CN108729308B - 一种纸浆模塑产品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纸浆模塑产品的生产方法，该方法是先将纳米微晶纤维素进行乙酰化，然后将乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合后再与经碎解分散的植物纤维及化学助剂进行混合，经热压定型后生产纸浆模塑产品。本发明制备的纸浆模塑产品，可在乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸的羰基之间形成n→π*相互作用，显著增加产品的强度性能。

Description

一种纸浆模塑产品及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种采用纳米微晶纤维素增强的纸浆模塑产品及其生产方法技术领域。
背景技术
阳离子淀粉是造纸工业中常见的纸张增强剂，但是在纸浆模塑的生产过程中较少使用，因为它的加入容易导致产生模具堵塞问题。纳米微晶纤维素由于其大量、可再生、可生物降解以及优良的力学性能,成为纳米技术领域研究的热点，目前已有将其应用于纸张增强的报道，但其分子链中含有大量的羟基基团，限制了其在纤维悬浮液中的均匀分散，容易絮聚成团，最终导致纸浆模塑产品产生裂缝。聚乳酸是一种新型的生物降解材料，但撕裂强度较低，因此需要研究开发既能改善纸浆模塑产品强度性能，又不影响模塑机器正常生产的新型增强方法。
发明内容
本发明的目的就是解决现有纳米微晶纤维素在纸浆模塑产品增强中存在的缺陷，提供一种新型的乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸增强的纸浆模塑产品及其制备方法。
为达上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种纸浆模塑产品的制备方法，该方法是先将纳米微晶纤维素进行乙酰化，然后将乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合后再与经碎解分散的植物纤维及化学助剂进行混合，最后热压定型切边后得纸浆模塑产品。
进一步，所用的纳米微晶纤维素平均直径为20～40nm，平均长度为200～300nm，结晶度为70～75％，聚合度为180～210。
进一步，乙酰化纳米微晶纤维素包括如下步骤：
1)氮气保护条件下将纳米微晶纤维素加入二甲基甲酰胺中，投料比例为120～150g：1L；
2)在步骤1)的混合物中加入氢化钠，质量比例为纳米微晶纤维素：氢化钠＝2.0～2.5：1，继续搅拌后加入乙酸酐，乙酸酐与二甲基甲酰胺的体积比例为1～1.5：10；
3)继续搅拌条件下冷却至室温，加入乙醇淬灭多余的氢化钠，倒入水中，过滤；然后用水和丙酮分别洗涤，于80～90℃下真空干燥，即得到乙酰化的纳米微晶纤维素。
进一步，乙酰化纳米微晶纤维素步骤1)，反应温度50～60℃，搅拌速度为50～80转/分。
进一步，乙酰化纳米微晶纤维素步骤2)，加入氢化钠继续搅拌12～16小时后加入乙酸酐，再继续搅拌2～4小时。
进一步，乙酰化纳米微晶纤维素步骤3)，使用乙醇的量与二甲基甲酰胺的体积比为1～1.2：2，将混合物倒入水中，水与乙醇的体积比为8～10：1，继续搅拌1～2小时，过滤后用水和丙酮分别洗涤1次。
进一步，所用的聚乳酸分子量为18～20万，密度为1.2～1.3g/cm3，熔点170～180℃。
进一步，乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合的质量比为0.8～1.2：10；两者混合后加入到二氯甲烷溶液中，固液比为1～1.2：10，室温下搅拌18～24小时，搅拌速度为50～80转/分，加水稀释至浓度为0.3～0.6％，与碎解后的植物纤维原料(浓度0.3～0.6％)混合，比例为乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合物(绝干量)：植物纤维原料(绝干量)＝1～1.2：100。
进一步，所述的化学助剂为纸浆模塑产品一般用化学助剂，即防水剂和防油剂；加入防水剂和防油剂后在模塑机上热压定型，再经切边后成为纸浆模塑产品。
进一步，所用的植物纤维为木浆纤维、竹浆纤维、草浆纤维或蔗渣浆纤维的一种或几种的混合物，碎解后的纤维尺寸为长度0.5～2.5mm，宽度10～20μm。
进一步，所述的防水剂绝干用量为植物纤维原料绝干用量的1.0～1.5％，粘度为10000～12500mPa·s(25℃)，种类为非反应型聚二甲基硅氧烷。
进一步，所述的防油剂绝干用量为植物纤维原料绝干用量的0.5～1.5％，固含量为20±1％，种类为含氟防油剂。
本发明的有益效果：
1)采用本发明方法可在乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸的羰基之间形成n→π*相互作用，避免纳米微晶纤维素的絮聚，增强纸浆模塑产品的力学强度性能。
2)现有技术中同类型的增强剂增强效果一般在10％以下，本发明的增强方法可提高强度性能10～15％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方法作详细举例说明。
实施例1
1)氮气保护条件下将纳米微晶纤维素(平均直径20nm，平均长度250nm，结晶度72％，聚合度185)加入二甲基甲酰胺中，比例为120g：1L，搅拌速度为50转/分，温度为50℃；
2)在混合物中加入氢化钠，质量比例为纳米微晶纤维素：氢化钠＝2.1：1，继续搅拌13小时，加入乙酸酐，乙酸酐与二甲基甲酰胺的体积比例为1.1：10，继续搅拌2.5小时；
3)继续搅拌条件下冷却至室温，缓慢加入乙醇淬灭多余的氢化钠，乙醇与二甲基甲酰胺的体积比为1：2。将混合物倒入自来水中，自来水与乙醇的体积比为8.5：1，继续搅拌1小时，过滤后用自来水和丙酮再各洗涤1次，于80℃下真空干燥2.5小时，得到乙酰化的纳米微晶纤维素；
4)将乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸(分子量18万，密度为1.2g/cm3，熔点170℃)混合，质量比为0.9：10，混合后加入到二氯甲烷溶液中，固液比为1.1：10，室温下搅拌19小时，搅拌速度为55转/分，加自来水稀释至浓度为0.3％，与碎解后的植物纤维原料(浓度0.3％，木浆：蔗渣浆＝10：90，平均纤维长度0.8mm，平均宽度12.2μm)混合，比例为乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合物(绝干量)：植物纤维原料(绝干量)＝1：100，加入非反应型聚二甲基硅氧烷防水剂(绝干用量为植物纤维原料绝干用量的1.1％，粘度为10000mPa·s，25℃)和含氟防油剂(绝干用量为植物纤维原料绝干用量的0.5％，固含量为20％)后在模塑机上热压定型，再经切边后成为产品。
实施例2
1)氮气保护条件下将纳米微晶纤维素(平均直径35nm，平均长度280nm，结晶度70％，聚合度195)加入二甲基甲酰胺中，比例为140g：1L，搅拌速度为60转/分，温度为55℃；
2)在混合物中加入氢化钠，质量比例为纳米微晶纤维素：氢化钠＝2.2：1，继续搅拌14小时，加入乙酸酐，乙酸酐与二甲基甲酰胺的体积比例为1.4：10，继续搅拌3小时；
3)继续搅拌条件下冷却至室温，缓慢加入乙醇淬灭多余的氢化钠，乙醇与二甲基甲酰胺的体积比为1.1：2。将混合物倒入自来水中，自来水与乙醇的体积比为9：1，继续搅拌1.5小时，过滤后用自来水和丙酮再各洗涤1次，于85℃下真空干燥3小时，得到乙酰化的纳米微晶纤维素；
4)将乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸(分子量19万，密度为1.25g/cm3，熔点175℃)混合，质量比为1：10，混合后加入到二氯甲烷溶液中，固液比为1：10，室温下搅拌20小时，搅拌速度为65转/分，加自来水稀释至浓度为0.4％，与碎解后的植物纤维原料(浓度0.4％，木浆：草浆＝20：80，平均纤维长度1.2mm，平均宽度15.4μm)混合，比例为乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合物(绝干量)：植物纤维原料(绝干量)＝1.1：100，加入非反应型聚二甲基硅氧烷防水剂(绝干用量为植物纤维原料绝干用量的1.1％，粘度为11000mPa·s，25℃)和含氟防油剂(绝干用量为植物纤维原料绝干用量的1.0％，固含量为20.5％)后在模塑机上热压定型，再经切边后成为产品。
实施例3
1)氮气保护条件下将纳米微晶纤维素(平均直径35nm，平均长度290nm，结晶度74％，聚合度205)加入二甲基甲酰胺中，比例为145g：1L，搅拌速度为80转/分，温度为55℃；
2)在混合物中加入氢化钠，质量比例为纳米微晶纤维素：氢化钠＝2.5：1，继续搅拌16小时，加入乙酸酐，乙酸酐与二甲基甲酰胺的体积比例为1.4：10，继续搅拌4小时；
3)继续搅拌条件下冷却至室温，缓慢加入乙醇淬灭多余的氢化钠，乙醇与二甲基甲酰胺的体积比为1.2：2。将混合物倒入自来水中，自来水与乙醇的体积比为10：1，继续搅拌2小时，过滤后用自来水和丙酮再各洗涤1次，于90℃下真空干燥4小时，得到乙酰化的纳米微晶纤维素；
4)将乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸(分子量20万，密度为1.3g/cm3，熔点180℃)混合，质量比为1.2：10，混合后加入到二氯甲烷溶液中，固液比为1.2：10，室温下搅拌24小时，搅拌速度为80转/分，加自来水稀释至浓度为0.5％，与碎解后的植物纤维原料(浓度0.5％，木浆：竹浆：蔗渣浆＝15：15：70，平均纤维长度1.6mm，平均宽度17.6μm)混合，比例为乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合物(绝干量)：植物纤维原料(绝干量)＝1.2：100，加入非反应型聚二甲基硅氧烷防水剂(绝干用量为植物纤维原料绝干用量的1.4％，粘度为12500mPa·s，25℃)和含氟防油剂(绝干用量为植物纤维原料绝干用量的1.5％，固含量为21％)后在模塑机上热压定型，再经切边后成为产品。
检测和应用：
1)掺加实施例1、实施例2的纸浆模塑产品性能比较
Figure BDA0001691200720000041
说明：纸浆模塑产品定量30±2g/m2。

Claims (6)

1.一种纸浆模塑产品的制备方法，该方法是先将纳米微晶纤维素进行乙酰化，然后将乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合后再与经碎解分散的植物纤维及化学助剂进行混合，最后热压定型切边后得纸浆模塑产品；乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合的质量比为0.8～1.2：10，乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合物绝干量：植物纤维原料绝干量=1～1.2：100；所述的乙酰化纳米微晶纤维素的制备包括如下步骤：
1）氮气保护条件下将纳米微晶纤维素加入二甲基甲酰胺中，投料比例为120～150g：1L，得到混合物；
2）在步骤1）的混合物中加入氢化钠，加入氢化钠继续搅拌12～16小时后加入乙酸酐，再继续搅拌2～4小时；质量比例为纳米微晶纤维素：氢化钠=2.0～2.5：1，乙酸酐与二甲基甲酰胺的体积比例为1～1.5：10；
3）继续搅拌条件下冷却至室温，加入乙醇淬灭多余的氢化钠，倒入水中，过滤；然后用水和丙酮分别洗涤，于80～90℃下真空干燥，即得到乙酰化纳米微晶纤维素。
2.如权利要求1所述的纸浆模塑产品的制备方法，其特征在于：所述的纳米微晶纤维素平均直径为20～40nm，平均长度为200～300nm，结晶度为70～75%，聚合度为180～210。
3.如权利要求1所述的纸浆模塑产品的制备方法，其特征在于：所述的聚乳酸分子量为18～20万，密度为1.2～1.3g/cm3，熔点170～180℃。
4.如权利要求1所述的纸浆模塑产品的制备方法，其特征在于：所述的步骤1），反应温度50～60℃，搅拌速度为50～80转/分。
5.如权利要求1所述的纸浆模塑产品的制备方法，其特征在于：所述的步骤3），使用乙醇的量与二甲基甲酰胺的体积比为1～1.2：2，将混合物倒入水中，水与乙醇的体积比为8～10：1，继续搅拌1～2小时，过滤后用水和丙酮分别洗涤1次。
6.权利要求1-5任一所述的纸浆模塑产品的制备方法得到的纸浆模塑产品。
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