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

隨著社會進步，人們生活水平提高以及對森林資源的保護，經(jīng)濟、環(huán)保、實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、強化木地板、家具、墻面、車船內(nèi)部裝飾等。中國裝飾原紙的需求量節(jié)節(jié)攀升。據(jù)不完全統(tǒng)計，當前國內(nèi)裝飾原紙市場需求量約在28萬噸／年(個別低檔品種不在統(tǒng)計之列)，且每年以10%～15%的速度增長。裝飾原紙與普通紙不同有以下三點：1.極高的填料含量；2.不使用內(nèi)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(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，對用于裝飾原紙的填料進行改性，改進后的填料產(chǎn)品兼具有機/無機三維互穿網(wǎng)絡結(jié)構，既具有高分子的柔韌性，又具有無機的剛性和耐磨性，大幅度提高了紙張的綜合性能，通過疏水組分的作用，增加纖維間的結(jié)合強度，改善了紙張的油墨吸收性，對紙質(zhì)的印刷性能有提升，對裝飾原紙的耐磨性提升也很大。

2 制備

本工藝分為三步：第一對納米TiO2進行Al2O3包覆，提高填料的白度和耐磨性能；第二對包覆后的粉體進行硅烷偶聯(lián)劑改性，建立有機-無機互穿網(wǎng)絡結(jié)構，使得產(chǎn)品性能提高，第三，用改性后的填料進行裝飾原紙的制備。

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)磁力恒溫攪拌器攪拌45 min后，超聲分散20 min，靜置25 min，水選分級除去粒度大于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釜，用恒溫槽控制反應釜內(nèi)溫度。在反應釜內(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值達到規(guī)定值。反應完成后，迅速抽濾、洗滌。濾餅放入烘箱內(nèi)，在200℃時烘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溫度80℃，在快速攪拌的條件下反應4 h，然后過濾、洗滌，分離的固體用無水乙醇抽提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)構測試

圖1 掃描電鏡圖

用掃描電鏡對未經(jīng)表面包覆的TiO2，(圖1：a)和經(jīng)表面包覆的 TiO2，(圖 1：b)進行形貌分析，未改性的TiO2，明顯呈聚集態(tài)團聚在一起，難以區(qū)分單個微粒。而從圖l(a)和圖1(b)可以看到，經(jīng)過包膜劑包覆改性后TiO2復合粒子淸晰可見，且不存在團聚的現(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震動吸收峰，證明鋁離子附著于TiO2表面。

3 在裝飾原紙上的應用

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

圖3 工藝流程簡圖

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變透明。而且，經(jīng)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(lián)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(fā)生交聯(lián)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。