張建平 張川 張千 李玲 張偉

（河北麥森鈦白粉有限公司，河北省 石家莊，050000）

1 背景

隨著社會(huì)進(jìn)步，人們生活水平提高以及對(duì)森林資源的保護(hù)，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、實(shí)用的人造裝飾板受到人們的青睞，裝飾板業(yè)得到迅速發(fā)展。裝飾原紙是人造裝飾板的表面用紙，屬于特種工業(yè)用紙，經(jīng)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(qiáng)化木地板、家具、墻面、車船內(nèi)部裝飾等。中國(guó)裝飾原紙的需求量節(jié)節(jié)攀升。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)裝飾原紙市場(chǎng)需求量約在28萬(wàn)噸／年(個(gè)別低檔品種不在統(tǒng)計(jì)之列)，且每年以10%～15%的速度增長(zhǎng)。裝飾原紙與普通紙不同有以下三點(diǎn)：1.極高的填料含量；2.不使用內(nèi)部施膠劑；3.不進(jìn)行表面施膠。同時(shí)為了后加工印刷的需要，對(duì)定量、吸收性、光學(xué)性能、抗張強(qiáng)度、濕強(qiáng)度、透氣度、平滑度、勻度等技術(shù)指標(biāo)均有嚴(yán)格要求，其中尤以吸收性、濕強(qiáng)度對(duì)后續(xù)加工影響更大。

河北麥森鈦白粉有限公司開發(fā)了高耐候、耐磨的裝飾原紙，對(duì)用于裝飾原紙的填料進(jìn)行改性，改進(jìn)后的填料產(chǎn)品兼具有機(jī)/無(wú)機(jī)三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既具有高分子的柔韌性，又具有無(wú)機(jī)的剛性和耐磨性，大幅度提高了紙張的綜合性能，通過(guò)疏水組分的作用，增加纖維間的結(jié)合強(qiáng)度，改善了紙張的油墨吸收性，對(duì)紙質(zhì)的印刷性能有提升，對(duì)裝飾原紙的耐磨性提升也很大。

2 制備

本工藝分為三步：第一對(duì)納米TiO2進(jìn)行Al2O3包覆，提高填料的白度和耐磨性能；第二對(duì)包覆后的粉體進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑改性，建立有機(jī)-無(wú)機(jī)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得產(chǎn)品性能提高，第三，用改性后的填料進(jìn)行裝飾原紙的制備。

2.1 包覆

稱取22.5 g納米TiO2粉體（金紅石型），經(jīng)充分研磨后分散于400 g去離子水中，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH到10。經(jīng)磁力恒溫?cái)嚢杵鲾嚢?5 min后，超聲分散20 min，靜置25 min，水選分級(jí)除去粒度大于2微米的顆粒。將鈦白粉漿液移入800 mL帶有擋板的雙層不銹鋼反應(yīng)釜，用恒溫槽控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度。在反應(yīng)釜內(nèi)加入NaAlO2溶液20.1 mL并攪拌，在20 min內(nèi)逐步滴入酸化劑(H2SO4或 HCl),使pH值達(dá)到規(guī)定值。反應(yīng)完成后，迅速抽濾、洗滌。濾餅放入烘箱內(nèi)，在200℃時(shí)烘2h，充分碾磨后得到包膜后的鈦白粉產(chǎn)品。包敷的鋁用量為鈦白干粉質(zhì)量的3%。

2.2 改性

將經(jīng)過(guò)氧化鋁表面包覆的納米TiO2粉體用去離子水配置成50 g/l的懸浮液，用W=50%的醋酸溶液調(diào)節(jié)pH=4，先用乳化機(jī)高速分散30 min，再超聲分散30 min，移入500 ml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(lián)劑，放到恒溫水槽中維持反應(yīng)溫度80℃，在快速攪拌的條件下反應(yīng)4 h，然后過(guò)濾、洗滌，分離的固體用無(wú)水乙醇抽提6 h，在100℃下干燥12 h，粉碎后即得到經(jīng)KH-570改性的樣品。

2.3 結(jié)構(gòu)測(cè)試

圖1 掃描電鏡圖

用掃描電鏡對(duì)未經(jīng)表面包覆的TiO2，(圖1：a)和經(jīng)表面包覆的 TiO2，(圖 1：b)進(jìn)行形貌分析，未改性的TiO2，明顯呈聚集態(tài)團(tuán)聚在一起，難以區(qū)分單個(gè)微粒。而從圖l(a)和圖1(b)可以看到，經(jīng)過(guò)包膜劑包覆改性后TiO2復(fù)合粒子淸晰可見，且不存在團(tuán)聚的現(xiàn)象。未經(jīng)表面包覆的TiO2顆粒邊緣光滑，經(jīng)表面包覆的TiO2顆粒邊緣模糊，表明在TiO2表面包覆了一層物質(zhì)，這層物質(zhì)即為包膜劑水解產(chǎn)生附著在TiO2表面用于鈦白粉表面改性化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的水合氧化物。

圖2 紅外光譜

用紅外光譜分析儀對(duì)未經(jīng)表面包覆的TiO2，（圖2：a）和經(jīng)表面包覆的 TiO2（圖 2：b）進(jìn)行分析。 圖 2（a)未經(jīng)包覆處理的銳鈦型TiO2紅外圖譜，其特征峰為 536.10 cm、610.62 cm、674.45cm。 圖 2 （b）中529.98 cm和685.68 cm為銳鈦型TiO2的特征峰。1400.73 cm為Al-O震動(dòng)吸收峰，證明鋁離子附著于TiO2表面。

3 在裝飾原紙上的應(yīng)用

將改性后的粉體與針闊葉木漿混合均勻，添加各種助劑，進(jìn)行抄造，工藝如圖3所示。

圖3 工藝流程簡(jiǎn)圖

本產(chǎn)品制備的裝飾原紙具有耐磨性，主要是由于在紙表面或紙中附有耐磨材料Al2O3。Al2O3俗稱剛玉，是硬度居第4位的物質(zhì)，其顆粒經(jīng)三聚氰胺樹脂浸漬后會(huì)變透明。而且，經(jīng)KH-570表面改性的納米二氧化鈦可同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，這是因?yàn)椋菏紫燃{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(dāng)原紙受到拉伸時(shí)，納米二氧化鈦粒子起到了交聯(lián)點(diǎn)的作用，可以均勻分布應(yīng)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(fù)合時(shí)，由于熱能和機(jī)械能的作用，會(huì)打開雙鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在納米二氧化鈦和紙漿之間形成一個(gè)柔性界面層，從而在受力時(shí)促進(jìn)納米二氧化鈦表面附近的聚合物屈服和變形，卸掉應(yīng)力。