CN108017765A - 一种中药药渣纤维基树脂及其制备和应用 - Google Patents

一种中药药渣纤维基树脂及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于轻工化工技术领域，具体涉及一种中药药渣纤维基树脂及其制备和应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)将药渣加入水中配成悬浊液，然后在微波辐射下糊化；(2)往糊化物加入引发剂，然后在微波辐射下反应；(3)往悬浊液加入接枝单体和交联剂，在微波辐射下反应，将产品取出并将其加入醇类溶剂，静置一段时间后取出洗涤并烘干。本发明采用药渣纤维作为主要研究对象，其对于药渣废弃物的回收利用具有重要意义；此外，本发明制备的中药药渣纤维基树脂可以作为一种新的浆内施胶剂，能够明显改善纸张的疏水性，降低cobb值以及提高纸张的物理强度。

Description

一种中药药渣纤维基树脂及其制备和应用
技术领域
本发明属于轻工化工技术领域，具体涉及一种中药药渣纤维基树脂及其制备和应用。
背景技术
纸张主要由亲水的纤维素纤维组成，因此大部分纸张以水作为介质抄造，并通过添加适量施胶剂赋予纸张一定的抗水性能。纸张施胶剂一般为不溶于水的两亲性物质，通过其亲水基团与纤维素纤维的反应、结合，促使施胶剂大分子在纸张中定向，即大疏水性基团朝外直接降低纸张表面能，赋予纸张抗水性。
目前施胶剂多以水包油型乳状液的形式添加到抄纸系统中，并在乳化中尽量减少低分子表面活性剂的用量，因为低分子表面活性剂不仅可提高纸张吸水性能，降低施胶剂的施胶效率，其所产生的泡沫也对纸机运转性能和成纸的质量也均具有干扰作用。
可见，目前的施胶剂在实际应用过程中仍然存在很多问题，一种更加优异的施胶剂是本领域迫切需要的。
近年来人们对于自身身体健康的重视和养生保健的日益推崇，加速中医药事业的快速发展，直接导致中草药生产、加工过程中产生的药渣废弃物日益增多。相关数据显示，中药药渣年排放量达到了3000万吨。目前，这些药渣一部分被视为废弃物排放处理掉；一部分堆积在野外，变质腐烂，只有一小部分的药渣通过食用菌栽培、禽畜饲料生产、发酵生产燃料等途径被再次利用。中药主要由植物、动物和部分矿物类药材组成，其中植物类药材占87％以上。如何将这些废弃的药渣纤维有效回收利用也是亟待解决的问题。
目前对药渣纤维的一个重要的回收利用方向在于将其作为原料合成具有三维结构的树脂，用作保水剂或吸水剂。中国专利CN200710144441公开了一种利用废弃亚麻屑或中药渣和废纸为原料的保水剂及制备方法，中国专利CN200310107773公开了一种微波辐射纤维素基高吸水树脂合成方法，它们都是以纤维素为原料，将丙烯酸或丙烯酰胺接枝在纤维素上，加上少量交联剂形成三维结构，即得到所需保水剂或吸水剂。但是，目前为止还没有利用纤维素基树脂作为施胶剂的方案出现。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种中药药渣纤维基树脂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的中药药渣纤维基树脂。
本发明的再一目的在于提供上述中药药渣纤维基树脂的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种中药药渣纤维基树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含有0.036～0.072质量份纤维素的药渣加入水中配成悬浊液，在80～100W的微波辐射下糊化4～8min；
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入引发剂过硫酸盐0.4～0.6质量份和硫代硫酸钠0.2～0.4质量份，在80～100W的微波辐射下反应3～5min；
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.735～0.945质量份、丙烯酰胺2.4～2.9质量份和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.8～1质量份，在80～100W的微波辐射下反应1～2min，接着在300～360W的微波辐射下反应1～2min；将产物取出并将其加入醇类溶剂中静置一段时间后，取出洗涤并烘干即得所述中药药渣纤维基树脂。
优选的，步骤(1)所述药渣目数为100～120目，所述悬浊液浓度为5～12g/L。
优选的，步骤(2)所述过硫酸盐为过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或两种。
优选的，步骤(3)所述静置在25-30℃下进行，静置时间为2～4h；所述洗涤是用水冲洗若干次；所述烘干是在105-110℃条件下，干燥24-36h。
优选的，步骤(3)所述醇类溶剂为甲醇、乙醇中的一种或两种。用醇类溶剂浸泡是为了除去没有反应完全的有机物，从而不会影响后续纸张的性能。
上述制备方法制得的中药药渣纤维基树脂。
上述中药药渣纤维基树脂作为造纸施胶剂的应用。
上述中药药渣纤维基树脂各原料的用量配比和微波功率的选择是实现本发明技术方案的关键。
其中，引发剂的用量关系到在药渣纤维素的化学键上接枝的效果，因为药渣中的纤维素含量相对于普通的植物中纤维素含量较低，与直接用纯纤维素作原料情况也不一样，因此本发明中的引发剂用量无法从现有技术中直接得到，是以药渣为原料的情况下经过优选能达到理想效果的用量。
交联剂的用量则关系到药渣树脂的结构性能，尤其是其抗水性，从而影响到树脂在纸张抄造中作为施胶剂的效果。交联剂过多，会造成树脂中纤维素较少，没有充分利用到药渣废弃物；交联剂过少，则会使得纤维素表面的羟基暴露过多，影响施胶剂对于纸张的抗水性能。因此交联剂用量同样需要经过进一步优选。
而微波处理是给接枝反应和交联反应提供能量，功率过大会使得纤维素在反应发生完全之前，水分快速散失，从而使得纤维素焦糊；功率过小，则会延缓反应，并且反应不充分。本发明所用微波功率是在不影响反应速度以及充分发生反应的情况下的最佳微波功率。
综合优化上述各因素后，所得中药药渣纤维基树脂即可作为一种优良的施胶剂应用在造纸领域中。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明采用药渣纤维作为主要研究对象，其对于药渣废弃物的回收利用具有重要意义。
(2)本发明制备的中药药渣纤维基树脂可以作为一种新的浆内施胶剂，能够明显改善纸张的疏水性，降低cobb值以及提高纸张的物理强度，从而扩大了其在造纸以及其他领域的运用。
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。本发明制备方法中各起始原料均可从市场购得；灵芝药渣从中药公司获得，纤维素含量为12％。
实施例1：
一种中药药渣纤维基树脂的制备方法，步骤如下：
(1)称取0.3g的目数为100目的灵芝药渣，将其加入50ml的蒸馏水，室温下搅拌1min，然后放入微波炉中糊化，功率为80W，糊化时间为8min；
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入复合引发剂过硫酸钠/硫代硫酸钠，其中过硫酸钠的加入量为0.4g，硫代硫酸钠的加入量为0.2g。将加入引发剂后的药渣糊化物室温下搅拌30s，然后置于微波炉中，在功率为80W条件下反应5min；
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.7ml、丙烯酰胺2.4g，另外加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.8g，室温下搅拌30s，然后置于微波炉中，在功率为80W条件下反应2min，接着在300W的功率条件下反应2min；
(4)将产品取出，放置于烧杯中，加入80ml的甲醇，25℃下静置2h。然后将药渣吸纤维树脂用蒸馏水冲洗3次，放置于烘干箱中，在105℃干燥24h。
实施例2：
一种中药药渣纤维基树脂的制备方法，步骤如下：
(1)称取0.3g的目数为100目的灵芝药渣，加入60ml的蒸馏水，室温下搅拌2min，然后放入微波炉中糊化，功率为80W，糊化时间为8min；
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入复合引发剂过硫酸钠/硫代硫酸钠，其中过硫酸钠的加入量为0.4g，硫代硫酸钠的加入量为0.3g。将加入引发剂后的药渣糊化物室温下搅拌40s，然后置于微波炉中，在功率为80W条件下反应5min；
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.7ml、丙烯酰胺2.5g，另外加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.8g，室温下搅拌30s，然后置于微波炉中，在功率为80W条件下反应1min，接着在320W的功率条件下反应2min；
(4)将产品取出，放置于烧杯中，加入80ml的甲醇，25℃下静置3h。然后将药渣吸纤维树脂用蒸馏水冲洗3次，放置于烘干箱中，在105℃干燥24h。
实施例3：
一种中药药渣纤维基树脂的制备，步骤如下：
(1)称取0.4g的目数为100目的灵芝药渣，加入60ml的蒸馏水，室温下搅拌2min，然后放入微波炉中糊化，功率为80W，糊化时间为5min。
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入复合引发剂过硫酸钠/硫代硫酸钠，其中过硫酸钠的加入量为0.5g，硫代硫酸钠的加入量为0.3g。将加入引发剂后的药渣糊化物室温下搅拌50s，然后置于微波炉中，在功率为80W条件下反应4min；
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.8ml、丙烯酰胺2.6g，另外加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.9g，室温下搅拌60s，然后置于微波炉中，在功率为100W条件下反应1min，接着在340W的功率条件下反应1min；
(4)将产品取出，放置于烧杯中，加入80ml的甲醇，25℃下静置4h。然后将药渣吸纤维树脂用蒸馏水冲洗3次，放置于烘干箱中，在105℃干燥24h。
实施例4：
一种中药药渣纤维基树脂的制备，步骤如下：
(1)称取0.6g的目数为100目的灵芝药渣，加入50ml的蒸馏水，室温下搅拌2min，然后放入微波炉中糊化，功率为100W，糊化时间为6min。
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入复合引发剂过硫酸钠/硫代硫酸钠，其中过硫酸钠的加入量为0.6g，硫代硫酸钠的加入量为0.3g。将加入引发剂后的药渣糊化物室温下搅拌60s，然后置于微波炉中，在功率为100W条件下反应3min；
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.8ml、丙烯酰胺2.8g，另外加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1g，室温下搅拌60s，然后置于微波炉中，在功率为100W条件下反应1min，接着在360W的功率条件下反应1min；
(4)将产品取出，放置于烧杯中，加入80ml的甲醇，25℃下静置3h。然后将药渣吸纤维树脂用蒸馏水冲洗3次，放置于烘干箱中，在105℃干燥24h。
实施例5：
一种中药药渣纤维基树脂的制备，步骤如下：
(1)称取0.6g的目数为120目的灵芝药渣，加入60ml的蒸馏水，室温下搅拌1min，然后放入微波炉中糊化，功率为100W，糊化时间为7min。
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入复合引发剂过硫酸钠/硫代硫酸钠，其中过硫酸钠的加入量为0.6g，硫代硫酸钠的加入量为0.4g。将加入引发剂后的药渣糊化物室温下搅拌60s，然后置于微波炉中，在功率为100W条件下反应3min。
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.7ml、丙烯酰胺2.8g，另外加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.9g，25℃下搅拌60s，然后置于微波炉中，在功率为100W条件下反应1min，接着在360W的功率条件下反应1min；
(4)将产品取出，放置于烧杯中，加入100ml的甲醇，25℃下静置3h。然后将药渣吸纤维树脂用蒸馏水冲洗3次，放置于烘干箱中，在105℃干燥24h。
实施例6：
一种中药药渣纤维基树脂的制备，步骤如下：
(1)称取0.6g的目数为120目的灵芝药渣，加入60ml的蒸馏水，室温下搅拌1min，然后放入微波炉中糊化，功率为100W，糊化时间为8min；
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入复合引发剂过硫酸钠/硫代硫酸钠，其中过硫酸钠的加入量为0.6g，硫代硫酸钠的加入量0.4g。将加入引发剂后的药渣糊化物室温下搅拌60s，然后置于微波炉中，在功率为100W条件下反应5min；
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.9ml、丙烯酰胺2.7g，另外加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1g，室温下搅拌60s，然后置于微波炉中，在功率为100W条件下反应2min，接着在360W的功率条件下反应2min；
(4)将产品取出，放置于烧杯中，加入100ml的甲醇，25℃下静置4h。然后将药渣吸纤维树脂用蒸馏水冲洗3次，放置于烘干箱中，在105℃干燥24h。
对比例1：
(1)将0.3g灵芝药渣加入水中配成悬浊液，在80W的微波辐射下糊化4min；
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入引发剂过硫酸钠0.3g和硫代硫酸钠0.1g，在70W的微波辐射下反应2min；
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.7g、丙烯酰胺2.3g和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.7g，在70W的微波辐射下反应1min，接着在290W的微波辐射下反应1min；将产物取出并将其加入甲醇中静置一段时间后，取出洗涤并烘干。
对比例2：
(1)将0.3g灵芝药渣加入水中配成悬浊液，在80W的微波辐射下糊化4min；
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入引发剂过硫酸钠0.7g和硫代硫酸钠0.5g，在110W的微波辐射下反应6min；
(3)往步骤(2)引发反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸1g、丙烯酰胺3g质量份和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1g，在100W的微波辐射下反应2min，接着在360W的微波辐射下反应2min；将产物取出并将其加入甲醇中静置一段时间后，取出洗涤并烘干。
将本发明实施例1～6和对比例1～2中的中药药渣纤维基树脂用作填料。其中，药渣纤维基树脂绝干质量为竹浆绝干质量的1％，经过疏解机疏解6000r后，用手动抄纸机抄造成纸页。对应的，添加实施例1～6产品的纸张分别标作样品1～6，添加对比例1～2产品的纸张分别标作样品7和8。样品9为采用同样抄纸工艺，但添加松香胶作为施胶剂的药渣纸。原竹浆纸为采用同样步骤，但不添加药渣纤维基树脂制得的纸张。将上述纸张平衡水分24h，检测其cobb值及物理性能，对比结果如表1和表2所示：
表1 样品1-8和原竹浆纸的cobb值
样品 1 2 3 4 5 6 7 8 9 原竹浆纸
Cobb值 65 63 67 66 67 69 80 85 60 129
表2 样品1-8和原竹浆纸的物理性能
从表1中可以看出，样品1-6相对于原竹浆纸，cobb值有很大降低；而样品7～8虽然同样添加了组分相同的添加剂，且cobb值同样低于原竹浆纸，但由于配比及微波功率不在本发明的范围之内，其实现的效果与样品1～6有一定差距。这说明了在竹浆浆料中加入本发明限定的适量中药药渣纤维基树脂及使用本发明限定的适当的微波功率，能够最大程度地降低纸张的吸水性，提高纸张的抗水性能。
从表2中可以看出，样品1-6的抗张指数、耐破指数以及撕裂指数相比原竹浆纸都有一定程度的提高，而样品7～8的效果则远不如样品1～6明显，甚至仅与原竹浆纸相当。由此可见，要最大程度地提高纸张的物理性能，同样需要使用本发明限定的原料配比和微波功率。
同样，对比样品1-6和样品9可知，分别添加药渣基树脂施胶剂和松香胶施胶剂的药渣纸，Cobb值基本没有明显变化，物理性能也没有明显差异，这就说明了将松香胶施胶剂替换成药渣基树脂施胶机具有一定的可行性，同时将药渣废弃物重复利用，也具有良好的环保意义。
因此，本发明提供的中药药渣纤维基树脂在作为施胶剂时具有良好的应用价值和应用前景。
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 (5)

1.一种中药药渣纤维基树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含有0.036～0.072质量份纤维素的药渣加入水中配成悬浊液，在80～100W的微波辐射下糊化4～8min；
(2)往步骤(1)得到的药渣糊化物加入引发剂过硫酸盐0.4～0.6质量份和硫代硫酸钠0.2～0.4质量份，在80～100W的微波辐射下反应3～5min；
(3)往步骤(2)反应后得到的药渣悬浊液加入接枝单体丙烯酸0.735～0.945质量份、丙烯酰胺2.4～2.9质量份和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.8～1质量份，在80～100W的微波辐射下反应1～2min，接着在300～360W的微波辐射下反应1～2min；将产物取出并将其加入醇类溶剂中静置一段时间后，取出洗涤并烘干即得所述中药药渣纤维基树脂。
2.根据权利要求1所述的一种中药药渣纤维基树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述药渣目数为100～120目，所述悬浊液浓度为5～12g/L。
3.根据权利要求1所述的一种中药药渣纤维基树脂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述静置在25-30℃下进行，静置时间为2～4h；所述洗涤是用水冲洗若干次；所述烘干是在105-110℃条件下，干燥24-36h。
4.一种中药药渣纤维基树脂，其特征在于，其由权利要求1～3任一项所述的中药药渣纤维基树脂的制备方法制得。
5.权利要求4所述中药药渣纤维基树脂作为造纸施胶剂的应用。
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