨脫水，烘干等程序，最后下機熟化形成紙張等。

本發(fā)明中的復(fù)合紙在成品中，石墨烯分子與植物纖維的化學(xué)鍵和/或氫鍵等結(jié)構(gòu)，與非植物纖維之間具有強烈的吸附結(jié)合作用，從而使得紙漿纖維之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系更加穩(wěn)定，提升了成品紙張的彈性模量，使得成品紙張的應(yīng)用更加廣泛。

在本發(fā)明中，制造紙張的纖維原料示例性的為植物纖維，包括但不限于木漿(包括針葉漿、闊葉漿)、麻漿、葦漿、棉漿、蔗漿、竹漿，還可以應(yīng)用玻璃纖維、合成纖維等非植物纖維；按加工方法可采用機械紙漿、化學(xué)紙漿和化學(xué)機械紙漿。

對溶液和紙漿的混合可采用攪拌式混合、振動式混合以增加混合均勻性，可采用分散機，例如超聲設(shè)備對石墨烯/或紙漿及/或紙漿與石墨烯溶液混合液進行分散。

稀釋石墨烯溶液的溶劑可以是水，例如去離子水或蒸餾水，或出于降低成本的目的而使用自來水。稀釋紙漿和/或石墨烯溶液的稀釋劑可以是水，例如去離子水、蒸餾水或自來水。

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的幾個具體實施例做詳細描述，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將通過這些結(jié)合附圖的描述變得對本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清晰。

實施例1：

圖1示出了依照本發(fā)明的一種實施例的工藝流程圖。該方法包括：將濃度為1％的本色針葉紙漿打漿至20°SR(肖氏打漿度)左右，備用；將1重量份石墨烯水溶液，在攪拌狀態(tài)下加入自來水中，使石墨烯濃度約為0.5％，加入分散劑十二烷基磺酸鈉0.2％，超聲分散20分鐘。取100重量份紙漿，稀釋至0.5％左右，緩慢加入到石墨烯水溶液中，攪拌30分鐘，加入0.5％的烷基烯酮二聚體(AKD)和1％的陽離子淀粉，攪拌均勻。上機抄紙，脫水、干燥，下機后在約105℃熟化約30分鐘，得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙。

實施例2：

圖2示出了依照本發(fā)明的一種實施例的工藝流程圖。該方法包括：將濃度為1％的闊葉漿打漿至35°SR(肖氏打漿度)左右，備用；將1重量份石墨烯水溶液，在攪拌狀態(tài)下加入自來水中，使石墨烯濃度約為1％，加入分散劑十二烷基磺酸鈉0.5％，超聲分散20分鐘。取100重量份紙漿，稀釋至0.5％左右，緩慢加入到石墨烯水溶液中，攪拌35分鐘，超聲分散5分鐘，加入0.5％的烷基烯酮二聚體(AKD)和1％的陽離子淀粉，攪拌均勻。上機抄紙，脫水、干燥，下機后在約120℃熟化約30分鐘，得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙。

實施例3：

圖3示出了依照本發(fā)明的一種實施例的工藝流程圖。該方法包括：將濃度為2％的麥草漿打漿至40°SR(肖氏打漿度)左右，備用；將3重量份石墨烯水溶液，在攪拌狀態(tài)下加入自來水中，使石墨烯濃度約為1％，加入分散劑十二烷基磺酸鈉1％，超聲分散25分鐘。取100重量份紙漿，稀釋至0.5％左右，緩慢加入到石墨烯水溶液中，攪拌30分鐘，超聲分散5分鐘，加入0.5％的烷基烯酮二聚體(AKD)和1％的陽離子淀粉，攪拌均勻。上機抄紙，脫水、干燥，下機后在約115℃熟化約30分鐘，得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙。

實施例4：

圖4示出了依照本發(fā)明的一種實施例的工藝流程圖。該方法包括：將濃度為2％的棉短絨漿打漿至35°SR(肖氏打漿度)左右，備用；將0.1重量份石墨烯水溶液，在攪拌狀態(tài)下加入自來水中，使石墨烯濃度約為0.005％，加入分散劑十二烷基磺酸鈉0.1％，超聲分散10分鐘。取100重量份紙漿，稀釋至0.001％左右，緩慢加入到石墨烯水溶液中，攪拌30分鐘，超聲分散10分鐘，加入0.5％的烷基烯酮二聚體(AKD)和1％的陽離子淀粉，攪拌均勻。上機抄紙，脫水、干燥，下機后在約90℃熟化約35分鐘，得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙。

實施例5：

圖5示出了依照本發(fā)明的一種實施例的工藝流程圖。該方法包括：將濃度為3％的本色針葉漿打漿至18°SR(肖氏打漿度)左右，備用；將0.1重量份石墨烯水溶液，在攪拌狀態(tài)下加入自來水中，使石墨烯濃度約為1％，加入分散劑十二烷基磺酸鈉0.1％，超聲分散10分鐘。取100重量份紙漿，稀釋至1％左右，緩慢加入到石墨烯水溶液中，攪拌60分鐘，超聲分散30分鐘，加入0.5％的烷基烯酮二聚體(AKD)和1％的陽離子淀粉，攪拌均勻。上機抄紙，脫水、干燥，下機后在約95℃熟化約35分鐘，得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙。

實施例6：

圖6示出了依照本發(fā)明的一種實施例的工藝流程圖。該方法包括：將濃度為1％的本色針葉紙漿打漿至20°SR(肖氏打漿度)左右，備用；將5重量份石墨烯水溶液，在攪拌狀態(tài)下加入自來水中，使石墨烯濃度約為1％，加入分散劑十二烷基磺酸鈉0.5％，超聲分散10分鐘。取100重量份紙漿，稀釋至1％左右，緩慢加入到石墨烯水溶液中，攪拌60分鐘，超聲分散35分鐘，加入0.5％的烷基烯酮二聚體(AKD)和1％的陽離子淀粉，攪拌均勻。上機抄紙，脫水、干燥，下機后在約90℃熟化約35分鐘，得到高彈性模量石墨烯復(fù)合紙。

實施例中還包括不使用的烷基烯酮二聚體(AKD)和1％的陽離子淀粉作為施膠劑和干強劑的例子，例如采用未改性和改性淀粉、烯基琥珀酸酐(ASA)作為施膠劑，采用淀粉類、聚丙烯酰胺類、殼聚糖類等干強劑及脲醛樹脂UF及其改性產(chǎn)品、三聚氰胺甲醛樹脂MF及其改性產(chǎn)品、聚酰胺環(huán)氧氯丙烷PAE及其改性產(chǎn)品、雙醛淀粉、聚乙烯亞胺PEI等濕強劑?；蛘咭部刹惶砑邮┠z劑和/或干強劑、濕強劑。

例如采用ASA作為施膠劑時，無需熟化步驟即可常溫下與纖維形成穩(wěn)定的結(jié)合而體現(xiàn)施膠效果。

雖然一般稱具有單層碳原子的石墨結(jié)構(gòu)為石墨烯，但在本發(fā)明中具有20層以下的碳原子材料均可達到結(jié)合石墨烯以及植物纖維的效果，因此，所述石墨烯可以包括20層以下的碳原子材料。

從上述內(nèi)容可以理解的是，盡管在此描述了技術(shù)的具體實施方式用于說明目的，但仍可以進行各種修改而不脫離本技術(shù)的精神和范圍。例如，雖然所描述的幾個實施方式是針對植物纖維紙，在進一步的實施方式中，加工的工藝可被用于非植物纖維紙。此外，在具體的實施方式的上下文中描述的新技術(shù)的某些方面可被組合或在其它實施方式中被除去。例如，雖然所描述的某些實施方式中是采用了施膠劑和干強劑，但是也可不使用施膠劑和干強劑，例如抄紙、干燥步驟為常用紙張制造步驟，而雖然本發(fā)明的實施例中包括了熟化步驟，但應(yīng)當知道，在采用例如ASA等施膠劑時，熟化步驟并非必需的。

此外，雖然與技術(shù)的某些實施方式相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點已經(jīng)被描述在那些實施方式的上下文中，其它實施方式也可以展現(xiàn)這樣的優(yōu)點，并且并非所有的實施方式需要必然地展示這樣的優(yōu)點以落入該技術(shù)的范圍。因此，本公開和相關(guān)聯(lián)的技術(shù)可包括未明確示出或在這里描述的其它實施方式。因此，本公開僅由所附權(quán)利要求書限定。