一种高强度耐水瓦楞纸的制备工艺的制作方法

本发明属于造纸浆料或纸浆组合物，具体涉及一种高强度耐水瓦楞纸的制备工艺。

背景技术：

1、在现代物流及冷链运输中，瓦楞纸箱面临着轻量化、高强度以及抵御极高湿度及冷凝水侵蚀的多重要求。

2、传统的防水处理多采用表面涂布工艺，如涂布硅树脂、蜡基涂层或聚氨酯。这种单一的物理阻隔层虽能产生荷叶效应短暂抵御液态水，但在冷链长时间的高湿环境下，机械摩擦极易导致涂层产生微裂纹，水汽分子会穿透涂层缺陷进入纸板内部，导致淀粉胶水溶解、纤维变软，最终引发纸箱软塌。且现有技术的防水与增强是两条平行的技术路线，未能建立相互作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强度耐水瓦楞纸的制备工艺，旨在克服现有技术的缺陷，主动利用热膨胀微球发泡产生可控的微孔结构，再通过低粘度互穿网络体系进行三维化学锚固，同时构建外盾内骨的协同防御体系，解决冷链高湿环境下的水汽渗透坍塌问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种高强度耐水瓦楞纸的制备工艺，各工艺步骤间具有物理孔隙、化学交联与热力学的协同作用，包括以下步骤：

3、s1.浆料准备：分别制备瓦楞芯纸浆料和面纸浆料，在芯纸浆料中掺杂纳米级氧化石墨烯以构建阻截水汽扩散的内部纳米迷宫网络，并在面纸浆料中进行纤维素骨架的疏水接枝共聚反应；

4、s2.流送与网部成型：在流送系统中分别加入微粒助留助滤系统与热膨胀微球复合物，并在成型网部吸水箱前段对芯纸表面在线高压喷淋纳米微纤化纤维素水凝胶；

5、s3.压榨与干燥：对成型的纸页进行压榨脱水，并采用三段式梯度升温干燥工艺，在特定高温段触发热膨胀微球发泡膨胀后定型降温，得到松厚度提升且在纸页次表面预留微米级多孔隙结构的原纸；

6、s4.表面涂布与初步固化：在所述原纸表面涂布基于木质素纳米颗粒与水性树脂的仿生超疏水涂层并经红外骤热初步交联固化；

7、s5.热力学协同复合与深层锚固：采用包含低粘度互穿网络骨架液的双轨制备胶水，将所述原纸在高速瓦楞机上进行梯度热板受热复合，最终制得高强度耐水瓦楞纸板；

8、所述步骤s1中，所述微纤化纤维素水凝胶覆盖于含氧化石墨烯纳米片层的芯纸表面，使氧化石墨烯纳米片层与微纤化纤维素纤维网络交织形成梯度阻隔层；

9、所述步骤s4中，所述仿生超疏水涂层作为防御液态水的外盾，与所述步骤s1中防御水汽的内部纳米迷宫网络共同构成阶梯式防潮系统；

10、所述步骤s5中，复合受压时，所述低粘度互穿网络骨架液精准渗入所述步骤s3中预留的微米级多孔隙结构内，在热板中段高温的激发下，所述ipn骨架液固化后形成的交联网络穿插连接微球发泡形成的孔壁纤维结构，形成深入基材的3d化学铆钉以补偿微球发泡的层间结合力损失，以恢复因孔隙形成导致降低的纤维间结合强度；

11、所述步骤s5中，所述热板中段高温的热传导对所述步骤s4中初步固化的仿生超疏水涂层进行二次深度热固化，所述热板中段温度的最高温低于步骤s3中热膨胀微球发生二次熔融坍塌的临界温度；

12、所述步骤s5中，所述热板中段高温的温度为170~180℃，且满足三约束窗口：ipn交联温度＜热板中段温度＜热膨胀微球热塌陷温度。

13、作为优选，所述步骤s1中，芯纸浆料的基础料比为70%废纸浆与30%本色针叶木浆，打浆度为30-35°sr；

14、芯纸浆料中加入绝干浆重0.05%的氧化石墨烯水悬浮液，并在常温下以150rpm转速持续搅拌20分钟，所述氧化石墨烯纳米片层沿纤维素纤维表面形成层状交错阻隔结构，使氧化石墨烯纳米片层与纤维素交织形成所述内部纳米迷宫网络。

15、进一步的，常规防水仅依靠单一的表面涂布（如硅油或蜡）。在运输摩擦中涂层一旦受损产生微裂纹，水汽分子便会长驱直入，引发纸箱内部结构软塌。

16、而本方案中步骤s4中生成的仿生超疏水涂层作为外盾，利用纳米粗糙结构和低表面能弹开冷凝环境中的液态水。步骤s1与步骤s2中，nfc覆盖于芯纸表面形成连续致密的纤维膜，阻截大分子渗透，而go纳米片层则沿纤维素表面形成层状交错结构，则共同构建了内骨。当渗入外盾微小缺陷的气态水分子穿过nfc层后，会陷入由go构建的内部纳米迷宫。本方案变单一的表面阻水为外挡液态水、内困气态水的系统级防御，即便外层涂层被划伤，内部延长的水分子毛细扩散路径依然能确保纸板在长期高湿冷链环境下保持高抗压强度。

17、作为优选，所述步骤s1中，面纸浆料疏水接枝共聚反应包括：

18、面纸浆料加热至60-65℃并调节ph至4.5-5.0，加入绝干浆重0.5%的过硫酸铵引发剂活化后，滴加绝干浆重2.0%的苯乙烯-丙烯酸酯类乳液反应。

19、作为优选，所述步骤s2中，所述热膨胀微球复合物的添加步骤为：

20、在旋翼筛后以在线混合器注入绝干浆重1.5%的热膨胀微球，并同步注入0.8%高电荷阳离子改性淀粉与0.02%阳离子聚丙烯酰胺的双元复合物。

21、作为优选，所述步骤s2中，在线高压喷淋微纤化纤维素的位置为纸页干度达8-10%的区域；

22、微纤化纤维素稀释为0.5%浓度的水凝胶，喷淋压力0.25-0.3mpa，喷涂量为绝干纸重的1.5%，用于进一步致密化内部网络。

23、作为优选，所述步骤s3中，所述三段式梯度升温干燥工艺由预热段、微球膨胀发泡段和定型降温段组成。

24、进一步的，预热段温度为70-95℃、定型降温段温度为100-105；所述微球膨胀发泡段急剧升温至125℃-135℃，使热膨胀微球体积膨胀3-4倍并固化，战略性牺牲层间结合力以生成表面海绵状多孔隙结构，为步骤s5的三维化学锚定预留物理通道。

25、进一步的，现有技术将微球发泡产生孔隙视为削弱层间结合力的致命缺陷，通常只能被动地在浆料中增加大量昂贵的增强剂来弥补，且效果甚微；同时常规淀粉胶水粘度高，只能停留在纸页表面，无法深入加固内部结构。

26、本方案创造性地化劣势为前置条件，将s3中发泡产生的孔隙作为s5胶水渗透的物理通道。通过精准匹配ipn骨架液的低粘度与表面张力，使其在复合受压时渗入发泡层30~50μm的深度。在热激发下，ipn交联网络穿插并包裹住微球发泡形成的脆弱孔壁，形成深入基材内部的“3d化学铆钉”。

27、相较于现有技术，不仅超额弥补了因轻量化发泡造成的结合力损失，彻底解决了孔隙与强度不可兼得的矛盾，还将瓦楞节点的剥离破坏模式从“胶线剥离”转化为“深层纤维撕裂”，赋予了瓦楞板极强的耐水脱胶能力。

28、作为优选，所述步骤s4中，仿生超疏水涂层所用涂液由10%木质素纳米颗粒、5%水性聚氨酯、2%巴西棕榈蜡乳液、1%硅烷偶联剂以及去离子水组成；

29、湿膜厚度为10-15μm，所述红外骤热初步交联固化的温度控制在140℃，停留时间3-5秒。

30、进一步的，仿生超疏水涂层作为防御液态水的“外盾”，与步骤s2中由氧化石墨烯和微纤化纤维素构成的针对水汽的“内部梯度阻隔层”产生协同作用，共同构成解决高湿冷凝环境渗透的阶梯式防潮系统。

31、作为优选，所述步骤s5中，双轨制备胶水由低粘度互穿网络骨架液与超高粘度速效糊化淀粉液按8:2混合；涂4杯粘度控制在25℃下40-50秒，使其在受压瞬间能够深入基材内部30-50μm。

32、进一步的，所述低粘度互穿网络骨架液的低粘度特性和表面张力专为匹配步骤s3产生的微孔隙直径而设定；所述双轨制备胶水渗入基材微孔隙的深度被限定为30~50μm；当渗透深度低于20μm时网络交联锚固力不足，当渗透深度高于50μm时会占据过多内部气隙导致芯纸整体刚度下降。

33、作为优选，所述步骤s5中，梯度热板温度沿运行方向依次设定为：入口155~165℃，中段170~180℃，出口145~155℃；

34、所述中段温度除满足交联与防塌陷约束外，该温度向下传递的热梯度同时对s4中的仿生超疏水涂层进行二次深度热固化。

35、进一步的，所述中段175℃为核心协同温度，其既高于低粘度互穿网络骨架液中ipn骨架的交联激发温度，又通过热传导穿透纸板为步骤s4的仿生涂层提供二次强化，同时该温度低于热膨胀微球约185℃的热塌陷临界点，从而在保护孔隙结构的前提下完成深层化学铆钉的固化。

36、进一步的，传统瓦楞复合工艺中的热板加热仅仅是为了烘干水分和糊化淀粉，温度设置具有随意性，各工艺模块的温度之间互不干涉。

37、本方案将步骤s5的热板温度设计为精密耦合的“热力学枢纽”。175℃的中段高温同时执行三项使命：1.深度激发ipn双轨胶水的大分子3d交联；2.热量由中心向外表皮传导，其余温正好激发步骤s4中初步固化的仿生超疏水涂层内的硅烷发生二次深度热交联；3.该温度严格控制在185℃的红线以下，确保步骤s3中已成型的微球多孔结构不发生热塌陷。

38、相较于现有技术，本方案在一个工序中利用同一热源完成了内部结构固化、外部涂层强化以及物理结构的保护，实现了工艺能量的最大化利用，避免了冗余工序，大幅提高了量产良品率。

39、综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

40、1.本发明中方案中，通过发现并应用30~50μm的临界渗透锚固机制（低于20μm锚固力不足，高于50μm丧失发泡支撑刚度），本工艺在不增加原纸克重的前提下，使层间结合强度跃升至常规发泡纸的2倍以上，解决了轻量化与高强度无法兼顾的问题；

41、2.本发明中方案中，由于外层仿生防御与内部纳米交错阻隔的协同组合，纸板即使在涂层被局部破坏后，仍能表现出极强的水汽阻隔能力。成箱在2℃、95% rh高湿环境存放7天后，边压强度（ect）保持率高达88.5%；

42、3.本发明中方案中，摒弃了脱离实际的纯理论材料改性，完全基于现代高速纸机与瓦楞机生产线设计，通过创造性的三约束热力学窗口设计，实现了车速、固化效率与物理结构稳定性的完美平衡，具备极高的工业转化可行性。