CN108179648B - 一种提高纸张湿强度的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高纸张湿强度的制备方法，步骤为：a.将未漂白绝干浆中加入水，加入高碘酸钠在pH＝2‑3、45‑50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3‑4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；b.氧化后绝干浆中加入水，加入聚乙烯亚胺PEI溶液，室温条件下反应5‑10min，抄纸后得到高湿强度纸张。本发明制备纸张的湿强度得到大幅的提高，本发明使用的氧化工艺步骤简单、便于操作，且不会产生环境问题，纸张使用时利于人类健康。

Description

一种提高纸张湿强度的制备方法
技术领域
本发明涉及制浆造纸，具体地指一种提高纸张湿强度的制备方法。
背景技术
纸产品作为一种可降解的环保型材料，兼具良好的物理性能，目前已在诸多领域得到广泛的应用。自改革开放以来，随着经济、文化的不断发展，人们对纸张的需求量不断增加，对纸张性能的要求也在不断提高。现在人们常用的生活用纸可分为厨房用纸、厕所用纸、餐巾纸、面巾纸、妇女卫生巾、婴儿尿垫等。这些纸产品对湿强度均有很高的要求，在制造过程中几乎都需要用到湿强剂这类化学品，以提高其在浸湿状态下的强度。现今常见的造纸湿强剂包括脲醛树脂(Urea Formaldehyde Resin，UF)、三聚氰胺甲醛树脂(MelamineFormaldehyde Resin，MF)、聚酰胺环氧氯丙烷树脂(Polyamide Epichlorohydrin Resin，PAE)、聚乙烯亚胺(Polyethylenimine，PEI)等。这些湿强剂均具有着较好的湿强效果，但是都存在着一些缺点。例如三聚氰胺甲醛树脂(MF)、脲醛树脂(UF)会释放出游离甲醛而造成环境污染问题，目前在国内外已开始被禁用。聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)中有机氯含量高，不利于环保，其与聚乙烯亚胺(PEI)作为湿强剂应用于造纸过程中时仅仅只与纤维形成结合强度较弱的氢键，对纸张湿强度的提高存在一定的局限性。
目前为止，在我国的制浆造纸行业中仍然是依靠直接添加湿强剂的方式来提高纸产品的湿强度，但此法显然已无法满足实际生产的需要。日本的Tsuguyuki Saito等人采用TEMPO氧化体系对纤维进行选择性氧化，在纤维表面引入醛基，并加入PEI，纤维表面的醛基与PEI上的氨基发生反应，最终形成结合强度比氢键更强的希夫碱结构，使得制备纸张的湿强度得到大幅提高。但TEMPO 氧化在纤维表面引入的醛基数量有限，限制了纸张湿强度的进一步提高。高碘酸钠能够将纤维素C2和C3位上的仲羟基选择性氧化成醛基进而得到双醛纤维素(Dialdehyde Cellulose，DAC)。双醛纤维素具有大量的醛基，能够与氨基结合产生更多的希夫碱结构，提高纸张湿强度。
因此，本发明提出采用高碘酸钠选择性氧化使纸浆纤维表面产生大量的醛基，在加热的条件下纤维表面的大量醛基会与PEI分子链上的氨基形成大量的希夫碱结构，二者间共价交联，纸张纤维的结合强度得到大幅提高，进而提高纸张的湿强度。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种健康环保、提高纸张湿强度的制备方法。
本发明的技术方案为：一种提高纸张湿强度的制备方法，其特征在于，步骤为：
a.将未漂白绝干浆中加入水，加入高碘酸钠在pH＝2-3、45-50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3-4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.氧化后绝干浆中加入水，加入聚乙烯亚胺PEI溶液，室温条件下反应5-10min，抄纸后得到高湿强度纸张。
上述方案中，步骤a中高碘酸钠加入量为未漂白绝干浆质量的 2-5％。优选2-3％，从而有利于高碘酸钠充分将未漂白绝干浆中纤维素仲羟基选择性氧化成醛基，又避免过多未反应的高碘酸钠残留，由于高碘酸钠极易分解，过多的高碘酸钠影响反应的稳定性。
上述方案中，步骤a中未漂白绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-5％。优选1-3％，从而有利于未漂白绝干浆在水中均匀分散，纤维素链充分舒展，与高碘酸钠充分反应。
上述方案中，步骤b中氧化后绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-5％。优选1-3％，从而有利于氧化后绝干浆在水中均匀分散，纤维素长链充分舒展，醛基与PEI充分反应。
上述方案中，步骤b中PEI溶液浓度为1-3g/L。优选1-2g/L， PEI以溶液形式加入，PEI本体为水溶性粘稠状液体，以水溶液进入后可迅速均匀作用于氧化后绝干浆。
上述方案中，步骤b中PEI溶液的加入量为所含PEI质量为氧化后绝干浆质量的1％-3％。优选1％-2％，从而有利于PEI充分与氧化后绝干浆中醛基交联，提高纸张强度。
本发明较好的技术方案为：
a.将未漂白绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-5％，加入质量为未漂白绝干浆质量2-5％的高碘酸钠，在pH＝2-3、45-50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3-4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.氧化后绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-5％，加入浓度为 1-3g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的1％-3％，室温条件下反应5-10min，60g/m2定量抄纸后得到高湿强度纸张。本方案通过高碘酸钠、聚乙烯亚胺PEI的配合，使PEI与纤维素充分交联，纸张湿强度、干强度均有提高，分别达到：43.55-55.87N·m/g和8.46-14.46N·m/g。
本发明更好的技术方案为：
a.将未漂白绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-3％，加入质量为未漂白绝干浆质量2-3％的高碘酸钠，在pH＝2-3、45-50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3-4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.氧化后绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-3％，加入浓度为 1-2g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的1％-2％，室温条件下反应5-10min，60g/m2定量抄纸后得到高湿强度纸张。本方案通过高碘酸钠、聚乙烯亚胺PEI的精确配合，使PEI与纤维素充分交联，纸张湿强度、干强度均有提高，分别达到：49.35-55.87N·m/g和11.2-14.46N·m/g。
本发明更优选的技术方案为：
a.将未漂白绝干浆中加入水至溶液质量分数为2.4％，加入质量为未漂白绝干浆质量2％的高碘酸钠，在pH＝2、45℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.氧化后绝干浆中加入水至溶液质量分数为1.88％，加入浓度为1g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的2％，室温条件下反应5min，60g/m2定量抄纸后得到高湿强度纸张。本方案通过未漂白绝干浆溶液与高碘酸钠发生平稳充分的反应，再与PEI进行立体交联，纸张湿强度、干强度均有提高，分别达到：55.87N·m/g和14.46N·m/g。
本发明根据氨基与醛基反应形成希夫碱结构的原理，采用高碘酸钠对纸浆进行选择性氧化，在纤维表面引入大量醛基，其反应过程如下所示：
Figure BDA0001479590580000041
以PEI作为添加剂，在加热条件下，纤维表面上的醛基与PEI 分子链上的氨基形成希夫碱结构，使得分离的纤维与PEI通过希夫碱结构连接起来，两者间形成牢固的共价键交联，使得结合强度大幅度提高，从而制备出具有良好性能的纸张，尤其具有较好的湿强度。所述的思路如下所示：
Figure BDA0001479590580000042
与现今的技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明制备纸张的湿强度得到大幅的提高。
(2)本发明制备纸张的其他物理性能相较于普通的纸张也更为优良。
(3)本发明使用的氧化工艺步骤简单、便于操作，且不会产生环境问题，纸张使用时利于人类健康。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
(1)纸浆氧化
称取18g未漂白针叶木硫酸盐绝干浆(即未漂白绝干浆，打浆度：45°)，加入720mL的蒸馏水，快速加入2％(对未漂白绝干浆质量)高碘酸钠，调节pH为2，并通入氮气保护。在45℃下避光搅拌反应3h，脱水处理得到氧化后绝干浆。
(2)氧化纸浆与PEI间席夫碱结构的生成
称取氧化后绝干浆(19.2g)，加入1000mL水，制备成浓度为 1.88％的溶液，加入浓度1g/L的PEI水溶液，PEI水溶液总量为含有1％(对氧化后绝干浆)的聚乙烯亚胺PEI，室温下搅拌反应5min。
(3)抄纸
将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
空白：未加入聚乙烯亚胺(PEI)。
实施例2
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
(1)氧化工艺
称取18g未漂针叶木硫酸盐绝干浆(即未漂白绝干浆，打浆度： 45°)，加入720mL的蒸馏水，快速加入2％(对未漂白绝干浆质量)的高碘酸钠，调节pH为2，并通入氮气保护。在45℃下避光搅拌反应3h，脱水处理得到氧化后绝干浆。
(2)氧化纸浆与PEI间席夫碱结构的生成
称取氧化后绝干浆(19.2g)，加入1000mL水，制备成浓度为 1.88％的溶液，加入浓度1g/L的PEI水溶液，PEI水溶液总量为含有2％(对氧化后绝干浆质量)的聚乙烯亚胺PEI，室温下搅拌反应 5min。
(3)抄纸
将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
实施例3
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
a.将10g未漂针叶木硫酸盐浆(即未漂白绝干浆)中加入990ml 水至溶液质量分数为1％，加入质量为未漂白绝干浆质量2％的高碘酸钠，在pH＝3、46℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.称取氧化后绝干浆11g中加入1089ml水至溶液质量分数为 1％，加入浓度为1.5g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的1％，室温条件下反应5min，将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
实施例4
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
a.将10g未漂针叶木硫酸盐浆(即未漂白绝干浆)中加入490ml 水至溶液质量分数为2％，加入质量为未漂白绝干浆质量3％的高碘酸钠，在pH＝3、48℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.称取氧化后绝干浆11g中加入539ml水至溶液质量分数为2％，加入浓度为1.8g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的1.5％，室温条件下反应8min，将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
实施例5
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
a.将15g未漂针叶木硫酸盐浆(即未漂白绝干浆)中加入485ml 水至溶液质量分数为3％，加入质量为未漂白绝干浆质量2.5％的高碘酸钠，在pH＝2.5、50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3.5h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.称取氧化后绝干浆16.5g中加入533.5ml水至溶液质量分数为 3％，加入浓度为2g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的2％，室温条件下反应10min，将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
实施例6
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
a.将15g未漂针叶木硫酸盐浆(即未漂白绝干浆)中加入985ml 水至溶液质量分数为1.5％，加入质量为未漂白绝干浆质量2.8％的高碘酸钠，在pH＝2.2、50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3.5h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.称取氧化后绝干浆16g中加入624ml水至溶液质量分数为 2.5％，加入浓度为2.2g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的2.5％，室温条件下反应5min，将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
实施例7
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
a.将10g未漂针叶木硫酸盐浆(即未漂白绝干浆)中加入390ml 水至溶液质量分数为2.5％，加入质量为未漂白绝干浆质量2.5％的高碘酸钠，在pH＝2.7、45℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.称取氧化后绝干浆11.2g中加入308.8ml水至溶液质量分数为 3.5％，加入浓度为2.5g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的2.2％，室温条件下反应8min，将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
实施例8
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
a.将20g未漂针叶木硫酸盐浆(即未漂白绝干浆)中加入480ml 水至溶液质量分数为4％，加入质量为未漂白绝干浆质量4％的高碘酸钠，在pH＝2.9、48℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3.5h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.称取氧化后绝干浆22g中加入528ml水至溶液质量分数为 4％，加入浓度为2.8g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的3％，室温条件下反应10min，将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
实施例9
以未漂针叶木硫酸盐浆、PEI为原料制备高湿强度纸张。
a.将20g未漂针叶木硫酸盐浆(即未漂白绝干浆)中加入380ml 水至溶液质量分数为5％，加入质量为未漂白绝干浆质量5％的高碘酸钠，在pH＝2.4、45℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.称取氧化后绝干浆22g中加入418ml水至溶液质量分数为 5％，加入浓度为3g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的3％，室温条件下反应5min，将反应后的浆料进行纤维疏解，再按60g/m2的定量进行抄纸，并测试纸张干、湿强度。
上述各实施例中产品纸张干、湿强度性能如下表1所示：
表1实施例1-9产品性能
Figure BDA0001479590580000091
从上表可以看出，样品的干、湿强度得到大幅提高，分别达到： 43.55-55.87N·m/g和8.46-14.46N·m/g，特别实施例中当PEI用量为2％时，对比空白样，干强度由37.53N·m/g提高到55.87N·m/g，湿强度由4.01N·m/g提高到14.46N·m/g。

Claims (7)

1.一种提高纸张湿强度的制备方法，其特征在于，步骤为：
a.将未漂白绝干浆中加入水，加入高碘酸钠在pH=2-3、45-50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3-4h，高碘酸钠加入量为未漂白绝干浆质量的2-5%，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.氧化后绝干浆中加入水，加入聚乙烯亚胺PEI溶液，PEI溶液的加入量为所含PEI质量为氧化后绝干浆质量的1%-3%，室温条件下反应5-10min，抄纸后得到高湿强度纸张。
2.如权利要求1所述的提高纸张湿强度的制备方法，其特征在于，步骤a中未漂白绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-5%。
3.如权利要求1所述的提高纸张湿强度的制备方法，其特征在于，步骤b中氧化后绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-5%。
4.如权利要求1所述的提高纸张湿强度的制备方法，其特征在于，步骤b中PEI溶液浓度为1-3g/L。
5.如权利要求1所述的提高纸张湿强度的制备方法，其特征在于，步骤为：
a.将未漂白绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-5%，加入质量为未漂白绝干浆质量2-5%的高碘酸钠，在pH=2-3、45-50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3-4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.氧化后绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-5%，加入浓度为1-3g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的1%-3%，室温条件下反应5-10min，60g/m²定量抄纸后得到高湿强度纸张。
6.如权利要求5所述的提高纸张湿强度的制备方法，其特征在于，步骤为：
a.将未漂白绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-3%，加入质量为未漂白绝干浆质量2-3%的高碘酸钠，在pH=2-3、45-50℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3-4h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.氧化后绝干浆中加入水至溶液质量分数为1-3%，加入浓度为1-2g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的1%-2%，室温条件下反应5-10min，60g/m²定量抄纸后得到高湿强度纸张。
7.如权利要求6所述的提高纸张湿强度的制备方法，其特征在于，步骤为：
a.将未漂白绝干浆中加入水至溶液质量分数为2.4%，加入质量为未漂白绝干浆质量2%的高碘酸钠，在pH=2、45℃、氮气保护条件下避光搅拌氧化3h，脱水处理得到氧化后绝干浆；
b.氧化后绝干浆中加入水至溶液质量分数为1.88%，加入浓度为1g/L聚乙烯亚胺PEI溶液，聚乙烯亚胺PEI溶液中PEI质量为氧化后绝干浆质量的1%，室温条件下反应5min，60g/m²定量抄纸后得到高湿强度纸张。
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