CN106087565B - 一种生物质改性纸张湿强剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物质改性纸张湿强剂的制备方法，属于造纸技术领域。本发明以生物质玉米淀粉和壳聚糖为原材料，经化学改性制得具有良好交联性能的双醛淀粉和富含羧基的改性壳聚糖，与湿强剂中间体和环氧氯丙烷共混交联最终制得生物质改性纸张湿强剂。本发明制备的生物质改性纸张湿强剂不仅可以提高纸张的干强度，也可以提高纸张的湿强度，其中干强抗张强度为39.54～45.65N·m/g，湿强抗张强度为28.9～30.2N·m/g，制备步骤简单，所需成本低，可广泛应用于纸张增强，具有较高的使用价值。

Description

一种生物质改性纸张湿强剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物质改性纸张湿强剂的制备方法，属于造纸技术领域。
背景技术
湿强剂作为一种助剂，在造纸行业中有着非常广的应用，在生活用纸如卫生纸、餐巾纸中有较广的应用，在包装用纸如纸质购物袋、包装盒中也有较广的应用。除此以外，在一些特殊纸质材料如壁纸、标签纸、滤纸中也有湿强剂的身影。湿强剂在不同的环境下，其应用的效果也不同。作为造纸的原料，纤维素具有亲水的特点，在纸张上沾水后，纤维素会失去其对应的强度，在工业造纸过程中，如果添加湿强剂后，可以显著的提高纸张的湿强抗张强度。
众多纸制品尤其是工业用纸都要求具有较高的湿强度。聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)，作为目前应用最多的湿增强剂，具有传统湿强剂脲醛树脂(UF)、改性三聚氰胺甲醛树脂(MF)以及丙烯酰胺类聚合物无法比拟的优点。它不仅具有良好的湿强效果和再成浆性能，且在生产过程中不存在游离甲醛，对生态环境和人体健康友好。现有PAE制备方法通常是由己二酸和二乙烯三胺或三乙烯四胺在碱性条件下反应制备聚胺，然后与环氧氯丙烷反应制得。该类产品由于未经交联改性，其交联程度，分子量较低，留着性能差，纸张的湿强效果远达不到生产要求，特别是对一些要求高湿强度纸种的应用效果仍不理想；同时会给纸张的抄造带来许多不良影响，如浆料易产生气泡、絮聚，纸页均匀度差，刚性低等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的聚酰胺多胺环氧氯丙烷湿强剂由于未经交联改性，其交联程度、分子量较低，留着性能差，纸张的湿强效果远达不到生产要求，特别是对一些要求高湿强度纸种的应用效果仍不理想的缺陷，本发明以生物质玉米淀粉和壳聚糖为原材料，经化学改性制得具有良好交联性能的双醛淀粉和富含羧基的改性壳聚糖，与湿强剂中间体和环氧氯丙烷共混交联最终制得生物质改性纸张湿强剂。本发明通过具有良好交联性能的双醛淀粉来增加湿强剂的交联强度，再通过添加改性壳聚糖，利用其酰胺化反应将壳聚糖接枝到纸纤维上，从而提高湿强剂的留着性能，有效解决了传统湿强剂未经交联改性，其交联程度、分子量较低，留着性能差，纸张的湿强效果远达不到生产要求的缺陷，具有极佳的使用效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）量取800～900mL浓度为0.5mol/L高碘酸钠溶液装入带有搅拌器的三口烧瓶中，用浓度为2mol/L硫酸溶液调节其pH至1.0～2.0，将烧瓶移入40～50℃的水浴锅中，启动搅拌器并边搅拌边加入高碘酸钠等质量的玉米淀粉，保温反应2～3h后，转入布氏漏斗用丙酮抽滤洗涤3～5遍，将滤渣干燥后得双醛淀粉，备用；
（2）称取10～15g壳聚糖溶于800～900mL冰醋酸中并将其移入带有搅拌器的三口烧瓶中，启动搅拌器以300～400r/min转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将50～100mL质量浓度为20%马来酸酐丙酮溶液在20～40min内逐滴滴入烧瓶中，室温下搅拌反应过夜，得混合物；
（3）将上述得到的混合物倒入1～2L浓度为1000g/L的氢氧化钾溶液中，启动搅拌机以500～600r/min转速搅拌1～2h后移入卧式离心机，在3000～4000r/min条件下离心15～20min，分离得到下层沉淀，干燥后得改性壳聚糖，备用；
（4）称取30～40g三乙烯四胺和500～600mL去离子水混合后装入带有搅拌器和回流装置的锥形瓶中，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7.5～8.0，再加入40～50g乙二酸，启动搅拌器进行搅拌并加热升温至130～140℃回流反应20～30min后，升温至170～190℃，保温2～3h后冷却，即得中间体；
（5）将上述得到的中间体移入烧杯，按质量比为1:1:20将步骤（1）备用的双醛淀粉和步骤（3）备用的改性壳聚糖加入到中间体中，再将烧杯移入50～60℃水浴锅中，用玻璃棒搅拌均匀得预混液；
（6）在搅拌状态下向上述预混液中逐滴滴加其体积1/5的环氧氯丙烷，控制滴加速度，使其10～15min内滴加完毕，再加入预混液总质量1～2%的过氧化苯甲酰，保温搅拌反应2～3h后用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节反应物pH至4.0～5.0，待其冷却至室温后出料，即得生物质改性纸张湿强剂。
本发明的应用方法：按质量比1:10，将生物质改性纸张湿强剂与去离子水搅拌混合均匀后，得到稀释纸张湿强剂，接着将得到的稀释纸张湿强剂加入至纤维浆料中，加入的量为纤维浆料质量0.2～0.3％，待加入完成后，对其进行搅拌10～15min，对混合浆料进行抄纸，即可制备得到纸张。经检测，所得纸张干强抗张强度为39.54～45.65N·m/g，湿强抗张强度为28.9～30.2N·m/g。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的生物质改性纸张湿强剂不仅可以提高纸张的干强度，也可以提高纸张的湿强度，其中干强抗张强度为39.54～45.65N·m/g，湿强抗张强度为28.9～30.2N·m/g；
（2）本发明制备的生物质改性纸张湿强剂制备步骤简单，所需成本低，可广泛应用纸张增强中，具有较高的使用价值。
具体实施方式
首先量取800～900mL浓度为0.5mol/L高碘酸钠溶液装入带有搅拌器的三口烧瓶中，用浓度为2mol/L硫酸溶液调节其pH至1.0～2.0，将烧瓶移入40～50℃的水浴锅中，启动搅拌器并边搅拌边加入高碘酸钠等质量的玉米淀粉，保温反应2～3h后，转入布氏漏斗用丙酮抽滤洗涤3～5遍，将滤渣干燥后得双醛淀粉，备用；再称取10～15g壳聚糖溶于800～900mL冰醋酸中并将其移入带有搅拌器的三口烧瓶中，启动搅拌器以300～400r/min转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将50～100mL质量浓度为20%马来酸酐丙酮溶液在20～40min内逐滴滴入烧瓶中，室温下搅拌反应过夜，得混合物；接着将上述得到的混合物倒入1～2L浓度为1000g/L的氢氧化钾溶液中，启动搅拌机以500～600r/min转速搅拌1～2h后移入卧式离心机，在3000～4000r/min条件下离心15～20min，分离得到下层沉淀，干燥后得改性壳聚糖，备用；称取30～40g三乙烯四胺和500～600mL去离子水混合后装入带有搅拌器和回流装置的锥形瓶中，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7.5～8.0，再加入40～50g乙二酸，启动搅拌器进行搅拌并加热升温至130～140℃回流反应20～30min后，升温至170～190℃，保温2～3h后冷却，即得中间体；将上述得到的中间体移入烧杯，按质量比为1:1:20将备用的双醛淀粉和备用的改性壳聚糖加入到中间体中，再将烧杯移入50～60℃水浴锅中，用玻璃棒搅拌均匀得预混液；最后在搅拌状态下向上述预混液中逐滴滴加其体积1/5的环氧氯丙烷，控制滴加速度，使其10～15min内滴加完毕，再加入预混液总质量1～2%的过氧化苯甲酰，保温搅拌反应2～3h后用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节反应物pH至4.0～5.0，待其冷却至室温后出料，即得生物质改性纸张湿强剂。
实例1
首先量取900mL浓度为0.5mol/L高碘酸钠溶液装入带有搅拌器的三口烧瓶中，用浓度为2mol/L硫酸溶液调节其pH至2.0，将烧瓶移入50℃的水浴锅中，启动搅拌器并边搅拌边加入高碘酸钠等质量的玉米淀粉，保温反应3h后，转入布氏漏斗用丙酮抽滤洗涤5遍，将滤渣干燥后得双醛淀粉，备用；再称取15g壳聚糖溶于900mL冰醋酸中并将其移入带有搅拌器的三口烧瓶中，启动搅拌器以400r/min转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将100mL质量浓度为20%马来酸酐丙酮溶液在40min内逐滴滴入烧瓶中，室温下搅拌反应过夜，得混合物；接着将上述得到的混合物倒入2L浓度为1000g/L的氢氧化钾溶液中，启动搅拌机以600r/min转速搅拌2h后移入卧式离心机，在4000r/min条件下离心20min，分离得到下层沉淀，干燥后得改性壳聚糖，备用；称取40g三乙烯四胺和600mL去离子水混合后装入带有搅拌器和回流装置的锥形瓶中，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8.0，再加入50g乙二酸，启动搅拌器进行搅拌并加热升温至140℃回流反应30min后，升温至190℃，保温3h后冷却，即得中间体；将上述得到的中间体移入烧杯，按质量比为1:1:20将备用的双醛淀粉和备用的改性壳聚糖加入到中间体中，再将烧杯移入60℃水浴锅中，用玻璃棒搅拌均匀得预混液；最后在搅拌状态下向上述预混液中逐滴滴加其体积1/5的环氧氯丙烷，控制滴加速度，使其15min内滴加完毕，再加入预混液总质量2%的过氧化苯甲酰，保温搅拌反应3h后用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节反应物pH至5.0，待其冷却至室温后出料，即得生物质改性纸张湿强剂。
按质量比1:10，将生物质改性纸张湿强剂与去离子水搅拌混合均匀后，得到稀释纸张湿强剂，接着将得到的稀释纸张湿强剂加入至纤维浆料中，加入的量为纤维浆料质量0.3％，待加入完成后，对其进行搅拌15min，对混合浆料进行抄纸，即可制备得到纸张。经检测，干强抗张强度为45.65N·m/g，湿强抗张强度为30.2N·m/g。
实例2
首先量取800mL浓度为0.5mol/L高碘酸钠溶液装入带有搅拌器的三口烧瓶中，用浓度为2mol/L硫酸溶液调节其pH至1.0，将烧瓶移入40℃的水浴锅中，启动搅拌器并边搅拌边加入高碘酸钠等质量的玉米淀粉，保温反应2h后，转入布氏漏斗用丙酮抽滤洗涤3遍，将滤渣干燥后得双醛淀粉，备用；再称取10g壳聚糖溶于800mL冰醋酸中并将其移入带有搅拌器的三口烧瓶中，启动搅拌器以300r/min转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将50mL质量浓度为20%马来酸酐丙酮溶液在20min内逐滴滴入烧瓶中，室温下搅拌反应过夜，得混合物；接着将上述得到的混合物倒入1L浓度为1000g/L的氢氧化钾溶液中，启动搅拌机以500r/min转速搅拌1h后移入卧式离心机，在3000r/min条件下离心15min，分离得到下层沉淀，干燥后得改性壳聚糖，备用；称取30g三乙烯四胺和500mL去离子水混合后装入带有搅拌器和回流装置的锥形瓶中，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7.5，再加入40g乙二酸，启动搅拌器进行搅拌并加热升温至130℃回流反应20min后，升温至170℃，保温2h后冷却，即得中间体；将上述得到的中间体移入烧杯，按质量比为1:1:20将备用的双醛淀粉和备用的改性壳聚糖加入到中间体中，再将烧杯移入50℃水浴锅中，用玻璃棒搅拌均匀得预混液；最后在搅拌状态下向上述预混液中逐滴滴加其体积1/5的环氧氯丙烷，控制滴加速度，使其10min内滴加完毕，再加入预混液总质量1%的过氧化苯甲酰，保温搅拌反应2h后用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节反应物pH至4.0，待其冷却至室温后出料，即得生物质改性纸张湿强剂。
按质量比1:10，将生物质改性纸张湿强剂与去离子水搅拌混合均匀后，得到稀释纸张湿强剂，接着将得到的稀释纸张湿强剂加入至纤维浆料中，加入的量为纤维浆料质量0.2％，待加入完成后，对其进行搅拌10min，对混合浆料进行抄纸，即可制备得到纸张。经检测，干强抗张强度为39.54N·m/g，湿强抗张强度为28.9N·m/g。
实例3
首先量取850mL浓度为0.5mol/L高碘酸钠溶液装入带有搅拌器的三口烧瓶中，用浓度为2mol/L硫酸溶液调节其pH至1.5，将烧瓶移入45℃的水浴锅中，启动搅拌器并边搅拌边加入高碘酸钠等质量的玉米淀粉，保温反应2h后，转入布氏漏斗用丙酮抽滤洗涤4遍，将滤渣干燥后得双醛淀粉，备用；再称取12g壳聚糖溶于850mL冰醋酸中并将其移入带有搅拌器的三口烧瓶中，启动搅拌器以350r/min转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将70mL质量浓度为20%马来酸酐丙酮溶液在30min内逐滴滴入烧瓶中，室温下搅拌反应过夜，得混合物；接着将上述得到的混合物倒入1L浓度为1000g/L的氢氧化钾溶液中，启动搅拌机以550r/min转速搅拌1h后移入卧式离心机，在3500r/min条件下离心17min，分离得到下层沉淀，干燥后得改性壳聚糖，备用；称取35g三乙烯四胺和550mL去离子水混合后装入带有搅拌器和回流装置的锥形瓶中，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7.7，再加入45g乙二酸，启动搅拌器进行搅拌并加热升温至135℃回流反应25min后，升温至180℃，保温3h后冷却，即得中间体；将上述得到的中间体移入烧杯，按质量比为1:1:20将备用的双醛淀粉和备用的改性壳聚糖加入到中间体中，再将烧杯移入55℃水浴锅中，用玻璃棒搅拌均匀得预混液；最后在搅拌状态下向上述预混液中逐滴滴加其体积1/5的环氧氯丙烷，控制滴加速度，使其12min内滴加完毕，再加入预混液总质量2%的过氧化苯甲酰，保温搅拌反应2h后用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节反应物pH至4.5，待其冷却至室温后出料，即得生物质改性纸张湿强剂。
按质量比1:10，将生物质改性纸张湿强剂与去离子水搅拌混合均匀后，得到稀释纸张湿强剂，接着将得到的稀释纸张湿强剂加入至纤维浆料中，加入的量为纤维浆料质量0.25％，待加入完成后，对其进行搅拌12min，对混合浆料进行抄纸，即可制备得到纸张。经检测，干强抗张强度为40.54N·m/g，湿强抗张强度为30.1N·m/g。

Claims (1)

1.一种生物质改性纸张湿强剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）量取800～900mL浓度为0.5mol/L高碘酸钠溶液装入带有搅拌器的三口烧瓶中，用浓度为2mol/L硫酸溶液调节其pH至1.0～2.0，将烧瓶移入40～50℃的水浴锅中，启动搅拌器并边搅拌边加入高碘酸钠等质量的玉米淀粉，保温反应2～3h后，转入布氏漏斗用丙酮抽滤洗涤3～5遍，将滤渣干燥后得双醛淀粉，备用；
（2）称取10～15g壳聚糖溶于800～900mL冰醋酸中并将其移入带有搅拌器的三口烧瓶中，启动搅拌器以300～400r/min转速进行搅拌，在搅拌的过程中再将50～100mL质量浓度为20%马来酸酐丙酮溶液在20～40min内逐滴滴入烧瓶中，室温下搅拌反应过夜，得混合物；
（3）将上述得到的混合物倒入1～2L浓度为1000g/L的氢氧化钾溶液中，启动搅拌机以500～600r/min转速搅拌1～2h后移入卧式离心机，在3000～4000r/min条件下离心15～20min，分离得到下层沉淀，干燥后得改性壳聚糖，备用；
（4）称取30～40g三乙烯四胺和500～600mL去离子水混合后装入带有搅拌器和回流装置的锥形瓶中，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7.5～8.0，再加入40～50g乙二酸，启动搅拌器进行搅拌并加热升温至130～140℃回流反应20～30min后，升温至170～190℃，保温2～3h后冷却，即得中间体；
（5）将上述得到的中间体移入烧杯，按质量比为1:1:20将步骤（1）备用的双醛淀粉和步骤（3）备用的改性壳聚糖加入到中间体中，再将烧杯移入50～60℃水浴锅中，用玻璃棒搅拌均匀得预混液；
（6）在搅拌状态下向上述预混液中逐滴滴加其体积1/5的环氧氯丙烷，控制滴加速度，使其10～15min内滴加完毕，再加入预混液总质量1～2%的过氧化苯甲酰，保温搅拌反应2～3h后用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节反应物pH至4.0～5.0，待其冷却至室温后出料，即得生物质改性纸张湿强剂。
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