CN106283848B

CN106283848B - 一种改善高得率浆性能的方法

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Publication number: CN106283848B
Application number: CN201610804567.3A
Authority: CN
Inventors: 杨桂花; 陈嘉川; 王强; 吉兴香; 周慧芳
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2036-09-06
Also published as: CN106283848A

Abstract

本发明涉及一种不同DS木聚糖衍生物肉桂酰化木聚糖对APMP性能的改善。通过对不同取代度、CAX与APMP混合时间、CAX用量以及配抄条件的优化处理，获得CAX对APMP物理强度性能和配抄性能的理想工艺条件。本发明可改善APMP浆的物理强度性能和配抄性能，扩大APMP与半纤维素的应用范围，提高半纤维素的利用价值。

Description

一种改善高得率浆性能的方法

技术领域

本发明属于湿部化学领域，特别涉及不同取代度(DS)的肉桂酰化木聚糖(CAX)对碱性过氧化氢机械浆(APMP)物理强度和配抄性能的影响。

背景技术

半纤维素是植物纤维细胞壁中的主要多糖组分，不同的植物体中组成半纤维素的糖单元有所不同。非结晶的半纤维素结构主要是以(1-4)-β-糖苷键为主链连接而成的线性高分子化合物。利用半纤维素的特性，对其进行功能化应用探讨，以提高其潜在的利用价值，是近些年科技研究的一个重要方向。因此，各种经过化学修饰和改性的半纤维素衍生物应运而生，而酰化半纤维素是一种重要的生物基功能化材料，具有重要的潜在应用价值。肉桂酸酐作为一种酰化剂，其不饱和双键可以作为交联活性的聚合位点，而其苯环结构既可以作为材料的疏水集团增加其疏水性，也可以用于大分子的改性多功能平台和湿部添加剂。木聚糖是半纤维素的主要聚糖，通过对木聚糖进行衍生化处理，探讨其在造纸湿部中的应用可以提高半纤维素的利用价值。尽管半纤维素衍生物的生产成本略高于淀粉、瓜尔豆胶等造纸助剂，但是作为农业废弃物中的半纤维素的可持续利用，也是我国低碳经济发展中的一个重要策略。

近些年，随着化学浆生产成本的增加，一些造纸企业在纸张抄造中不断提高高得率浆的配抄比例，以降低纸张生产成本。但高得率浆存在物理强度低、细小组分含量高、白度稳定性差等弊端，影响了其应用范围的进一步扩大。因此，需要探寻较适宜的助剂来改善高得率浆的性能。

发明内容

为了提高APMP的强度性能和配抄性能，本发明提供一种新的半纤维素湿部添加剂来改善APMP的强度性能和配抄性能。

本发明采用不同取代度下的酰化木聚糖衍生物(肉桂酰化木聚糖)作为造纸湿部添加剂，加入到APMP中，通过对不同DS、CAX与APMP的混合时间、CAX的添加量以及CAX对APMP配抄性能的优化，从而改善APMP的物理强度性能和配抄性能，提高纸张的白度和不透明度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了酰化木聚糖在纸浆抄造中的应用。上述纸浆抄造过程中，酰化木聚糖作为湿部添加剂。

优选的，所述纸浆为化机浆。更优选的，所述化机浆为APMP浆。

优选的，所述纸浆为化机浆与化学浆的混合物。更优选的，所述化机浆与化学将的混合物为APMP浆与KP化学浆的混合物。

优选的，所述酰化木聚糖的取代度为0.11-0.57。

优选的，所述酰化木聚糖的用量为纸浆绝干质量的0.1-1.5％。

优选的，所述酰化木聚糖为肉桂酰化木聚糖。

本发明还提供了一种酰化木聚糖作为APMP湿部添加剂抄造纸张的方法，包括：

将酰化木聚糖与硫酸铝添加到纸浆中，混合均匀，对纸张进行抄造处理，即得。

优选的，所述酰化木聚糖的取代度为0.11-0.57；

优选的，所述酰化木聚糖的用量为纸浆绝干质量的0.1-1.5％；

优选的，所述混合时间为5-20min；

研究发现：本发明的酰化木聚糖与硫酸铝混合后，将小片硫酸铝絮凝物连成大片网状，并增加絮凝网的密度，有效防止了细小纤维、填料“漏网”，因而增大整体留着效果，同时由于该“网”分布均匀，使得纸张匀度增加，强度增大，故其在增加留着的同时还具在明显的增强作用，另外由于酰化木聚糖的添加，使硫酸铝用量减少，纸张白度也会有所上升，张纸发脆也得以解决。

当硫酸铝用量小于1.5％时，无法形成均匀的絮凝网，纸张的成纸强度降低，白度下降，纸张发脆。当硫酸铝用量大于2.0％时，纸张的成纸强度不再提升，水系统离子失衡，易出现抄造系统紊乱，甚至无法抄造的情况。因此，本发明中优选的硫酸铝的用量为纸浆绝干质量的1.5％～2.0％。

硫酸铝在形成絮状物过程中受PH值影响极大，有时形成絮状物的“网”不够致密或强度过低，不能对纤维、填料、酰化木聚糖形成很好的留着，造成很大浪费。同时造成成纸强度降低，白水浓度增大，尤其浆温过高时，还会造成施胶失败。

因此，本发明中优选的纸浆的pH值为6.5～6.7；在该范围下，形成絮状物的“网”致密而均匀，对纤维和酰化木聚糖的留着率高、抄造纸张的强度高、韧性大、不易返黄。

优选的，所述抄造过程中纸页定量为60～62g/m²，浆料打浆度为49～51°SR。

优选的，所述纸浆为APMP浆；

优选的，所述纸浆为APMP浆与KP化学浆的混合物，其中，APMP浆的绝干质量占混合物绝干质量的10％～90％。

优选的，所述酰化木聚糖为肉桂酰化木聚糖。

本发明还提供了一种较优的酰化木聚糖作为APMP湿部添加剂的纸浆工艺采用以下步骤：

(1)不同取代度(0.11-0.57)的酰化木聚糖协同硫酸铝添加到纸浆中，对纸张进行抄造处理，测定其物理性能。

(2)将经步骤(1)优化后的酰化木聚糖协同硫酸铝加入到纸浆中，改变酰化木聚糖与APMP的反应时间5-20min对纸张进行抄造，测定其物理强度性能。

(3)将(1)和(2)中优化后的条件带入，进一步测定酰化木聚糖的添加量(0-1.5％)对纸张性能的影响。

(4)经过(1)、(2)和(3)的优化，对APMP和KP化学浆进行优化配抄(100％-50％)，测定酰化木聚糖对APMP配抄性能的影响。

步骤(1)中优选酰化木聚糖的取代度为0.18，步骤(2)中优选酰化木聚糖与APMP的混合时间为15min，步骤(3)中优选酰化木聚糖的加入量为1％，步骤(4)中优选APMP与KP化学浆的比值为60％：40％。

在抄造过程中纸页定量为60g/m²，APMP为阔叶木浆料，KP化学浆为针叶木浆，浆料打浆度为49°SR。

优选步骤(1)中，对照样未添加CAX，其他浆均添加了CAX。纸浆pH为6.5，Al₂(SO₄)₃用量为2％(相对于绝干浆)，CAX用量为1％(相对于绝干浆)，CAX和APMP混合时间为5min。

优选步骤(2)中，对照样未添加CAX，其他浆均添加了CAX。纸浆pH为6.5，Al₂(SO₄)₃用量为2％，CAX用量为1％，取代度为0.18。

优选步骤(3)中，对照样未添加CAX，其他浆均添加了CAX。纸浆pH为6.5，Al₂(SO₄)₃用量为2％，CAX取代度为0.18，混合时间为15min。

优选步骤(4)中，100％APMP对照样、50％APMP+50％KP对照样未添加CAX，其他浆均添加了CAX。纸浆pH调至6.5，Al₂(SO₄)₃用量为2％，CAX用量为1％，DS为0.18，混合时间为15min。

本发明还提供了任一上述的方法制备的纸张。

优选的，所述纸张的裂断长、耐破指数、撕裂指数、白度和不透明度分别为1.96km、1.06kPa·m²/g、2.44mN·m²/g、58.8％ISO和89.5％。

本发明提供的上述纸张皆可作为铜板原纸、新闻纸等文化纸，并获得了预期的使用效果。

本发明的有益效果

(1)通过酰化木聚糖的加入，APMP纸浆表面细小纤维的留着增加，纤维之间的空隙减小，连接键增强。纸张的白度、强度、不透明度等物理性能提高，减少了其他化学助剂的使用，减轻了对环境的污染；

(2)通过酰化木聚糖与纤维之间的相互作用，改善浆料纤维的性能，提高纤维的结合力，优化了纸张配抄性能，从而改善纸浆的强度性能，降低配抄成本；

(3)为半纤维素的利用提供一种新的方法和思路，提高半纤维素的利用效率，降低生产成本和环境污染；

(4)本发明提高了半纤维素的利用价值，扩大了半纤维素的应用范围，增强了APMP的物理性能，可解决阻碍我国造纸工业发展的资源和环境的问题；

(5)本发明抄造方法简单、效率高、实用性强，易于推广。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例1：

酰化木聚糖(市售)加入到APMP按以下步骤进行抄造：

酰化木聚糖取代度的优化：将取代度为0.11，0.18，0.21，0.33，0.46和0.57的用量为1％的酰化木聚糖与2％(相对于绝干浆)的Al₂(SO₄)₃加入到APMP中，设置对照样不添加CAX，其他APMP均添加了CAX。纸浆pH为6.5，CAX和APMP混合时间为5min。

结果：经过性能检测，上述处理步骤所得与未加CAX的对照样相比，加了肉桂酰化木聚糖(市售)的纸样的物理性能和光学性能得到明显改善；当取代度为0.18时，APMP的裂断长、耐破指数、撕裂指数、白度和不透明度均达到最高值1.96km、1.06kPa·m²/g、2.44mN·m²/g、58.8％ISO和89.5％，分别增加了33.3％、40.5％、8.0％、3.2％和5.4％。

实施例2：

酰化木聚糖加入到APMP按以下步骤进行抄造：

CAX与APMP混合时间的优化：将步骤1优化后的条件(DS为0.18)用于步骤2中，将1％的取代度为0.18的CAX与2％(相对于绝干浆)的Al₂(SO₄)₃加入到APMP中混合5，10，15和20min，设置对照样不添加CAX，其他APMP均添加了CAX。纸浆pH为6.5。

结果：经过性能检测，上述处理步骤所得与未加CAX的对照样相比，加了肉桂酰化木聚糖的APMP的物理性能和光学性能均有明显改善。当混合时间为15min时，APMP的裂断长、耐破指数、撕裂指数、白度和不透明度达最大值2.02km、1.20kPa·m²/g、2.69mN·m²/g、59.1％ISO和89.9％，分别比对照样提高了37.4％、47.5％、19.0％、3.7％和5.6％。

实施例3：

酰化木聚糖加入到APMP按以下步骤进行抄造：

优化肉桂酰化木聚糖添加量对APMP性能的影响：将步骤1和2的优化条件(DS为0.18，混合时间为15min)用于步骤3中，将0.5％，1.0％和1.5％的取代度为0.18的CAX与2％(相对于绝干浆)的Al₂(SO₄)₃加入到APMP中混合15min，设置对照样不添加CAX，其他APMP均添加了CAX。纸浆pH为6.5。

结果：经过性能检测，上述处理步骤所得与未加CAX的对照样相比，加了肉桂酰化木聚糖的APMP的物理性能和光学性能均有明显改善。当CAX添加量为1％时，APMP浆的裂断长、耐破指数、撕裂指数、白度和不透明度均有较大程度提高。

实施例4：

酰化木聚糖加入到APMP按以下步骤进行抄造：

肉桂酰化木聚糖对APMP配抄性能的影响：将步骤1、2和3的优化条件(DS为0.18，混合时间为15min，添加量为1％)用于步骤4中，将1％的取代度为0.18的CAX与2％(相对于绝干浆)的Al₂(SO₄)₃加入到APMP与KP化学浆配抄比分别为100％：0，90％：10％，80％：20％，70％：30％，60％：40％和50％：50％中混合15min，设置对照样100％APMP和50％APMP：50％KP化学浆不添加CAX，其他纸浆均添加了CAX。纸浆pH为6.5。

结果：经过性能检测，上述处理步骤所得添加肉桂酰化木聚糖的APMP与KP化学浆在不同配比下配抄纸页的物理强度性能和光学性均有明显改善。在较优肉桂酰化木聚糖添加条件下，配抄纸页的物理强度性能和白度随着化学浆配比的增加而逐渐提高。当APMP和化学浆的配抄比例为60％：40％时，配抄纸页的裂断长、耐破指数、撕裂指数和白度均达到比较理想的数值。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种酰化木聚糖作为APMP湿部添加剂抄造纸张的方法，其特征在于，包括：

将酰化木聚糖与硫酸铝添加到纸浆中，混合均匀，对纸张进行抄造处理，即得;

所述酰化木聚糖的用量为纸浆绝干质量的0.1-1.5%；

所述混合时间为5-20 min；

所述硫酸铝的用量为纸浆绝干质量的1.5%~2%；

所述纸浆的pH值为6.5~6.7；

所述纸浆为APMP浆或APMP浆与KP化学浆的混合物，其中，APMP浆的绝干质量占混合物绝干质量的10%~90%；

所述酰化木聚糖为肉桂酰化木聚糖。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酰化木聚糖的取代度为0.11-0.57；

或所述抄造过程中纸页定量为60~62g/m²，浆料打浆度为49~51°SR。

3.权利要求1-2任一项所述的方法制备的纸张，其特征在于，所述纸张的裂断长、耐破指数、撕裂指数、白度和不透明度分别为1.96km、1.06 kPa•m²/g、2.44 mN•m²/g、58.8%ISO和89.5%。