CN103469689B - 一种玉米芯改性制备纸张增强剂的方法 - Google Patents

一种玉米芯改性制备纸张增强剂的方法 Download PDF

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Abstract

一种玉米芯改性制备纸张增强剂的方法，包括以下步骤：玉米芯粉碎制得80目以下的玉米芯粉；用玉米芯粉20wt％～30wt％的冰醋酸和20wt％～30wt％的亚氯酸钠配制成水溶液，玉米芯粉在75～80℃温度下在水溶液中处理50～70分钟；经上步骤处理后，加入玉米芯粉20wt％～30wt％的冰醋酸和20wt％～30wt％的亚氯酸钠，在75～80℃温度下继续处理50～70分钟；经上步骤处理后的中间物冷却、过滤、用水洗涤至洗液不呈酸性，制得白色中间产物；将白色中间产物加入其绝干量4重量份的二氯甲烷中，在搅拌条件下，加入白色中间产物绝干量0.8～1.4重量份由等体积的二氯甲烷和氯磺酸组成的混合溶液，继续搅拌反应1～4h；加入NaOH溶液中和至中性后，用无水乙醇分散；经过滤、洗涤制得纸张增强剂。

Description

一种玉米芯改性制备纸张增强剂的方法
技术领域
本发明涉及造纸技术的纸张增强剂，特别涉及一种以玉米芯为原料合成纸张增强剂的生产方法，具体涉及用作纸张增强剂的玉米芯改性方法。
背景技术
我国是农业大国,植物纤维资源丰富。玉米芯是玉米果穗脱去籽粒后的果轴。玉米产量每年在1.1～1.3亿吨，可以副产2000万吨的玉米芯,然而玉米芯作为一种农业废弃物，目前多用作燃料，造成很大的浪费。目前，国内外都围绕玉米芯深加工和综合利用开展研究，开发了一系列玉米芯综合加工的新途径。随着我国科技实力的不断增强，玉米芯的深加工领域不断扩大，目前许多产品已经实现了工业化生产，使这一废弃物质得到了资源化利用。随着玉米产量日益提高，玉米芯的量大大提高，继续研究开发可再生的玉米芯制备可生物降解材料或化学品，对植物资源高值化以及绿色环保具有极其重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玉米芯改性制备纸张增强剂的方法，根据玉米芯所含的化学基团，针对性改造，制得纳米级纸张增强剂，可以增强纸张的强度。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种玉米芯改性制备纸张增强剂的方法，至少包括以下步骤：
1)玉米芯粉碎制得80目以下的玉米芯粉；
2)用所述玉米芯粉20wt％～30wt％的冰醋酸和20wt％～30wt％的亚氯酸钠配制成水溶液，玉米芯粉在75～80℃温度下在所述水溶液中处理50～70分钟；
3)经上步骤处理后，加入所述玉米芯粉20wt％～30wt％的冰醋酸和20wt％～30wt％的亚氯酸钠，在75～80℃温度下继续处理50～70分钟；
4)经上步骤处理后的中间物冷却、过滤、用水洗涤至洗液不呈酸性，制得白色中间产物；
5)将白色中间产物加入其绝干量4重量份的二氯甲烷中，在搅拌条件下，加入白色中间产物绝干量0.8～1.4重量份由等体积的二氯甲烷和氯磺酸组成的混合溶液，继续搅拌反应1～4h。反应结束，加入NaOH溶液中和至中性后，用无水乙醇分散。
6)经过滤、洗涤制得纸张增强剂。
进一步地，所述玉米芯改性制备纸张增强剂的方法，步骤4)中过滤得到的过滤液回用于步骤2)中。
本发明带来的有益效果：采用亚氯酸钠处理使之颗粒变小，达到纳米级，二氯甲烷溶剂体系中的氯磺酸，将纳米级玉米芯综纤维素中羟基磺化成磺酸基，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。以农业废弃物玉米芯为原料，实现可再生农业废弃物资源的综合利用。
附图说明
附图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。在附图中：
图1为实施例得到的增强剂颗粒大小图；
图2为S元素百分含量与耐折度的关系图；
图3为S元素百分含量与耐破指数的关系；
图4为S元素百分含量与撕裂指数的关系；
图5为S元素百分含量与抗张指数的关系。
具体实施方式
实施例1：将玉米芯粉碎后过筛制得80目以下的玉米芯粉；用所述玉米芯粉25wt％的冰醋酸和25wt％的亚氯酸钠配制成水溶液，玉米芯粉在75℃温度下在所述水溶液中处理60分钟；继续加入所述玉米芯粉25wt％的冰醋酸和25wt％的亚氯酸钠，玉米芯粉在80℃温度下继续处理50分钟；处理后得到的中间物冷却、过滤、用水洗涤至洗液不呈酸性，制得白色中间产物；将白色中间产物加入其绝干量4重量份的二氯甲烷中，在搅拌条件下，加入白色中间产物绝干量0.8重量份由等体积的二氯甲烷和氯磺酸组成的混合溶液，继续搅拌反应1h。反应结束，加入5mol/L的NaOH溶液中和至中性后，用无水乙醇分散；经过滤、洗涤制得纸张增强剂。经测试，得到的纸张增强剂的硫元素质量百分含量为4.20％。
实施例2：将玉米芯粉碎后过筛制得80目以下的玉米芯粉；用所述玉米芯粉30wt％的冰醋酸和30wt％的亚氯酸钠配制成水溶液，玉米芯粉在80℃温度下在所述水溶液中处理50分钟；继续加入所述玉米芯粉20wt％的冰醋酸和20wt％的亚氯酸钠，玉米芯粉在75℃温度下继续处理70分钟；处理后得到的中间物冷却、过滤、用水洗涤至洗液不呈酸性，制得白色中间产物；将白色中间产物加入其绝干量4重量份的二氯甲烷中，在搅拌条件下，加入白色中间产物绝干量1.0重量份由等体积的二氯甲烷和氯磺酸组成的混合溶液，继续搅拌反应2h。反应结束，加入5mol/L的NaOH溶液中和至中性后，用无水乙醇分散；经过滤、洗涤制得纸张增强剂。经测试，得到的纸张增强剂的硫元素质量百分含量为6.43％。
实施例3：将玉米芯粉碎后过筛制得80目以下的玉米芯粉；用所述玉米芯粉20wt％的冰醋酸和20wt％的亚氯酸钠配制成水溶液，玉米芯粉在78℃温度下在所述水溶液中处理60分钟；继续加入所述玉米芯粉30wt％的冰醋酸和30wt％的亚氯酸钠，玉米芯粉在77℃温度下继续处理60分钟；处理后得到的中间物冷却、过滤、用水洗涤至洗液不呈酸性，制得白色中间产物；将白色中间产物加入其绝干量4重量份的二氯甲烷中，在搅拌条件下，加入白色中间产物绝干量1.4重量份由等体积的二氯甲烷和氯磺酸组成的混合溶液，继续搅拌反应4h。反应结束，加入5mol/L的NaOH溶液中和至中性后，用无水乙醇分散；经过滤、洗涤制得纸张增强剂。经测试，得到的纸张增强剂的硫元素质量百分含量为11.54％。
将杨木硫酸盐浆用水疏解后打浆到40°SR，稀释至2‰的浓度，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1wt％实施例1-3制得的纸张增强剂，搅拌均匀后，按国家标准纸浆实验室纸页的制备常规纸页成型器法(QB/T3703-99)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，按纸和纸板抗张强度的测定恒速拉伸法(100mm/min)(GB/T22898-2008)、纸和纸板撕裂度的测定(GB/T455-2002)、纸耐破度的测定(GB/T454-2002)、纸和纸板耐折度的测定(GB/T457-2008)方法进行测试。
对照例：为相同的杨木浆及试验条件，在不加入本发明提供的纸张增强剂的情况下的试制纸张产品。
测试结果如下表：
图1为实施例得到的增强剂颗粒大小图，达到纳米级水平。纳米级的纸张增强剂不仅具有一般增强剂的效能，还会由于纳米效应，对纸张的增强效果更好。
图2体现了硫元素含量对纸张耐着度的影响趋势。随着硫元素的增加，耐着度呈明显下降趋势。
图3体现了硫元素含量对纸张耐破指数的影响趋势。随着硫元素含量的增加，纸张耐破指数呈下降趋势。
图4体现了硫元素含量对纸张撕裂指数的影响趋势。随着硫元素含量的增加，纸张撕裂指数呈先下降后上升趋势。
图5体现了硫元素含量对纸张抗张指数的影响趋势。随着硫元素含量的增加，纸张抗张指数呈下降趋势。
结果表明：随着纳米级玉米芯改性产品得到的纸张增强剂的硫元素含量的增加，纸张的干抗张强度呈先上升后下降趋势；耐破指数趋势相似但不如干抗张强度增加明显；耐折度呈显著下降趋势，撕裂度呈先下降后上升趋势。但均比对照例的性能好，磺化后，玉米芯综纤维素的亲水性磺酸基增加，加上纳米效应，使纤维之间的结合力增大，抗张指数、耐折度与耐破度也随之增大。但磺化时间加长，纸张强度下降。优选加入白色中间产物绝干量0.8～1.4重量份的等体积的二氯甲烷和氯磺酸的混合溶液，反应时间1～4h得到的纸张增强剂的硫元素含量4.20％～6.43％，具有较好的技术效果。
显然，本发明不限于以上优选实施方式，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 (2)

1.一种玉米芯改性制备纸张增强剂的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
1)玉米芯粉碎制得80目以下的玉米芯粉；
2)用所述玉米芯粉20wt％～30wt％的冰醋酸和20wt％～30wt％的亚氯酸钠配制成水溶液，玉米芯粉在75～80℃温度下在所述水溶液中处理50～70分钟；
3)经上步骤处理后，加入所述玉米芯粉20wt％～30wt％的冰醋酸和20wt％～30wt％的亚氯酸钠，在75～80℃温度下继续处理50～70分钟；
4)经上步骤处理后的中间物冷却、过滤、用水洗涤至洗液不呈酸性，制得白色中间产物；
5)将白色中间产物加入其绝干量4重量份的二氯甲烷中，在搅拌条件下，加入白色中间产物绝干量0.8～1.4重量份由等体积的二氯甲烷和氯磺酸组成的混合溶液，继续搅拌反应1～4h，反应结束，加入NaOH溶液中和至中性后，用无水乙醇分散；
6)经过滤、洗涤制得纸张增强剂。
2.根据权利要求1所述的玉米芯改性制备纸张增强剂的方法，其特征在于：步骤4)中过滤得到的过滤液回用于步骤2)中。
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