CN106320077A - 纸张增强剂及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种纸张增强剂及其生产方法，用1重份多糖粉和1.5重量份水混合，加入多糖粉3wt％的氢氧化钠，在室温下放置30分钟；加入多糖粉4wt％~10wt％的柠檬酸，调节pH值为9.25，反应2.5小时；加入盐酸调节pH到6.5；过滤；所得滤渣用乙醇洗涤后经干燥后制得。以多糖为原料，实现多糖资源的高效利用。
Description
技术领域
本发明涉及造纸技术的纸张增强剂，特别涉及一种纸张增强剂及其生产方法。
背景技术
随着我国经济的快速增长，人们生活水平的不断提高，人们对纸张的需求越来越多，对纸类产品的质量要求越来越高。同时，我国的造纸资源匮乏，人们越来越注意对废纸的回收利用，然而纸张多次回收会影响它的强度。而我国木材资源短缺，多用草类纤维，草类纤维的强度不如木材纤维。在抄纸过程中加入纸张增强剂能够有效改善这种状况，可以有效提高麦草浆和废纸浆成纸性能，改善纸张质量，扩大废纸浆的使用范围。我国现有的增强剂存在增强效果不好、价格高、技术含量不高等缺点，因此开发新型高效环保型增强剂显得更为重要。
CN103726379A公开了一种改性纳米微晶纤维素作为造纸增强剂的应用。以漂白针叶木硫酸盐浆、漂白阔叶木硫酸盐浆、微晶纤维素或棉花为原料，采用下列酸水解法或生物酶水解法制备纳米微晶纤维素：酸水解法：将原料粉碎，过20目筛，在20ºC-65ºC下加入30-64wt%的硫酸，使酸与原料的体积质量比（5～15）：1，单位毫升比克，原料以绝干料计；搅拌下，反应10min-70min，然后将悬浮液用9-10倍体积的去离子水稀释以终止反应，所得产物用去离子水反复离心冲洗至pH值5.0～5.5，将得到产物放入透析袋中，用流动的去离子水透析至pH值恒定，透析后的悬浮液在冰水浴中进行超声波振荡处理5min-50min，得到纳米微晶纤维素胶体悬浮液；或者，生物酶水解法：将原料粉碎，过20目筛，原料放入锥形瓶中，向锥形瓶中加水，再加入缓冲液调节溶液的pH值到6-7，加入纤维素酶，每克绝干原料加入纤维素酶5000～80000IU，置于摇床中，调节温度为40ºC～60ºC，振荡速度50～250r/min，反应24h-72h，反应结束后，加入乙醇终止酶解反应，取出样品，用去离子水反复离心洗涤，洗涤后的悬浮液用超声波振荡器处理5min～50min，得到纳米微晶纤维素胶体悬浮液；所述纤维素酶为和氏璧生物技术有限公司生产的中性纤维素酶，其滤纸酶活20000～40000IU/g，所述缓冲液是磷酸盐缓冲溶液，取磷酸二氢钠1.74g，磷酸氢二钠2.7g，氯化钠1.7g，加水溶解成400ml的溶液配制而成；（2）纳米微晶纤维素的改性按如下方法进行：取1g（绝干）步骤（1）制得的纳米微晶纤维素悬浮液，依次加入3.0～8.0mmolNaBr、0.005～0.03mmol2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧和1～15mmol的NaClO溶液，加入200ml～250ml pH=10.2的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液，调节体系pH至10～10.5，然后进行超声分散（超声1s、8s间隙）5min～20min，在25ºC～60ºC反应10min～60min，加入10ml～20ml无水乙醇终止反应，用酸调pH至7左右，透析2～5天，得到改性纳米微晶纤维素悬浮液，即为增强剂；或者，取1g（绝干）步骤（1）制得的纳米微晶纤维素悬浮液，加入0.2M的醋酸盐缓冲溶液200～300ml，分别加入5～20mmol/gNaClO2及0.2～0.5mmol/g4-乙酰氨基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧，然后加入1～5mmol/g的NaClO溶液，调节pH值至4.8，在30ºC～80ºC下搅拌反应2～5天，然后加入10～20ml无水乙醇终止反应，透析2～5天，得到改性纳米微晶纤维素悬浮液，即为增强剂。
上述专利中的纳米微晶纤维素制备过程复杂，利用酸水解方法产生的污染大，利用纤维素酶降解时间长、成本高，后续的2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧为介质的改性方法成本高，难以工业化。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纸张增强剂及其生产方法。
为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供的一种纸张增强剂，用1重份多糖粉和1.5重量份水混合，加入多糖粉3wt％的氢氧化钠，在室温下放置30分钟；加入多糖粉4wt％~10wt％的柠檬酸，调节pH值为9.25，反应2.5小时；加入盐酸调节pH到6.5；过滤；所得滤渣用乙醇洗涤后经干燥后制得。
作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂，所述多糖粉为半乳甘露聚糖。
作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂，所述盐酸的浓度为0.1mol/L。
作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂，所述柠檬酸的加入量为多糖粉的6wt％~8wt％。
为了解决上述技术问题，另一方面，本发明提供的一种纸张增强剂的生产方法，包括以下步骤：1重份多糖粉和1.5重量份水混合，加入多糖粉3wt％的氢氧化钠，在室温下放置30分钟；加入多糖粉4wt％~10wt％的柠檬酸，调节pH值为9.25，反应2.5小时；加入盐酸调节pH到6.5；过滤；所得滤渣用乙醇洗涤后，干燥。
作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂的生产方法，所述多糖粉为半乳甘露聚糖。
作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂的生产方法，所述盐酸的浓度为0.1mol/L。
作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂的生产方法，所述柠檬酸的加入量为多糖粉的6wt％~8wt％。
本发明带来的有益效果：采用碱性条件下，柠檬酸在反应温度和碱性条件下与多糖中的羟基反应使得反应产物多糖链上接上含多羧基的化合物，增加多糖上的羧基含量。当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。以多糖为原料，实现多糖资源的高效利用。
本发明可利用植物多糖经过柠檬酸酯化处理即可制备出高性能的纸张增强剂，原料易得、制备过程简单、反应条件易于实现、污染很低，适合于工业化生产。
具体实施方式
实施例1：取一定质量的多糖粉和多糖粉1.5倍重量份的蒸馏水加入到锥形瓶中，将瓶放入25℃的水浴锅中用玻璃棒搅拌。加入3％的氢氧化钠调节pH到9.25，放置30分钟。加入4％多糖糖粉重量份的柠檬酸，继续调节pH为9.25，反应2.5小时。最后加入0.1mol/L的盐酸调节pH到6.5，过滤。所得产物用乙醇洗3次，室温干燥制得纸张增强剂。经测试，羧基含量为50mmol/Kg。
实施例2：取一定质量的多糖糖粉和多糖粉1.5倍重量份的蒸馏水加入到锥形瓶中，将瓶放入25℃的水浴锅中用玻璃棒搅拌。加入3％的氢氧化钠调节pH到9.25，放置30分钟。加入6％多糖糖粉重量份的柠檬酸，继续调节pH为9.25，反应2.5小时。最后加入0.1mol/L的盐酸调节pH到6.5，过滤。所得产物用乙醇洗3次，室温干燥制得纸张增强剂。经测试，羧基含量为58mmol/Kg。
实施例3：取一定质量的多糖糖粉和多糖粉1.5倍重量份的蒸馏水加入到锥形瓶中，将瓶放入25℃的水浴锅中用玻璃棒搅拌。加入3％的氢氧化钠调节pH到9.25，放置30分钟。加入8％多糖糖粉重量份的柠檬酸，继续调节pH为9.25，反应2.5小时。最后加入0.1mol/L的盐酸调节pH到6.5，过滤。所得产物用乙醇洗3次，室温干燥制得纸张增强剂。经测试，羧基含量为65mmol/Kg。
实施例4：取一定质量的多糖糖粉和多糖粉1.5倍重量份的蒸馏水加入到锥形瓶中，将瓶放入25℃的水浴锅中用玻璃棒搅拌。加入3％的氢氧化钠调节pH到9.25，放置30分钟。加入10％多糖糖粉重量份的柠檬酸，继续调节pH为9.25，反应2.5小时。最后加入0.1mol/L的盐酸调节pH到6.5，过滤。所得产物用乙醇洗3次，室温干燥制得纸张增强剂。经测试，羧基含量为70mmol/Kg。
本发明中羧基含量的检测采用电导法测定，具体参考文献（Katz, S., Beatson,R.P. and Scallan, A.M. Strong and Weak Acidic Groups in Sulfite Pulps, Svenskpapperstidning, 1984(6):R48～R53）进行测试。
将松木硫酸盐浆用水疏解后打浆到40oSR，稀释至2‰的浓度，加入绝干纸浆1wt%实施例1~4制得纸张增强剂，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/T 22898-2008）、纸和纸板撕裂度的测定（GB/T 455-2002）、纸耐破度的测定（GB/T 454-2002）、纸和纸板耐折度的测定（GB/T 457-2008）方法进行测试。
对照例：为相同的松木硫酸盐浆及试验条件，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：
结果表明：随着多糖改性产品得到的纸张增强剂的羧基含量的增加，纸张的干抗张强度呈先上升后下降趋势；耐破指数与干抗张强度趋势相似；耐折度呈先显著上升后出现下降趋势，撕裂指数先下降再略微增加，多糖羧基增加之后，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。优选加入纸浆多糖绝干量6wt%～8wt%重量份的柠檬酸的纸张增强剂，其羧基含量58～65 mmol/kg，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 (8)
1.一种纸张增强剂，其特征在于，用1重份多糖粉和1.5重量份水混合，加入多糖粉3wt％的氢氧化钠，在室温下放置30分钟；加入多糖粉4wt％~10wt％的柠檬酸，调节pH值为9.25，反应2.5小时；加入盐酸调节pH到6.5；过滤；所得滤渣用乙醇洗涤后经干燥后制得。
2.根据权利要求1所述的纸张增强剂，其特征在于，所述多糖粉为半乳甘露聚糖。
3.根据权利要求1所述的纸张增强剂，其特征在于，所述盐酸的浓度为0.1mol/L。
4.根据权利要求1所述的纸张增强剂，其特征在于，所述柠檬酸的加入量为多糖粉的6wt％~8wt％。
5.一种纸张增强剂的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：1重份多糖粉和1.5重量份水混合，加入多糖粉3wt％的氢氧化钠，在室温下放置30分钟；加入多糖粉4wt％~10wt％的柠檬酸，调节pH值为9.25，反应2.5小时；加入盐酸调节pH到6.5；过滤；所得滤渣用乙醇洗涤后，干燥。
6.根据权利要求5所述的纸张增强剂的生产方法，其特征在于，所述多糖粉为半乳甘露聚糖。
7.根据权利要求5所述的纸张增强剂的生产方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为0.1mol/L。
8.根据权利要求5所述的纸张增强剂的生产方法，其特征在于，所述柠檬酸的加入量为多糖粉的6wt％~8wt％。
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