CN112223473B - 改性木纤维及其制备方法和在造纸中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了改性木纤维，其制备方法包括：(1)将木材原料加工成细小状木材：(2)将所述细小状木材的水分含量调控在15％～35％；(3)向所述细小状木材上喷洒硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液，接着使用蒸汽进行预蒸煮，然后再在160℃～180℃下蒸煮；(4)将蒸煮后的细小状木材进行热磨、烘干、过筛；(5)将木纤维粉、改性剂加入到反应釜中，升温至80℃～90℃进行反应；(6)向步骤(5)中反应后的木纤维粉中加入聚酰胺树脂，再加入烷基烯酮二聚体，在80℃～100℃进行反应，得到所述改性木纤维。本发明的改性木纤维能够明显提升纸张的性能和成纸的强度，没有任何污水、废弃物产生，环保安全，同时为纸厂节约大量成本。

Description

改性木纤维及其制备方法和在造纸中的应用
技术领域
本发明涉及纸浆造纸技术领域，具体涉及改性木纤维及其制备方法和在造纸中的应用。
背景技术
根据2018年中国造纸工业年度报告显示，全国的纸和纸板生产量为10435万吨，其中包装纸产量占全部纸产量的60％左右，是造纸工业的主要品种。而包装纸的原材料主要是回收废纸，其中2018年全国废纸浆的产量为5474万吨，2019年废纸浆的产量为5443万吨。但是，其中国废纸浆的产量仅为5351万吨，突显了我国巨大的废纸或废纸浆用量的需求。另一方面，国内造纸原材料供应不足，废纸和废纸浆的价格越来越高，促使企业寻找可用的造纸原材料。并且，由于从2020年起限制进口国外废纸，导致国外废纸的进口量为0，使得国内国废需求量出现巨大缺口。然而，市场现有的废纸浆，在经过多次回收利用、多次打浆之后，纤维的强度越来越低，而普通的木纤维粒径细小、含有较多木质素，若直接添加于抄纸过程中，很容易流失，即木纤维的留用率很低。
废纸或废纸浆经过再加工之后主要可以用于白板纸、灰板纸、牛卡纸、瓦楞纸等。目前在国内造纸企业中存在的一个现象：即污泥回用与碳酸钙加填，这样做可以增加纸张的克重，同时也可以利用造纸污泥，但是不管是污泥还是碳酸钙都只是起到填料的作用，对于纸张的性能没有提高反而会降低，同时添加到纸张中的污泥与碳酸钙会随着纸张的回收利用又带回纸厂，这样就造成了一个恶性的循环，更为严重的是，这会对纸张脱墨制浆造成污染以及对纸张性能和质量都造成很大的不良影响。因此，需要一种既能够保持纸张的克重，也能提高纸张性能，同时还能充分利用废弃资源的绿色、环保的改性木纤维生产工艺或制备方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种改性木纤维，其可以用于造纸过程中替代使用废纸或废纸浆。
进一步地，本发明的另一目的在于提供一种改性木纤维的制备方法。
进一步地，本发明的又一目的在于提供一种改性木纤维的用途，具体而言，所述改性木纤维用于在使用废纸或废纸浆制造纸张的过程中部分替代废纸或废纸浆，从而达到在造纸生产中尽量减少使用废纸或废纸浆的目的。
本发明采用以下技术方案：
在各种实施方案中，改性木纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将木材原料加工成细小状木材(或木片)：
(2)将所述细小状木材(或木片)的水分含量调控在15％～35％，例如15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％，优选20％～30％；控制水分含量作为其中一个步骤，配合后续蒸煮，过高的水分含量会导致蒸煮时间过长，过低的水分含量会使木片难以完全被煮透；
(3)然后向所述细小状木材上喷洒硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液，接着使用蒸汽(例如水蒸气)进行预蒸煮，然后再在160℃～180℃下蒸煮(例如160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃)下蒸煮；蒸煮温度对于细小状木材的蒸煮起到重要作用，不合适的蒸煮温度难以使木材完全蒸煮好，并且会影响木材后续的研磨，蒸煮温度过高会导致后续研磨时破坏木材的木纤维，使得纤维受损，蒸煮温度过低会导致木材无法研磨到所需要的细度，后续步骤无法进行；可选地，在预蒸煮和蒸煮过程中可以使用高压蒸汽(例如水蒸气)，在预蒸煮时，一般先通入高压蒸汽，再加入药液(硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液)，这样有利于药液的吸收，高压蒸汽可以排出木片中含有的空气，高压蒸汽压力为1MPa～2MPa)；
(4)将蒸煮后的细小状木材进行热磨、烘干、过筛，得到木纤维粉；
(5)将木纤维粉、改性剂加入到反应釜中，或者任选地加入适量的水浸润木纤维粉(例如水与木纤维粉的质量比例为10：(1～5)，例如10：3)，升温至80℃～90℃(例如80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃或90℃)进行反应，反应1～5小时(例如3小时)，增加了纤维与纤维之间的结合，其中改性剂作为改性树脂，包括脲醛树脂、聚乙烯醇树脂、酚醛树脂、羟丙树脂、氨基树脂、乙二醛-尿素树脂(GU树脂)、阳离子树脂中的至少一种；
(6)然后向步骤(5)中反应得到的木纤维粉中加入聚酰胺树脂(例如聚酰胺多胺环氧氯丙烷)，再加入烷基烯酮二聚体(AKD)，搅拌均匀，在80℃～100℃(例如80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃)进行反应，反应0.5～7小时(例如2小时)后，除去多余的水分，降温，冷却得到所述改性木纤维。
可选地，改性剂选自脲醛树脂。
具体地，脲醛树脂包括乙二醛-尿素树脂(GU树脂)。
进一步地，改性剂选自乙二醛-尿素树脂(GU树脂)。
具体地，乙二醛-尿素树脂(GU树脂)的制备过程为：乙二醛总量与尿素的摩尔比为1.5-2.0∶1.0，乙二醛分两次加入，第一次加入乙二醛与第二次加入乙二醛的摩尔比为9∶1，具体经过如下加工工艺制备而成：(1)向反应釜中加入乙二醛，并用10％NaOH水溶液调节至pH值为5.5-6.0；(2)加入尿素，加热促进溶解；(3)升温至45℃-55℃，恒温反应2.5-3.5小时；(4)加入剩余乙二醛，恒温反应2-3小时；(5)反应完成后，停止加热，加入适量的消醛剂和漂白剂，搅拌均匀；GU树脂的固含量为45-60％，pH为3-5，粘度为10-70cps，比重为1.2-1.3gr/mL。
可选地，选择使用例如质量比为1～3：1(例如2：1)的脲醛树脂或酚醛树脂与聚酰胺树脂(例如聚酰胺多胺环氧树脂)。
如本文中所使用的术语“水分含量”可以理解为物料中的含水率，计算方式为：湿基含水量＝物料中所含水的质量/(物料中所含水的质量+物料中所含干物质的质量)*100％。
作为非限制性实施方案，所述木材原料来源于木材加工的木屑和/或边角废料，例如，木材厂、家具厂、密度板厂、多层板厂中木材加工剩余的边角废料和/木屑，和/或木材采伐过程中剩余的材料及木屑，可替代地，木材原料来源于普通木材、完好的木材。出于绿色环保和提高资源利用率的角度考虑，优选前述木屑和/或边角废料。
作为示例性实施方案，所述细小状木材的尺寸为长20mm～25mm，宽15mm～20mm，厚2mm～5mm。
进一步地，步骤(3)中，所述硫化钠或亚硫酸盐的溶液的质量分数为10％～40％；硫化钠或亚硫酸盐的碱溶液为硫化钠或亚硫酸盐与氢氧化钠的水溶液，其中硫化钠或亚硫酸盐与氢氧化钠的质量分数之和为10％～40％，其中亚硫酸盐包括亚硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的至少一种。
木材一般由木质素、木纤维组成，木质素在外层起保护作用，而且木质素不溶于水。在本发明中，木质素会极大的影响木纤维与改性剂的结合。加入一定量的亚硫酸盐溶液，在一定温度下蒸煮，可以很好的去除木纤维中的木质素，防止木质素影响木纤维与改性剂的结合。
木质素发生反应的原理：
(1)在碱性介质中，由HO-、HS-、S2-亲核试剂作用使主要醚键断裂，如α-烷基醚键和酚型β-芳基醚键的断裂，木质素大分子碎片化，部分木质素溶解于反应溶液中，酚型结构单元解离成酚盐阴离子，酚型阴离子的盐氧原子通过诱导和共轭效应影响苯环，使其邻位和对位活化，进而影响C-O键稳定性，使α-芳基醚键断裂，生成亚甲基醌中间体，亚甲基醌芳环化生成1,2-二苯乙烯；
(2)在中性介质中，与亲核试剂HSO3-或者SO3-发生反应，使醚键断裂，引进SO3-基团于降解的木质素碎片中；
(3)在酸性介质中，主要涉及的是酸性亚硫酸盐制浆过程中木质素碎片化反应，SO2-水溶液作为亲核试剂，酚型和非酚型α-芳基醚键断裂，α-碳磺化，木质素分子亲水性增加，溶解于反应液中；酚型和非酚型α-烷醚键，也可以发生类似反应。
改性原理：利用树脂含有的官能团如(羰基、羟基、羧基等)与纤维中的官能团进行反应、结合(木纤维表面含有大量羟基等极性官能团，容易形成氢键)，使得树脂与纤维相互结合，在造纸过程中，在抄纸过程中加入改性木纤维，改性木纤维经过水的疏解开，与纸浆纤维相互结合，主要是树脂上含有的官能团等一端连接的木纤维，另一端可以与纸浆纤维相结合，这样就形成了一个纤维网状结构，不仅能提高木粉纤维的保留率，而且形成稳定的结构，固定在纤维之间，提高成纸的质量。
进一步地，步骤(3)中，蒸汽预蒸煮的温度控制在80℃～110℃，例如80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃、100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、109℃、110℃；
进一步地，步骤(3)中，蒸汽预蒸煮的时间为3min～10min，例如3、4、5、6、7、8、9或10min，优选5min～10min。
进一步地，步骤(3)中，蒸煮时间为2min～10min，例如2、3、4、5、6、7、8、9或10min，优选2min～5min；
进一步地，步骤(3)中，蒸煮压力为1MPa～2MPa，例如1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2MPa。
基于进一步的研究，蒸煮温度对于热磨与木纤维质量的影响，当蒸煮温度过低时，在固定的时间内，会导致细小状木材或木片蒸煮不合格，所以会进一步导致热磨的时候细小状木材或木片没有办法达到需要的细度，产品中会存在一定量的粗梗或白梗，影响木纤维的质量，当蒸煮温度过高(高于180℃)的时候，细小状木材或木片会被快速煮透，但是长时间的高温蒸煮对木纤维的强度性能会有负面影响，同时，生产能耗也会大大的增加。蒸煮温度的影响结果列于表1：
表1：
蒸煮温度 150℃ 165℃ 180℃
20目过筛率/％ 92-93％ 98-99％ 98.5-99.5％
湿重/g 12 15-18 8-10
湿重检测按照GB/T37858-2019进行；
1.过筛率检测方法是：
测定试样在1400转/分钟条件下震动5分钟后，通过各个目数的筛网的质量与试样总质量的百分比。
2.仪器
(1)电动震动筛机：转速1400转/分钟
(2)天平：感量0.001g。
3.测定步骤
(1)将20目筛网安装好；
(2)准确称取20g的试样，记录试样的质量m1，准确至0.001g；
(3)将称量好的试样均匀铺放在最上层20目筛网中；
(4)开启电动震动筛机，电动震动筛机震动筛选5分钟；
(5)取出筛网中剩余的试样，并记录筛网中剩余试样的质量m2，准确至0.001g。
4.结果表示
通过率以L表示，数值以％表示，按下式计算：
Figure BDA0002733295080000051
(L2为20目筛网的通过率)
进一步地，步骤(3)中，蒸煮后的细小状木材或木片的pH值控制在6-7。
作为优选的实施方案，步骤(4)中，热磨的过程可以在研磨机中进行，热磨温度控制在160℃～180℃，例如160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃。
进一步地，步骤(4)中，烘干后的木材的水分含量≤15％，例如≤15％、≤14％、≤13％、≤12％、≤11％、≤10％、≤9％、≤8％、≤7％、≤6％、≤5％、≤4％、≤3％、≤2％，或者≤1％。
在优选的实施方案中，步骤(4)中，使用20目筛进行过筛的过程，并且过筛率≥98％，达到造纸厂在实际进行造纸过程中的生产要求。
进一步地，步骤(5)中，改性剂(或改性树脂)的用量为占木纤维粉质量的0.5％～5％，例如0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％或5％。
进一步地，聚酰胺树脂的用量为木纤维粉质量的0.5％～5％，例如0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％或5％。
进一步地，烷基烯酮二聚体的用量为占木纤维粉质量的0.1％～1％，例如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％。
具体地，所述改性木纤维的水分含量为1％～15％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％。
将改性木纤维添加到抄纸过程中，添加量可以为废纸浆质量的10-30％，进行抄纸，采用树脂改性木纤维，在添加到抄纸过程中后，改性木纤维可以形成三维网状结构，固定在纤维之间，这样既可以增加保留率，同时对成纸的强度也会有提高，也可以增加其结合力。
在各种实施方案中，可以根据上述的改性木纤维的制备方法制备得到改性木纤维。
在示例性实施方案中，所述改性木纤维用于在使用废纸或废纸浆制造纸张的过程中替代废纸浆，可选地，替代(替代5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、60、70、80、90(wt)％的废纸浆)的废纸浆，而同时对于成纸的性能指标无任何负面影响。
在各个实施方案中，从经济角度核算本发明技术工艺所能节约的成本的价值，数据列于表2：
表2：
种类 废纸 木浆 本发明改性木纤维
价格 1800-2000元/吨 2600元/吨 1200-1500元/吨
从表2中通过对比可以发现：替代一吨废纸可以为纸厂节约成本最低为300-800元，如果按照本发明改性木纤维15％的添加量计算，对于一台年产能60万吨的造纸机，可以使用9万吨的改性木纤维，即：可节约成本27000000元至72000000元，如果是中大型造纸厂，所能够节省的成本更是非常庞大。
本发明的制备方法当中，首先对于木纤维的研磨，研磨过程中蒸煮温度、蒸煮时间、研磨细度作为一个连续的整体技术方案，如果蒸煮温度或者时间不够，将会导致木材或木片没有煮透，那么在研磨的过程中就会出现许多粗梗，使得研磨出来的木纤维不合格，影响后续的处理。
如本文所使用的，“和/或”包括任何和一个或多个关联列出项的所有组合的术语。这里使用的术语仅用于描述具体实施例的，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”，“一种”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。进一步理解，“包括”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征，整数，步骤，操作，元素和/或组成，但不排除存在或附加一个或多个其它特征，整数，步骤，操作，元件，组成和/或它们的组合。
除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属的技术领域中普通技术人员普遍理解的相同的含义。进一步理解，术语，诸如在常用词典中定义，解释与它们在相关领域的环境下的含义一致，并且不是理想化或过于正式的意义，除非这里明确地如此定义。
在此描述的示例性发明可以适当地缺少任何一种或多种要素限制，这里没有特别公开。因此，“包含”，“包括”，“含有”等的术语应被宽泛和非限制性地理解。另外，本文所使用的术语表达被用作描述，没有限制，并且在使用这些不包括任何等价特性的术语表达是无意的，只是描述它们的一部分特性，但是根据权利，在本发明的范围内各种修改是可能。因此，虽然本发明已通过优选实施例和任选特征被具体公开，在此公开的修改以体现的本发明的变化可能会被本领域的技术人员记录，并且这样的修改和变化会被认为在本发明的范围之内。
相比于现有技术，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的改性木纤维可以增加木纤维在纸张中的保留率，普通的木纤维加入抄纸过程，保留率大概只有30-35％，而本发明的改性木纤维加入后，保留率出乎意料地提升到70-80％；
(2)本发明的改性木纤维即便在较低的添加量下，例如加入量为废纸浆10(wt)％的改性木纤维，能够明显提高成纸的强度，此外，纸张耐破、挺度、环压等性能明显提高，其中挺度提高40％以上；
(3)本发明使用的是一般家具厂、密度板厂、多层板厂木材加工剩余的边角废料，以及木材采伐过程中剩余的材料及木屑，原料来源环保，废弃资源再利用，并且本发明的制备方法或过程没有任何污水、废弃物产生，环保安全，而且能够为纸厂节约大量成本。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，现结合以下具体实施例作进一步说明，但是本发明不限于具体实施例。
实施例1
制备改性木纤维的方法，包括以下步骤：
1、将一般家具厂、密度板厂、多层板厂木材加工剩余的边角废料，以及木材采伐过程中剩余的材料及木屑，加工成细小状木材或木片，将细小状木材或木片中的水分控制在20-30％左右(质量分数)，细小状木材或木片的尺寸为长20-25mm，宽15-20mm，厚2-5mm；
2、向处理好的细小状木材或木片上均匀的喷洒亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠的浓度为30％质量分数，使用蒸汽进行加热，进行预蒸煮，预蒸煮温度为90℃，预蒸煮的处理时间为10min，预蒸煮的压力为1.1MPa；然后将得到产物在165℃进行蒸煮，蒸煮时间为5min，蒸煮的压力为1MPa，木材或木片pH值在6-7，然后进行热磨，烘干，得到木纤维粉；所得的木纤维粉达到20目过筛率98％以上，水分含量低于15％；
3、将得到的木纤维粉加入到反应釜中，加入适量的水，(水：木纤维粉质量比＝10:3)，使木纤维粉完全浸透，加入改性树脂脲醛树脂，脲醛树脂的加入量为木纤维粉质量的1％，搅拌均匀，升温到90℃，反应3h；
4、向步骤3得到的木纤维粉中加入聚酰胺多胺环氧氯丙烷，添加量为木纤维粉质量的1％，搅拌均匀，再加入AKD，添加量为木纤维粉质量的0.15％，反应温度控制在90℃，反应时间为2h，之后将木纤维中的水分去除，保持木纤维水分含量在10％，降温冷却，得到改性木纤维。
实施例2
制备改性木纤维的方法，包括以下步骤：
1、将一般家具厂、密度板厂、多层板厂木材加工剩余的边角废料，加工成细小状木材或木片，将细小状木材或木片中的水分控制在20-30％(质量分数)左右，细小状木材或木片尺寸为长20-25mm，宽15-20mm，厚2-5mm；
2、向处理好的细小状木材或木片上均匀的喷洒亚硫酸钠与氢氧化钠混合溶液，浓度为30％质量分数(亚硫酸钠与氢氧化钠的质量比为4：1)，使用蒸汽进行加热，进行预蒸煮，预蒸煮温度为90℃，预蒸煮处理处理时间为10min，预蒸煮的压力为1.1MPa；然后将得到产物在165℃进行蒸煮，蒸煮时间为5min，蒸煮的压力为1MPa，木材或木片pH值在6-7，然后进行热磨，烘干，得到木纤维粉；所得的木纤维粉达到20目过筛率98％以上；水分含量低于15％；
3、将得到的木纤维粉加入到反应釜中，加入适量的水，(水：木纤维粉＝10:3)，使木纤维粉完全浸透，加入改性树脂GU树脂(GU树脂为乙二醛尿素聚合而成)，树脂的加入量为木纤维粉质量的1％，搅拌均匀，升温到90℃，反应3h；
4、向步骤3得到的木纤维粉中加入聚酰胺多胺环氧氯丙烷，添加量为木纤维粉质量的1％，搅拌均匀，再加入AKD，添加量为木纤维粉质量的0.15％，反应温度控制在90℃，反应时间为2h，之后将木纤维中的水分去除，保持木纤维水分含量在10％，降温冷却，得到改性木纤维。
实施例3
制备改性木纤维的方法，包括以下步骤：
1、将木材采伐过程中剩余的材料及木屑，加工成细小状木材或木片，将细小状木材或木片中的水分控制在20-30％(质量分数)左右，细小状木材或木片的尺寸为长20-25mm，宽15-20mm，厚2-5mm；
2、向处理好的细小状木材或木片上均匀的喷洒亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠的浓度为30％质量分数，使用蒸汽进行加热，进行预蒸煮，预蒸煮温度为110℃，预蒸煮处理处理时间为10min，预蒸煮的压力为1.1MPa；然后将得到产物在160℃进行蒸煮，蒸煮时间为5min，蒸煮的压力为1MPa，木材或木片pH值在6-7，然后进行热磨，烘干，得到木纤维粉；所得的木纤维粉达到20目过筛率98％以上；水分含量低于15％；
3、将得到的木纤维粉加入到反应釜中，加入适量的水，(水：木纤维粉＝10:3)，使木纤维粉完全浸透，加入改性树脂脲醛树脂，树脂的加入量为木纤维粉质量的1％，搅拌均匀，升温到90℃，反应3h；
4、向步骤3得到的木纤维粉中加入聚酰胺多胺环氧氯丙烷，添加量为木纤维粉质量的1％，搅拌均匀，再加入AKD，添加量为木纤维粉质量的0.15％，反应温度控制在90℃，反应时间为2h，之后将木纤维中的水分去除，保持木纤维水分含量在10％，降温冷却，得到改性木纤维。
实施例4
制备改性木纤维的方法，包括以下步骤：
1、将一般家具厂、密度板厂、多层板厂木材加工剩余的边角废料，以及木材采伐过程中剩余的材料及木屑，加工成细小状木材或木片，将细小状木材或木片中的水分控制在20-30％(质量分数)左右，细小状木材或木片的尺寸为长20-25mm，宽15-20mm，厚2-5mm；
2、向处理好的细小状木材或木片上均匀的喷洒亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠的浓度为30％质量分数，使用蒸汽进行加热，进行预蒸煮，预蒸煮温度为100℃，预蒸煮处理处理时间为10min，预蒸煮的压力为1.1MPa；然后将得到产物在165℃进行蒸煮，蒸煮时间为5min，蒸煮的压力为1MPa，木材或木片pH值在6-7，然后进行热磨，烘干，得到木纤维粉；所得的木纤维粉达到20目过筛率98％以上；水分含量低于15％；
3、将得到的木纤维粉加入到反应釜中，加入适量的水，(水：木纤维粉＝10:3)，使木纤维粉完全浸透，加入改性树脂脲醛树脂，改性树脂的加入量为木纤维粉质量的0.5％，搅拌均匀，升温到80℃，反应3h；
4、向步骤3得到的木纤维粉中加入聚酰胺多胺环氧氯丙烷，添加量为木纤维粉质量的0.5％，搅拌均匀，再加入AKD，添加量为木纤维粉质量的0.2％，反应温度控制在90℃，反应时间为2h，之后将木纤维中的水分去除，保持木纤维水分含量在10％，降温冷却，得到改性木纤维。
实施例5
制备改性木纤维的方法，包括以下步骤：
1、将一般家具厂、密度板厂、多层板厂木材加工剩余的边角废料，以及木材采伐过程中剩余的材料及木屑，加工成细小状木材或木片，将细小状木材或木片中的水分控制在20-30％(质量分数)左右，细小状木材或木片的尺寸为长20-25mm，宽15-20mm，厚2-5mm；
2、向处理好的细小状木材或木片上均匀的喷洒亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠的浓度为30％质量分数，使用蒸汽进行加热，进行预蒸煮，预蒸煮温度为100℃，预蒸煮处理处理时间为15min，预蒸煮的压力为1.1MPa；然后将得到产物在165℃进行蒸煮，蒸煮时间为5min，蒸煮的压力为1MPa，木材或木片pH值在6-7，然后进行热磨，烘干，得到木纤维粉；所得的木纤维粉应该达到20目过筛率98％以上；水分含量低于15％；
3、将得到的木木纤维粉加入到反应釜中，加入适量的水，(水：木纤维粉＝10:3)，使木纤维粉完全浸透，加入改性树脂脲醛树脂，树脂的加入量为木纤维粉质量的1％，搅拌均匀，升温到85℃，反应2h；
4、向步骤3得到的木纤维粉中加入聚酰胺多胺环氧氯丙烷，添加量为木纤维粉质量的0.5％，搅拌均匀，再加入AKD，添加量为木纤维粉质量的0.15％，反应温度控制在90℃，反应时间为1h，之后将木纤维中的水分去除，保持木纤维水分含量在10％，降温冷却，得到改性木纤维。
对比例1
制备一种木纤维，包括以下步骤：
1、将一般家具厂、密度板厂、多层板厂木材加工剩余的边角废料，以及木材采伐过程中剩余的材料及木屑，加工成细小状木材或木片，将细小状木材或木片中的水分控制在20-30％(质量分数)左右，细小状木材或木片的尺寸为长20-25mm，宽15-20mm，厚2-5mm)；
2、向处理好的细小状木材或木片上均匀的喷洒亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠的浓度为30％质量分数，使用蒸汽进行加热，进行预蒸煮，预蒸煮温度为90℃，预蒸煮处理处理时间为10min，预蒸煮的压力为1.1MPa；然后将得到产物在165℃进行蒸煮，蒸煮时间为5min，蒸煮的压力为1MPa，pH值在6-7，然后进行热磨，烘干，直接得到木纤维；所得的木纤维达到20目过筛率98％以上；水分含量低于15％。
将实施例和对比例制备得到的木纤维施用于造纸过程中，制得纸张，然后测试各项数据，结果列于表3。木纤维制浆流程：碎浆机→卸料塔→疏解机→磨浆机→压力筛→配浆池→纸机。
表3：
Figure BDA0002733295080000121
叩解度，即打浆度，通常是指反应浆料经磨浆机后，纤维被切断、分裂、润胀、和水化等磨浆作用的效果。
OCC(Obsolescence Corrugated Cardboard)浆料可以理解为废纸浆料或者废旧箱板纸浆料或旧瓦楞纸浆料。
松厚度＝厚度/定量，纸张厚度按照GB/T 451.3-1989测定，定量按照GB/T451.2-2002测定。
从表3可以看出，在造纸过程中加入本发明各个实施例的改性木纤维可以制得纸张性能有明显提升的纸。并且，使用经过改性处理后的木纤维的纸张具有显著更好的纸张性能。如果OCC浆料加入量为100％(即不添加木纤维)，那么结合前述成本核算数据可知，企业的生产成本就会明显更高，尤其是在废纸资源日益紧缺的情况之下。
在造纸过程中，将实施例1的改性木纤维加入量提升至30(wt)％(替代30％的废纸浆)，测试结果列于表4。
表4：
Figure BDA0002733295080000122
Figure BDA0002733295080000131
从表4可以看出，在造纸过程中将实施例1的改性木纤维加入量提升至30(wt)％，即：使用实施例4的改性木纤维替代原本生产要使用的30％的废纸或废纸浆，最终制得的纸张性能不但没有降低，反而甚至是有一定的提升。从企业生产成本的角度来看(结合前述成本核算数据)，提升本发明制备的改性木纤维的加入量可以显著节省企业生产成本，同时实现替代废纸或废纸浆的目的，并且还额外提升了纸张的性能参数。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之中。

Claims (10)

1.改性木纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将木材原料加工成细小状木材：
(2)将所述细小状木材的水分含量调控在15％～35％；
(3)然后向所述细小状木材上喷洒硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液，接着使用蒸汽进行预蒸煮，然后再在160℃～180℃下蒸煮；
(4)将蒸煮后的细小状木材进行热磨、烘干、过筛，得到木纤维粉；
(5)将木纤维粉、改性剂加入到反应釜中，升温至80℃～90℃进行反应，其中改性剂包括脲醛树脂、聚乙烯醇树脂、酚醛树脂、羟丙树脂、氨基树脂中的至少一种；
(6)然后向步骤(5)中反应后的木纤维粉中加入聚酰胺树脂，再加入烷基烯酮二聚体，在80℃～100℃进行反应，得到所述改性木纤维。
2.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，所述木材原料是木材加工的木屑和/或边角废料；所述细小状木材的尺寸为长20mm～25mm，宽15mm～20mm，厚2mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硫化钠或亚硫酸盐的溶液的质量分数为10％～40％；硫化钠或亚硫酸盐的碱溶液为硫化钠或亚硫酸盐与氢氧化钠的水溶液，其中硫化钠或亚硫酸盐与氢氧化钠的质量分数之和为10％～40％，其中亚硫酸盐包括亚硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，蒸汽预蒸煮的温度控制在80℃～110℃，蒸汽预蒸煮的时间为3min～10min；蒸煮时间为2min～8min；蒸煮压力为1MPa～2MPa。
5.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，热磨的过程在研磨机中进行，热磨温度控制在160℃～180℃；烘干后的木材的水分含量≤15％，且使用20目筛进行过筛的过筛率≥98％。
6.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，改性剂的用量为木纤维粉质量的0.5％～5％；脲醛树脂包括乙二醛-尿素树脂。
7.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，聚酰胺树脂的用量为木纤维粉质量的0.5％～5％；烷基烯酮二聚体的用量为木纤维粉质量的0.1％～1％。
8.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，所述改性木纤维的水分含量为1％～15％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的改性木纤维的制备方法制备得到的改性木纤维。
10.根据权利要求9所述的改性木纤维的用途，其特征在于，所述改性木纤维用于在使用废纸或废纸浆制造纸张的过程中替代废纸浆。
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