CN105061787A - 一种交联碱木素及其制备方法与应用 - Google Patents

一种交联碱木素及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交联碱木素及其制备方法与应用。该交联碱木素包含如下成分：碱木素100份、氧化剂5～20份、交联剂1～20份、水100份。本发明通过将碱木素和水混合，调节pH值为碱性，加入氧化剂进行反应；接着加入交联剂进行反应，得到交联碱木素。该交联碱木素原料来源丰富，变废为宝，成本低廉；能部分代替施胶淀粉，又保证成纸强度和防水性质量，可用于制备表面施胶液,用于制备纸制品。

Description

一种交联碱木素及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于造纸化学品制备工艺领域，特别涉及一种交联碱木素及其制备方法与应用。
背景技术
淀粉由于其分子结构单元与纸浆相同，都是葡萄糖单元，广泛应用于造纸工业中。造纸工业中常用的是改性淀粉，改性方法包括氧化、醚化、酯化、酶转化、交联和接枝等。由于淀粉也是食品工业的主要原料，加上工业淀粉的改性过程，使用改性淀粉成本不断增加。降低淀粉成本将大大降低造纸工业中使用淀粉环节的支出。开发代替淀粉或部分代替淀粉的质优价廉新材料是一种行之有效的实现技术。
碱木素是碱法制浆和硫酸盐法制浆所得的黑液，其中有机物占70％以上，有机物中主要是碱木素，是一种大分子天然植物成分。由于碱木素是制浆副产物，来源丰富，价格较低，其分子结构中具有苯酚单元，愈疮木基结构的木素单元可以通过醛基交联成更大的分子，酚羟基结构木素分子在酸性条件下形成不溶水的结构，具有天然的抗水性。目前碱木素一般用于水泥减水剂，改性木素则用于家具板材胶粘剂，暂没有碱木素回用纸张生产的表面施胶技术文献。
表面施胶是在成纸表面进行涂布处理，从而使纸张获得一定的强度和防水性的方法。由于具有不会干扰纸浆中湿部化学品的添加，不会干扰纤维与纤维之间的氢键结合，没有施胶剂的随水流失，能减少造纸废水的负荷，能降低纸的两面差，胶液利用效率高等特点，尤其是具有明显提高纸的强度和抗水性等优点，使表面施胶方法得到广泛应用。
常用的表面施胶环节中，吨纸淀粉用量达到60kg以上，可以明显提高成纸强度，与具有防水功能的表面施胶剂一起使用，成膜性能好，抗水性优良。如能开发部分代替淀粉的碱木素新材料，保证成纸强度和防水性质量，同时价格低廉，原料来源丰富，使用方便，安全环保，将具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种交联碱木素。
本发明的另一目的在于提供所述交联碱木素的制备方法。
本发明的再一目的在于提供所述交联碱木素的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种交联碱木素，包含以下按质量份数计的成分：碱木素100份、氧化剂5～20份、交联剂1～20份、水100份。
所述的交联碱木素，还包含pH调节剂，pH调节剂用于调节所述交联碱木素的pH值。
所述的pH调节剂的用量为适量，依据所述交联碱木素的pH值而定。
所述交联碱木素的pH值优选为9～11；更优选为10。
所述的pH调节剂包括碱和酸。
所述的碱优选为氢氧化钠；更优选为浓度为0.5M的氢氧化钠溶液。
所述的酸优选为盐酸；更优选为浓度为0.5M的盐酸溶液。
所述的碱木素为碱法或硫酸盐法制浆黑液进行干燥所得的固形物，优选硫酸盐法制浆黑液进行干燥所得的固形物。
所述的氧化剂为具有氧化漂白功能的助剂，优选为次氯酸盐、保险粉(连二亚硫酸钠)和双氧水中的至少一种。
所述的双氧水的浓度为30(w/w)％。
所述交联剂指交联两个碱木素分子的小分子物质，优选为甲醛。
所述的甲醛的浓度为37(w/w)％。
所述的水优选为蒸馏水。
所述交联碱木素的制备方法，包含以下步骤：
(1)碱木素氧化：在100质量份碱木素中加入100质量份水，用pH调节剂调节pH值为碱性，加入氧化剂5～20质量份，升温到50～80℃，保温；
(2)碱木素交联：在步骤(1)氧化后得到的碱木素体系中加入交联剂1～20质量份，于60～95℃保温，得到交联碱木素；降温后即可出料。
步骤(1)中所述的pH值优选为9～11。
步骤(1)中所述的保温的时间优选为至少1h，保证氧化完全；更优选为1.5～3h；最有选为2h。
步骤(2)中所述的保温的时间优选为1～3h。
步骤(2)中所述降温优选为降至50℃以下。
该制备过程一直保持100～200rpm的转速进行搅拌，得到的交联碱木素是深棕色的溶液。
所述的交联碱木素用于制备纸制品，作为表面施胶液的组成成分，其可以代替表面施胶淀粉5～20％，改善纸表面性质，特别是明显提高成纸的防水性和纸张强度。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：能部分代替施胶淀粉，保证成纸强度和防水性质量，同时价格低廉，原料来源丰富，使用方便，安全环保。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)碱木素氧化：在100质量份碱木素(市购，25KG/包)中加入100质量份蒸馏水，用浓度分别为0.5M的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节pH值为10，加入双氧水(30w/w％)5质量份，升温到80℃，保温90分钟。
(2)碱木素交联：在步骤(1)氧化后得到的碱木素体系中加入交联剂(浓度37w/w％的甲醛)5质量份，于80℃保温1.5小时得到交联碱木素，降温到50℃以下出料。
(3)施胶液制备：
①常规施胶液(简称施胶液A)：常规表面施胶剂(市售德国BK532)与氧化淀粉按质量比1：20(质量比)，同时添加浓度为质量百分比10％的硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂按质量比1:1配比，混合均匀，得到施胶液A。
②含所制得交联碱木素的施胶液(简称施胶液B)：将所制得的交联碱木素加入到施胶液A中，交联碱木素的加入量相当于氧化淀粉质量的10％，混合均匀后即得施胶液B。
施涂量选择1g/m2。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸(105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用Cobb值1分钟测量。采用施胶液B施涂后吸水值为36GSM，抗张指数为57.4N.m/g，环压指数为10.38N.m/g；而相同条件下，采用施胶液A施涂后吸水值为40GSM，抗张指数为57.05N.m/g，环压指数为9.64N.m/g。可见，施胶液B中，交联碱木素不但取代了部分淀粉用量，也改善施胶纸的质量。
实施例2
(1)碱木素氧化：在100质量份碱木素(市购，25KG/包)中加入100质量份蒸馏水，用浓度分别为0.5M的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节pH值为11，加入双氧水(30w/w％)20质量份，升温到70℃，保温120分钟。
(2)碱木素交联：在步骤(1)氧化后得到的碱木素体系中加入交联剂(浓度37w/w％的甲醛)20质量份，于95℃保温1小时得到交联碱木素，降温到50℃以下出料。
(3)施胶液制备：
①常规施胶液(简称施胶液A)：常规表面施胶剂(市售德国BK532)与氧化淀粉按质量比1：20(质量比)，同时添加浓度为质量百分比10％的硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂按质量比1:1配比，混合均匀，得到施胶液A。
②含所制得交联碱木素的施胶液(简称施胶液B)：将所制得的交联碱木素加入到施胶液A中，交联碱木素的加入量相当于氧化淀粉质量的10％，混合均匀后即得施胶液B。
施涂量选择1g/m2。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸(105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用Cobb值1分钟测量。采用施胶液B施涂后吸水值为34GSM，抗张指数为57.8N.m/g，环压指数为10.5N.m/g；而相同条件下，采用施胶液A施涂后吸水值为40GSM，抗张指数为57.05N.m/g，环压指数为9.64N.m/g。
实施例3
(1)碱木素氧化：在100质量份碱木素(市购，25KG/包)中加入100质量份蒸馏水，用浓度分别为0.5M的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节pH值为9，加入双氧水(30w/w％)10质量份，升温到50℃，保温180分钟。
(2)碱木素交联：在步骤(1)氧化后得到的碱木素体系中加入交联剂(浓度37w/w％的甲醛)1质量份，于60℃保温3小时得到交联碱木素，降温到50℃以下出料。
(3)施胶液制备：
①常规施胶液(简称施胶液A)：常规表面施胶剂(市售德国BK532)与氧化淀粉按质量比1：20(质量比)，同时添加浓度为质量百分比10％的硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂按质量比1:1配比，混合均匀，得到施胶液A。
②含所制得交联碱木素的施胶液(简称施胶液B)：将所制得的交联碱木素加入到施胶液A中，交联碱木素的加入量相当于氧化淀粉质量的10％，混合均匀后即得施胶液B。
施涂量选择1g/m2。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸(105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用Cobb值1分钟测量。采用施胶液B施涂后吸水值为36GSM，抗张指数为57.5N.m/g，环压指数为10.35N.m/g；而相同条件下，采用施胶液A施涂后吸水值为40GSM，抗张指数为57.05N.m/g，环压指数为9.64N.m/g。
对比例1
与实施例1基本相同，区别仅在于使用双氧水(30w/w％)30质量份，得到的交联碱木素用于制备的施胶液B施涂后吸水值为41GSM，抗张指数为57N.m/g，环压指数为9.7N.m/g。可见双氧水用量过大，可能导致碱木素降解程度严重，得到的交联碱木素不适用于做施胶剂。
对比例2
(1)碱木素交联：在100质量份碱木素(市购，25KG/包)中加入100质量份蒸馏水，用浓度分别为0.5M的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节pH值为11，加入交联剂(浓度37w/w％的甲醛)20质量份，升温到70℃，保温120分钟，得到交联碱木素。
(2)用步骤(1)制备得到的交联碱木素按实施例1检测方法进行检测，得到的交联碱木素用于制备的施胶液B施涂后吸水值为50GSM，抗张指数为49N.m/g，环压指数为8.2N.m/g。
对比例3
(1)碱木素交联：在100质量份碱木素(市购，25KG/包)中加入100质量份蒸馏水，用浓度分别为0.5M的氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节pH值为11，加入交联剂(浓度37w/w％的甲醛)20质量份，升温到70℃，保温120分钟，得到交联碱木素。
(2)碱木素氧化：在步骤(1)交联后得到的碱木素体系中加入双氧水(30w/w％)20质量份，于95℃保温1小时得到交联碱木素，降温到50℃以下出料。
(3)用步骤(2)制备得到的交联碱木素按实施例1检测方法进行检测，得到的交联碱木素用于制备的施胶液B施涂后吸水值为49GSM，抗张指数为49N.m/g，环压指数为8.3N.m/g。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交联碱木素，其特征在于包含以下按质量份数计的成分：碱木素100份、氧化剂5～20份、交联剂1～20份、水100份。
2.根据权利要求1所述的交联碱木素，其特征在于：还包含pH调节剂。
3.根据权利要求2所述的交联碱木素，其特征在于：所述的pH调节剂的用量为依据所述交联碱木素的pH值而定。
4.根据权利要求3所述的交联碱木素，其特征在于：所述的pH调节剂为碱和酸中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的交联碱木素，其特征在于：
所述的碱为氢氧化钠；
所述的酸为盐酸。
6.根据权利要求1所述的交联碱木素，其特征在于：所述交联碱木素的pH值为9～11。
7.根据权利要求1所述的交联碱木素，其特征在于：
所述的氧化剂为次氯酸盐、保险粉和双氧水中的至少一种；
所述的交联剂为甲醛；
所述的水为蒸馏水。
8.权利要求1～7任一项所述交联碱木素的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)碱木素氧化：在100质量份碱木素中加入100质量份水，用pH调节剂调节pH值为碱性，加入氧化剂5～20质量份，升温到50～80℃，保温；
(2)碱木素交联：在步骤(1)氧化后得到的碱木素体系中加入交联剂1～20质量份，于60～95℃保温，得到交联碱木素；降温后即可出料。
9.根据权利要求8所述交联碱木素的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的pH值为9～11；
步骤(1)中所述的保温的时间为至少1h；
步骤(2)中所述的保温的时间为1～3h。
10.权利要求1～7任一项所述交联碱木素在制备纸制品中的应用。
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