一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯及其制备方法与流程
本技术涉及纸管加工，尤其涉及一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯及其制备方法。
背景技术：
1、随着经济发展迅猛，工业发展也进入了前所未有的高度，而工业发展所需要的辅料需求也逐渐增加，纸管的用途也越来越广，用量也越来越大。纸管是指用纸张加工成的管状的物体，其大量被应用于各种薄膜的承载包装。
2、印刷、包装等行业中，相纸或铝箔等卷材的存储与运输常需使用纸芯作为支撑。现有的纸芯多为单一牛皮纸层构成，其强度和硬度非常，但在绕卷相纸或铝箔等毕竟脆弱的卷材时，硬度过大的纸芯可能导致卷材破裂。
3、制备多层纸芯时，都会使用胶水，目前的胶水存在粘合强度、阻燃性差、抗菌性差以及胶水易深入泡棉纸内，影响产品的性能。
技术实现思路
1、本技术目的在于针对当前技术的不足，提供一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯及其制备方法，本技术的外层柔韧度高内层硬度高的纸芯的制备方法具有制作简单和成本低、同时外层柔韧度高内层硬度高的纸芯具有径向压力高、绿色环保安全和含水率低(6-7％)。本技术制备的抗菌阻燃胶水具有优异抗菌性能、阻燃性和粘合强度，同时安全性高绿色环保。
2、第一方面，本技术提供一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，采用如下技术方案：一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，从内到外依次包括硬牛皮纸层、抗菌阻燃胶水层、泡棉纸层和软牛皮纸层，所述抗菌阻燃胶水层由抗菌阻燃胶水涂覆在硬牛皮纸层表面粘合泡棉纸层制得，其中，所述抗菌阻燃胶水，按质量份数计，包括以下制备原料：改性玉米淀粉60-70份、酚醛树脂3-5份、阻燃剂5-7份、抗菌剂3-4份、氨酯丙烯酸酯0.3-0.5份、低渗剂0.2-0.3份、防腐剂0.3-0.4份、水300-330份。
3、通过采用上述技术方案，硬牛皮纸层：作为纸芯的内层，提供硬度和支撑，确保纸芯的结构稳定性。抗菌阻燃胶水层：由抗菌阻燃胶水涂覆在硬牛皮纸层表面，粘合泡棉纸层。抗菌阻燃胶水具有优异的抗菌性能、阻燃性和粘合强度，能够有效防止细菌滋生和火焰蔓延，同时将泡棉纸层牢固地粘合在硬牛皮纸层上。泡棉纸层：位于抗菌阻燃胶水层外，提供缓冲和保护作用，增加纸芯的柔韧性和抗冲击性。软牛皮纸层：作为纸芯的外层，具有高柔韧度，能够适应各种弯曲和变形，保护内部结构不受损坏。改性玉米淀粉：通过3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵改性，增加了支链，提高了与树脂的相容性，使得抗菌阻燃胶水具有更好的粘合性能。酚醛树脂：作为粘合剂的主要成分，提供粘合力，将各层材料牢固地粘合在一起。阻燃剂：通过对膨润土进行活化和接枝大豆蛋白，提高了膨润土在基体材料中的分散性，并在燃烧时发挥阻燃性能。2-羧乙基苯基次磷酸作为气源，促进阻燃剂形成泡沫层，释放出大量不燃气体，稀释环境中的氧气；海藻酸钠与燃烧产生的水形成具有粘度的水溶液，隔离燃烧物并抑制进一步燃烧，三者协同提高阻燃效果。抗菌剂：赋予抗菌阻燃胶水优异的抗菌性能，有效防止细菌滋生。氨酯丙烯酸酯：作为交联剂，提高抗菌阻燃胶水的耐水性和耐候性。低渗剂：为具有极低表面能的玉米淀粉接枝共聚物，降低抗菌阻燃胶水在纸张内部的渗透性，加快干燥速度，提升粘结强度。防腐剂：延长纸芯的使用寿命，防止因细菌和霉菌滋生导致的降解和损坏。水：作为溶剂，调整抗菌阻燃胶水的粘度和流动性，便于涂覆和粘合。综上所述，本技术的纸芯通过多层结构和特定材料的协同作用，实现了高径向压力、绿色环保安全和低含水率等优异性能。
4、优选的，所述纸芯的内径为77-80mm，厚度为5-6mm，所述硬牛皮纸层的厚度为0.5-1mm，所述软牛皮纸层0.5-1mm，所述泡棉纸层4-5mm。
5、优选的，所改性玉米淀粉的制备方法，包括以下步骤：
6、s31、按照质量份数，将10份玉米淀粉溶于30份去离子水中，搅拌均匀后升温至40℃，边加热边搅拌，搅拌40min，继续升温至48℃，保持25min，冷却至室温，得到混合液；
7、s32、按照质量份数，将0.5份3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵加入混合液中，搅拌均匀后，将混合物质进行微波处理3min，离心并真空80℃干燥24h，得到改性玉米淀粉。
8、通过采用上述技术方案，s31、玉米淀粉的预处理：这一步骤包括将玉米淀粉与去离子水混合，通过加热和搅拌使淀粉颗粒充分膨胀和分散。升温至40℃并保持一定时间，有助于淀粉颗粒的溶胀和糊化，随后升温至48℃并保持，可能是为了进一步促进淀粉颗粒的结构变化，使其更易于后续的化学改性。冷却至室温后得到的混合液为接下来的化学改性提供了均一的反应介质。s32、化学改性：在这一步骤中，3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵作为改性剂被加入到预处理后的淀粉混合液中。改性剂的加入量相对较少，这可能意味着每个淀粉分子上只有少数羟基被取代，从而保持了淀粉的基本结构。微波处理用于提供快速均匀的加热，促进改性剂与淀粉分子之间的反应。微波处理时间较短，说明反应效率较高。随后的离心和真空干燥过程用于去除未反应的化学物质和水分，得到最终的改性玉米淀粉产品。改性玉米淀粉通过接枝3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，增加了与树脂的相容性，尤其是与酚醛树脂的相容性。这有助于改善抗菌阻燃胶水的整体性能，确保各组分之间良好的相互作用，从而提高纸芯的粘合强度和耐用性。改性玉米淀粉在抗菌阻燃胶水中作为主要成分之一，其优异的粘合性能有助于将泡棉纸层牢固地粘合在硬牛皮纸层上，同时为纸芯提供所需的柔韧性和硬度。改性玉米淀粉是一种可再生资源，其使用符合绿色环保的原则。此外，改性玉米淀粉本身具有生物降解性，不会对环境造成长期污染。改性玉米淀粉与低渗剂的结合使用，可以有效防止抗菌阻燃胶水在纸张内部过度渗透，这不仅加快了抗菌阻燃胶水的干燥速度，还提升了粘结强度，确保了纸芯的整体性能。综上所述，改性玉米淀粉在纸芯的制备中起到了提高相容性、增强粘合性能、确保环保和安全性以及与低渗剂协同作用以提升生产效率和产品质量的多重作用。
9、优选的，所述阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
10、s41、将膨润土置于球磨罐中，在400rpm下球磨2h并过100目筛；然后置于马弗炉中在260℃下预热35min后升温至1020℃，煅烧2.5h后，冷却至室温得，到活化膨润土；
11、s42、按照质量份数，将100份活化膨润土与200份质量浓度为12％的氢氧化钠水溶液混合后静置4h；加热至85℃，搅拌反应6h；冷却，过滤，收集滤渣；滤渣用水洗涤至滤液的ph值为7后，105℃条件下干燥12h，得到微孔膨润土；
12、s43、按照质量份数，将100份微孔膨润土和20份大豆蛋白溶于1200份水中，3000rpm转速下搅拌反应15h后；过滤，收集滤渣，将滤渣在105℃条件下干燥10h，得到大豆蛋白改性微孔膨润土；
13、s44、按照质量份数，将100份大豆蛋白改性微孔膨润土、15份海藻酸钠、200份2-羧乙基苯基次磷酸分散于水中后加入至球磨机中，转子转速为3000rpm，于室温下球磨4h，在35000rpm转速下离心20min，收集沉淀物，然后将沉淀物置于85℃下干燥7h，得到阻燃剂。
14、通过采用上述技术方案，阻燃剂的制备方法涉及多个步骤，包括膨润土的活化、微孔膨润土的制备、大豆蛋白改性以及最终的复合阻燃剂的合成。这些步骤旨在提高膨润土的分散性和阻燃性能，并通过添加海藻酸钠和2-羧乙基苯基次磷酸来进一步增强其阻燃效果。膨润土的活化(s41)：球磨和煅烧过程提高了膨润土的比表面积，创造了更多的微孔结构，这有助于提升其作为阻燃剂的性能。高温煅烧去除了膨润土中的杂质，活化了其表面，使其更适合与其它化合物反应。微孔膨润土的制备(s42)：与氢氧化钠的反应进一步增加了膨润土的微孔性，这些微孔可以吸附并固定易燃气体，降低材料的燃烧性。此步骤还有助于改善膨润土与大豆蛋白的接枝效率。大豆蛋白改性微孔膨润土(s43)：大豆蛋白的引入增加了膨润土的热稳定性和成炭能力，这在燃烧时形成保护层，隔绝氧气，阻止火势蔓延。蛋白质的氨基可能与膨润土的表面官能团发生反应，增强了材料的整体阻燃性能。复合阻燃剂的合成(s44)：加入海藻酸钠和2-羧乙基苯基次磷酸后，通过球磨和离心过程得到均匀的混合物。海藻酸钠在燃烧时形成粘性水溶液，隔离燃烧物并抑制进一步燃烧。2-羧乙基苯基次磷酸作为气源，促进阻燃剂形成泡沫层，释放不燃气体，稀释氧气。改性后的膨润土在纸芯中均匀分散，以其微孔结构和大豆蛋白的成炭能力显著提高纸芯的阻燃性能。海藻酸钠和2-羧乙基苯基次磷酸的添加，与膨润土和大豆蛋白共同作用，形成了一个高效的阻燃体系，不仅提升了阻燃性，还增加了材料的烟密度和炭层强度。所用原料均为环保型材料，确保了纸芯的生产和使用过程中的安全性和环境友好性。综上所述，这种阻燃剂的制备方法通过多步骤的化学和物理处理，使膨润土具备了优异的阻燃性能，并与其它组分协同作用，为纸芯提供了高效、环保的阻燃解决方案。
15、优选的，所抗菌剂为载银硅微粉。
16、优选的，所述载银硅微粉的制备方法为，按照质量份数，用100份质量浓度10％的氢氟酸水溶液浸泡50份硅微粉20分钟，固液分离；将固体放置在300℃烘箱中烘烤60分钟；然后将50份硅微粉放入质量浓度100份为2％硝酸银的酒石酸溶液中加温至80℃，加入再5份柠檬酸，搅拌反应120分钟；固液分离，将固体放置并在600℃下依次通过氮气和氢气气流，还原反应60分钟，冷却至室温，得到载银硅微粉。
17、通过采用上述技术方案，氢氟酸水溶液浸泡硅微粉，然后在烘箱中烘烤，再与硝酸银的酒石酸溶液反应，最后通过氮气和氢气气流还原反应，得到载银硅微粉。在纸芯中，载银硅微粉可以提高材料的抗菌性能，防止因潮湿环境导致的霉变，保持纸芯的质量和稳定性。同时，由于其绿色环保的特性，也符合了本技术的绿色环保安全的要求。
18、优选的，所述低渗剂的制备方法为，按照质量份数，将50份玉米淀粉和200份水混合均匀后，加热至70℃，反应50min，然后升温至86℃反应20min后，向其中加入30份丙烯酸三氟乙酯、13份甲基丙烯酸甲酯、4份碳酸氢钠，保温反应4小时后，得到低渗剂。
19、通过采用上述技术方案，将50份玉米淀粉和200份水混合均匀后，加热至70℃，反应50分钟。这个步骤有助于玉米淀粉的糊化，使淀粉颗粒充分膨胀。然后升温至86℃反应20分钟。这一步骤可能旨在进一步促进淀粉颗粒的内部结构变化，使其更易于后续的化学改性。向其中加入30份丙烯酸三氟乙酯、13份甲基丙烯酸甲酯、4份碳酸氢钠，保温反应4小时。玉米淀粉与丙烯酸三氟乙酯和甲基丙烯酸甲酯发生接枝共聚反应，这些单体具有极低的表面能，能够有效降低玉米淀粉在牛皮纸表面的表面能。最终得到低渗剂。这种改性后的玉米淀粉在抗菌阻燃胶水中能够有效防止胶水在纸张内部过度渗透，从而加快了胶水的干燥速度，并显著提升了胶水的粘结强度。
20、优选的，所述防腐剂为苯甲酸钠。
21、第二方面，本技术提供一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯的制备方法，采用如下的技术方案：
22、作为一个总的技术构思，本技术还提供上述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯的制备方法，包括以下步骤：
23、s91、按照质量份数，将改性玉米淀粉、酚醛树脂、阻燃剂、抗菌剂、氨酯丙烯酸酯、低渗剂、防腐剂和水搅拌均匀，得到抗菌阻燃胶水；
24、s92、选取规定厚度的硬牛皮纸作为原料，卷制形成硬牛皮纸层纸芯；
25、s93、将抗菌阻燃胶水均匀涂覆于硬牛皮纸层纸芯外表面，再将泡棉纸一面粘接于硬牛皮纸层纸芯外表面，通过粘合工艺使之紧密结合，然后在泡棉纸外层再次卷制软牛皮纸层，进行在温度85℃下保温30-40分钟进行干燥处理，得到含水率在6％-7％的外层柔韧度高内层硬度高的纸芯。
26、综上所述，本技术的有益技术效果：
27、1.结合强度高：使用了专门配制的抗菌阻燃胶水，该胶水通过改性玉米淀粉、酚醛树脂等成分优化了粘合性能，确保泡棉纸层与硬牛皮纸层之间的结合牢固。
28、2.阻燃和抗菌性能优异：抗菌阻燃胶水中添加的载银硅微粉抗菌剂和改性膨润土阻燃剂提供了出色的阻燃和抗菌功能，使纸芯在遇火时能形成保护层并抑制细菌生长。
29、3.高径向压力承受能力：通过硬牛皮纸层和泡棉纸层的组合，以及胶水强化的粘合，使得纸芯可承受较高的径向压力。
30、4.含水率低6-7％：这意味着纸芯具有良好的防潮性能，保持了结构的稳定性和强度，延长使用寿命。
31、5.绿色环保：选用的材料如改性玉米淀粉和低渗剂均为环境友好型材料，易于降解，并且在生产过程中减少了对环境的负面影响。
32、6.干燥速度快，提升效率：低渗剂的应用有效避免了胶水在纸张内部渗透，从而加快了胶水的干燥速度，提高了生产线的效率。
33、7.安全性高：抗菌阻燃胶水不仅对环境友好，也确保了最终产品在使用过程中的安全，尤其对于需要阻燃和抗菌性质的应用场合。
34、8.柔韧性与硬度的平衡：外层软牛皮纸与内层硬牛皮纸的结合，加上中间的胶水层和泡棉层，实现了外柔内硬的结构特性，适应不同使用要求。
技术特征：
1.一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，其特征在于，从内到外依次包括硬牛皮纸层、抗菌阻燃胶水层、泡棉纸层和软牛皮纸层，所述抗菌阻燃胶水层由抗菌阻燃胶水涂覆在硬牛皮纸层表面粘合泡棉纸层制得，其中，所述抗菌阻燃胶水，按质量份数计，包括以下制备原料：改性玉米淀粉60-70份、酚醛树脂3-5份、阻燃剂5-7份、抗菌剂3-4份、氨酯丙烯酸酯0.3-0.5份、低渗剂0.2-0.3份、防腐剂0.3-0.4份、水300-330份。
2.根据权利要求1所述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，其特征在于，所述纸芯的内径为77-80mm，厚度为5-6mm，所述硬牛皮纸层的厚度为0.5-1mm，所述软牛皮纸层0.5-1mm，所述泡棉纸层4-5mm。
3.根据权利要求1所述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，其特征在于，所改性玉米淀粉的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，其特征在于，所述阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，其特征在于，所抗菌剂为载银硅微粉。
6.根据权利要求5所述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，其特征在于，所述载银硅微粉的制备方法为，按照质量份数，用100份质量浓度10%的氢氟酸水溶液浸泡50份硅微粉20分钟，固液分离，将固体放置在300℃烘箱中烘烤60分钟；然后将50份硅微粉放入质量浓度100份为2%硝酸银的酒石酸溶液中加温至80℃，加入再5份柠檬酸，搅拌反应120分钟；固液分离，将固体放置并在600℃下依次通过氮气和氢气气流，还原反应60分钟，冷却至室温，得到载银硅微粉。
7.根据权利要求1所述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，其特征在于，所述低渗剂的制备方法为，按照质量份数，将50份玉米淀粉和200份水混合均匀后，加热至70℃，反应50min，然后升温至86℃反应20min后，向其中加入30份丙烯酸三氟乙酯、13份甲基丙烯酸甲酯、4份碳酸氢钠，保温反应4小时后，得到低渗剂。
8.根据权利要求1所述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，其特征在于，所述防腐剂为苯甲酸钠。
9.一种权利要求1-8任一所述一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
技术总结
本申请涉及纸管加工技术领域，尤其涉及一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯及其制备方法。一种外层柔韧度高内层硬度高的纸芯，从内到外依次包括硬牛皮纸层、抗菌阻燃胶水层、泡棉纸层和软牛皮纸层，所述抗菌阻燃胶水层由抗菌阻燃胶水涂覆在硬牛皮纸层表面粘合泡棉纸层制得，其中，所述抗菌阻燃胶水，按质量份数计，包括以下制备原料：改性玉米淀粉60‑70份、酚醛树脂3‑5份、阻燃剂5‑7份、抗菌剂3‑4份、氨酯丙烯酸酯0.3‑0.5份、低渗剂0.2‑0.3份、防腐剂0.3‑0.4份、水300‑330份。本申请的技术方案提供了一个高质量、环保、安全、高效且成本较低的纸芯产品，非常适合对性能有综合要求的应用场景。
技术研发人员：沈家明,罗梅生,江兴文,罗洪安
受保护的技术使用者：厦门韦鑫纸品有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5