CN102852035A

CN102852035A - 一种纸张增强剂及其生产和使用方法

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Publication number: CN102852035A
Application number: CN2012103061830A
Authority: CN
Inventors: 宋先亮; 王杨弘; 钱桦
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: CN102852035B

Abstract

一种纸张增强剂及其生产和使用方法。由办公废纸经浮选脱墨后，从浮选槽上面得到的废渣，废渣包括油墨、填料和10wt％～20wt％的细小纤维，废渣经100目筛筛选得到浮选脱墨渣纤维；再由所述浮选脱墨渣纤维在NaOH和60V％～90V％乙醇溶液的碱化条件下，经氯乙酸羧甲基化而制得，所得纸张增强剂的保水值为113.7g/100g～175.0g/100g、羧基含量为40.0mmol/kg～87.8mmol/kg。在纸张抄造过程中，加入绝干纸浆1wt％～4wt％的纸张增强剂。可增强纸浆纤维之间的结合力，从而提高纸张的物理强度。以浮选脱墨废渣为原料，实现了废弃物资源的综合利用，减少了对环境的污染。

Description

一种纸张增强剂及其生产和使用方法

技术领域

本发明涉及纸张增强剂技术领域，具体地，涉及一种利用浮选脱墨渣纤维制备的纸张增强剂；本发明涉及利用浮选脱墨渣纤维制备纸张增强剂的生产方法；本发明还涉及利用浮选脱墨渣纤维制备的纸张增强剂的使用方法。

背景技术

随着消费水平的不断提高，人们对纸张档次及质量的要求也越来越高，纸张强度的提高显得越来越重要。如何提高纸张的强度，满足人们对低定量、高档次纸张的需求迫在眉睫。纸张强度的提高可以通过打浆、提高长纤维的配比和使用增强剂来实现。通过打浆和提高长纤维配比来提高纸的强度存在较多缺点，如动力消耗大、纤维滤水性低、纸张孔隙度减少、挺度下降、撕裂度变弱等。但使用增强剂来提高纸的强度则不存在上述问题。造纸工业中，造纸增强剂的使用一般采用内部加添和外部涂饰法。一般来说，成纸强度受浆料纤维本身强度和纤维之间或与涂层之间结合强度及面积的影响较大，而纸浆纤维的结合则是纸张产生强大的主要原因。干增强剂分子的结构特点是含有多羟基、胺基或羧基的高分子聚合物，这是与纤维素分子间形成氢键结合的基础，是增强剂的起作用的主要原因。

干增强型纸张增强剂主要有淀粉、植物胶等天然产品，以后发展为淀粉衍生物、聚丙烯酰胺类、羟甲基纤维素等半合成产品。使用纸张增强剂后，可以用部分低档纸浆替代高档木浆，或提高产品质量，降低造纸成本。某些增强剂还具有较强的助留、助滤作用，能提高细小纤维和填料的留着率，降低白水浓度，改善施胶效果。然而，一般造纸增强剂对纸张的增强作用受到其在纤维表面吸附量的限制，对纤维间分子水平结合面积的提高有限，淀粉类增强剂还将消耗较多的粮食资源。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，一方面，本发明的目的在于提供了一种利用浮选脱墨渣纤维制备的纸张增强剂，该增强剂用来提高纤维间的有效接触面积，以增强纸张的强度。

为了实现上述目的，本发明采用提供的纸张增强剂，由办公废纸经浮选脱墨后，从浮选槽上面得到的废渣，所述废渣包括油墨、填料和10wt％～20wt％的细小纤维，所述废渣经100目筛筛选，得到筛余物为浮选脱墨渣纤维；所述浮选脱墨渣纤维在NaOH和60V％～90V％乙醇溶液的碱化条件下，经氯乙酸羧甲基化而制得，所得纸张增强剂的保水值为113.7g/100g～175.0g/100g、羧基含量为40.0mmol/kg～87.8mmol/kg。

所述浮选脱墨渣含有纸浆、油墨等有机物和碳酸钙等无机物，在600℃温度下灼烧残渣含量不高于79.5wt％；在900℃温度下灼烧残渣含量不高于49.5wt％。

另一方面，为了得到前述纸张增强剂，本发明的目的还在于提供一种使用浮选脱墨渣纤维制取所述纸张增强剂的生产方法。能综合利用废纸脱墨浆生产过程中的废弃物，使资源得到综合利用，减少对环境的污染。

为了实现上述目的，本发明提供的纸张增强剂的生产方法，包括以下步骤：

S1：办公废纸经浮选脱墨后，从浮选槽上面得到的废渣，所述废渣包括油墨、填料和10wt％～20wt％的细小纤维，所述废渣经100目筛筛选，得到的筛余物为浮选脱墨渣纤维；

S2：将所述浮选脱墨渣纤维加入到60V％～90V％乙醇中制成5wt％～12wt％的悬浮液；

S3：加入所述浮选脱墨渣纤维0.6～1.2重量份的NaOH和0.8～1.5重量份的氯乙酸，其中所述氯乙酸溶于其重量20～60倍95V％的乙醇中制成溶液后再加入，所述浮选脱墨渣纤维在60～80℃温度下，经羧甲基化70～150分钟后得到所述纸张增强剂。

此外，本发明还提供一种所述纸张增强剂的使用方法：在纸张抄造过程中，加入绝干纸浆1wt％～4wt％的所述纸张增强剂。

进一步地，所述纸张增强剂的使用方法，还包括在纸张抄造过程中，加入绝干纸浆0.3wt％～0.7wt％的硫酸铝、控制上网pH值为5～6。

本发明带来的有益效果：采用氯乙酸+碱性纤维素体系，将浮选脱墨渣纤维中羟基转化成羧甲基，当所述纸张增强剂添加到纸浆中抄造时，可加强纸浆纤维之间的结合力，从而提高纸张的物理强度。以办公废纸经浮选脱墨后从浮选槽上面得到的废渣为原料，实现了废弃物资源的综合利用，减少了对环境的污染。

具体实施方式

实施例用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

实施例1：办公废纸经浮选脱墨后，从浮选槽上面得到的废渣，所述废渣包括油墨、填料和10wt％～20wt％的细小纤维，所述废渣经100目筛筛选，得到的筛余物称为浮选脱墨渣纤维，所述浮选脱墨渣纤维在600℃温度下灼烧残渣含量为79.473wt％；在900℃温度下灼烧残渣含量为49.472wt％；将所述浮选脱墨渣纤维加入到60V％的乙醇中，制成5wt％的悬浮液；加入所述浮选脱墨渣纤维0.6重量份的NaOH和0.8重量份的氯乙酸，其中所述氯乙酸溶于其重量20倍95V％的乙醇中制成溶液后再加入，所述浮选脱墨渣纤维在60℃温度下经羧甲基化70分钟，用75V％乙醇溶液洗涤两次，最后用95V％乙醇溶液洗涤一次，过滤干燥得到所述纸张增强剂。经测试，得到的纸张增强剂的保水值为113.7g/100g、羧基含量为41.0mmol/kg。将杨木硫酸盐浆用水疏解后打浆到40°SR，稀释至2‰的浓度，在搅拌条件下加入绝干纸浆0.3wt％的硫酸铝，调节浆料的pH值至6，加入绝干纸浆1wt％本实施例制得的纸张增强剂，搅拌均匀后，按国家标准法抄取定量60g/m²的纸页。在105℃下熟化20min后，在恒温恒湿条件下平衡水分24h，按国家标准测其强度。

实施例2：办公废纸经浮选脱墨后，从浮选槽上面得到的废渣，所述废渣包括油墨、填料和10wt％～20wt％的细小纤维，所述废渣经100目筛筛选，得到的筛余物称为浮选脱墨渣纤维；将所述浮选脱墨渣纤维加入到70V％％乙醇中制成8wt％的悬浮液，加入所述浮选脱墨渣纤维0.8重量份的NaOH和1.0重量份的氯乙酸，其中所述氯乙酸溶于其重量30倍95V％的乙醇中制成溶液后再加入，所述浮选脱墨渣纤维在70℃温度下，经羧甲基化90分钟，用75V％乙醇溶液洗涤两次，最后用95V％乙醇溶液洗涤一次，过滤干燥得到所述纸张增强剂。经测试，得到的纸张增强剂的保水值为175.0g/100g、羧基含量为54.8mmol/kg。将杨木硫酸盐浆用水疏解后打浆到40°SR，稀释至2‰的浓度，在搅拌条件下加入绝干纸浆0.5wt％的硫酸铝，调节浆料的pH值至5，加入绝干纸浆3wt％本实施例制得的纸张增强剂，搅拌均匀后，按国家标准法抄取定量60g/m²的纸页。在105℃下熟化20min后，在恒温恒湿条件下平衡水分24h，按国家标准测其强度。

实施例3：办公废纸经浮选脱墨后，从浮选槽上面得到的废渣，所述废渣包括油墨、填料和10wt％～20wt％的细小纤维，所述废渣经100目筛筛选，得到的筛余物称为浮选脱墨渣纤维；将所述浮选脱墨渣纤维加入到80V％乙醇中制成10wt％的悬浮液，加入所述浮选脱墨渣纤维1.0重量份的NaOH和1.2重量份的氯乙酸，其中所述氯乙酸溶于其重量45倍95V％的乙醇中制成溶液后再加入，所述浮选脱墨渣纤维在70℃温度下经羧甲基化110分钟，用75V％乙醇溶液洗涤两次，最后用95V％乙醇溶液洗涤一次，过滤干燥得到所述纸张增强剂。经测试，得到的纸张增强剂的保水值为153.6g/100g、羧基含量为67.8mmol/kg。将杨木硫酸盐浆用水疏解后打浆到40°SR，稀释至2‰的浓度，在搅拌条件下加入绝干纸浆0.5wt％的硫酸铝，调节浆料的pH值至5.5，加入绝干纸浆1wt％本实施例制得的纸张增强剂，搅拌均匀后，按国家标准法抄取定量60g/m²的纸页。在105℃下熟化20min后，在恒温恒湿条件下平衡水分24h，按国家标准测其强度。

实施例4：办公废纸经浮选脱墨后，从浮选槽上面得到的废渣，所述废渣包括油墨、填料和10wt％～20wt％的细小纤维，所述废渣经100目筛筛选，得到的筛余物称为浮选脱墨渣纤维；将所述浮选脱墨渣纤维加入到90％V％乙醇中制成12wt％的悬浮液，加入所述浮选脱墨渣纤维1.2重量份的NaOH和1.5重量份的氯乙酸，其中所述氯乙酸溶于其重量60倍95V％的乙醇中制成溶液后再加入，所述浮选脱墨渣纤维在80℃温度下经羧甲基化150分钟，用75V％乙醇溶液洗涤两次，最后用95V％乙醇溶液洗涤一次，过滤干燥得到所述纸张增强剂。经测试，得到的纸张增强剂的保水值为138.2g/100g、羧基含量为87.8mmol/kg。将杨木硫酸盐浆用水疏解后打浆到40°SR，稀释至2‰的浓度，在搅拌条件下加入绝干纸浆0.7wt％的硫酸铝，调节浆料的pH值至5，加入绝干纸浆4wt％本实施例制得的纸张增强剂，搅拌均匀后，按国家标准法抄取定量60g/m²的纸页。在105℃下熟化20min后，在恒温恒湿条件下平衡水分24h，按国家标准测其强度。

对照例：将杨木硫酸盐浆用水疏解后打浆到40°SR，稀释至2‰的浓度，在搅拌条件下加入绝干纸浆0.5wt％的硫酸铝，调节浆料的pH值至5，搅拌均匀后，按国家标准法抄取定量60g/m²的纸页。在105℃下熟化20min后，在恒温恒湿条件下平衡水分24h，按国家标准测其强度。

各实施例和对照例得到的纸张产品，经测试性能如下：

由表中数据可知，随着浮选脱墨渣纤维制备纸张增强剂的羧甲基化时间、氢氧化钠用量、氯乙酸用量的增加，纸张的干抗张强度、耐破指数和耐折度都先上升后降低；和对照例相比，均增加明显；撕裂度先下降后略微增加。这是因为羧甲基化时间加长，羧基含量逐渐增加，纤维间氢键增多，结合力增大，耐折度与耐破度也随之增大，撕裂指数不断降低。当羧甲基化条件剧烈，即羧甲基化时间、氢氧化钠用量、氯乙酸用量的增加，羧基含量虽增加，但纤维破坏严重，导致纸张增强剂增强效果降低。优选羧甲基化时间90～110分钟，具有较好的技术效果。

对比实施例组一：在实施例3的基础上，变更由实施例3制得的纸张增强剂的加入量，分别加入绝干纸浆0.5wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％的纸张增强剂。各对照例得到的纸张产品，经测试性能如下：

由表中数据可知，随着浮选脱墨渣纤维制得的纸张增强剂加入量的增加，纸张干抗张强度、耐折度、耐破度均呈现先上升后下降的趋势。撕裂指数则先下降后上升。优选浮选脱墨渣纤维制得的纸张增强剂的加入量为绝干纸浆的1wt％～4wt％，具有较好的技术效果。

对比实施例组二：在实施例2的基础上，调节硫酸铝的加入量，变更浆料的pH值为7和9。

由表中数据可知，在硫酸铝的加入量为绝干纸浆的0.5wt％，pH为5时，制得的纸张性能较佳。

本发明中纸张定量、抗张指数、撕裂指数、耐破指数、耐折度、分别按照国家标准(GB/T451.2-2002)、国家标准(GB/T 22898-2008)、国家标准(GB/T 455-2002)和国家标准(GB/T454-2002)、国家标准(GB/T 457-2008)方法进行测试；纸张增强剂的保水值采用离心法，具体见参考文献(Xianliang S.，Kwei-Nam L..Oxidation of kraft pulp and its influence on therecycling characteristics of fibres.Cellulose Chemistry and Technology，2010，44(7-8)：265-270)羧基含量采用采用电导法测定，具体见参考文献(Katz，S.，Beatson，R.P.and Scallan，A.M.Strong and Weak Acidic Groups in Sulfite Pulps，Svensk papperstidning，1984(6)：R48～R53)进行测试。

显然，本发明不限于以上具体实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种纸张增强剂，其特征在于：所述纸张增强剂由办公废纸经浮选脱墨后，从浮选槽上面得到的废渣，所述废渣包括油墨、填料和10wt％～20wt％的细小纤维，所述废渣经100目筛筛选，得到的筛余物为浮选脱墨渣纤维；再由所述浮选脱墨渣纤维在NaOH和60V％～90V％乙醇溶液的碱化条件下，经氯乙酸羧甲基化而制得，所得纸张增强剂的保水值为113.7g/100g～175.0g/100g、羧基含量为40.0mmol/kg～87.8mmol/kg。

2.一种制备权利要求1所述纸张增强剂的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.一种权利要求2所述纸张增强剂的生产方法，其特征在于：所述浮选脱墨渣纤维经羧甲基化90～130分钟后得到所述纸张增强剂。

4.一种权利要求1所述纸张增强剂的使用方法，其特征在于：在纸张抄造过程中，加入绝干纸浆1wt％～4wt％的所述纸张增强剂。

5.一种权利要求4所述纸张增强剂的使用方法，其特征在于：在纸张抄造过程中，还加入绝干纸浆0.3wt％～0.7wt％的硫酸铝、控制上网pH值为5～6。