CN112522988A - 一种包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂，包括以下重量百分比原料：硫掺杂纳米微晶纤维素20‑30％，纤维素溶剂40‑60％，PH调节剂1.5‑10％。其中，所述硫掺杂纳米微晶纤维素的制备方法，包括以下步骤：取木制纤维10‑100g进行机械破碎；加入0.1‑0.5mol/ml的强酸进行水解，1‑3小时，得到水解液；在水解液中加入2‑10g硫前驱体材料，通入保护气体，进行热处理反应，冷却至室温后洗涤、真空干燥，即得硫掺杂纳米微晶纤维素。经检测，本发明纸张具有较好的抗张力、耐折度、耐破度、抗撕裂等的综合性能；纤维填料留着率高，并有良好的助滤作用；长纤维的用量低，节省成本。

Description

一种包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂及其制备 方法
技术领域
本发明属于造纸绿色化学品开发利用技术领域，具体涉及一种包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂及其制备方法。
背景技术
随着现代造纸机车速及产量、废纸使用比例以及用水封闭循环程度的提高，不仅需要提高纸张的挺度、抗张力、耐折度、耐破度、抗撕裂等综合性能等，还需要具有较好的湿强效果，成为造纸行业的一大难题。
为了提高纸张的挺度、抗张力、抗撕裂等综合性能，通常会使用淀粉类的干强剂。而用淀粉作为干强剂，从其使用过程来看，需要用蒸汽将其糊化再稀释，制作的干强剂的纸耐折度、环压强度、耐破度较差。
为了使纸张有较强的自固着性，对含较多阴离子杂质或高盐浓度的环境有优良的耐性，从而能在苛刻的条件下发挥良好的增湿强效果，20世纪60年代PAE、PPE等聚酰胺(聚胺)环氧氯丙烷类湿强剂开始应用于造纸工业，目前已成为应用最为广泛的湿强剂。但是通常会产生毒性，危害环境和人体健康。
因此，亟需一种可以无毒、高效节能的造纸专用助剂。
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包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂。本发明的另一目的在于提供上述包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂，包括以下重量百分比原料：
硫掺杂纳米微晶纤维素 20-50％，
纤维素溶剂 40-60％，
PH调节剂 1.5-10％。
进一步地，所述纤维素溶剂选自N-甲基吗啉-N-氧化物/N-甲基吡咯烷酮/水、氯化锂/N、N-二甲基乙酰胺、N-甲基吗啉-N-氧化物/水的一种或多种。
进一步地，所述造纸专用高效剂为微黄或透明粘稠液体。
进一步地，所述造纸专用高效剂的固含量≥14％。
进一步地，所述造纸专用高效剂的粘度(25℃，mPa.s)为15000-5000。
进一步地，所述造纸专用高效剂的水不溶物含量为≤0.01。
进一步地，所述造纸专用高效剂的pH为4-6.5。
上述硫掺杂纳米微晶纤维素，由以下方法制备得到：
(4)取木制纤维10-100g进行机械破碎；
(5)加入0.1-0.5mol/ml的强酸进行水解，1-3小时，得到水解液；
(6)在水解液中加入2-10g硫前驱体材料，通入保护气体，进行热处理反应，冷却至室温后洗涤、真空干燥，即得硫掺杂纳米微晶纤维素。
进一步地，所述木制纤维包括植物纤维、细菌纤维素、生物纤维素或者微晶纤维素。
进一步地，所述硫掺杂纳米微晶纤维素中硫掺杂量为0.1wt％-25wt％(例如0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.8、11、13、15、17、19、21、23wt％)。
进一步地，所述硫掺杂纳米微晶纤维素中硫掺杂量为3wt％-10wt％(例如3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5wt％)。
进一步地，所述强酸选自硫酸、盐酸、高氯酸中的一种或多种。
进一步地，步骤(3)所述保护气体的流速为140-180ml/min，例如140、145、150、155、160、165、170、175、180ml/min；所述保护气体为Ar。
进一步地，步骤(3)中所述热处理反应的时间为2-5h(例如2、3、4、5h)。
进一步地，步骤(3)中洗涤用水和/或乙醇进行洗涤；真空干燥的温度为50-70℃，优选60℃，真空度不超过133Pa，例如不超过125、115、105、95、85Pa。
进一步地，步骤(3)所述硫前驱体材料为2-苯乙硫醇、苯硫醚中的至少一种。
一种硫掺杂纳米微晶纤维素的制备方法制备得到的硫掺杂纳米微晶纤维素。
进一步地，所述硫掺杂纳米微晶纤维素的截面直径为1-3nm。
进一步地，所述硫掺杂纳米微晶纤维素的聚合度(DP)可达22000-30000。
进一步地，所述硫掺杂纳米微晶纤维素是由D-吡喃葡萄糖以β-1，4-苷键连接由硫掺杂的链状高分子化合物。
本发明硫掺杂纳米微晶纤维素中，木制纤维的部分碳原子被硫原子取代，产生大量结构缺陷，从而造成更多化学活性位点，提高了硫掺杂纳米微晶纤维素的活性，从而提高包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂的效能，提高纸张的抗张力、耐折度、耐破度、抗撕裂等的综合性能。
一种所述包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂的使用方法：
将所述包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂用清水稀释15倍以上，搅拌后加入纸机上浆浆池出口。
进一步地，所述用量为0.5％-1.1％/每吨干纸。
本发明的有益效果：
1、提高纸张的抗张力、耐折度、耐破度、抗撕裂等的综合性能；
2、提高纤维填料留着率，并有良好的助滤作用；
3、降低长纤维的用量，节省成本。
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做进一步说明，但是本发明不限于具体实施例。
实施例1
一种硫掺杂纳米微晶纤维素，由以下方法制备得到：
(1)取植物纤维10g进行机械破碎；
(2)加入0.1mol/ml的硫酸进行水解，1小时，得到水解液；
(3)在水解液中加入2-苯乙硫醇2g，通入氩气，进行热处理反应，冷却至室温后洗涤、真空干燥，即得硫掺杂纳米微晶纤维素。
进一步地，所述硫掺杂纳米微晶纤维素中硫掺杂量为0.1wt％。
进一步地，所述保护气体的流速为140ml/min。
进一步地，步骤(3)中所述热处理反应的时间为2h。
进一步地，步骤(3)中洗涤用水进行洗涤；真空干燥的温度为50℃，真空度不超过133Pa。
实施例2
一种硫掺杂纳米微晶纤维素，由以下方法制备得到：
(1)取细菌纤维素100g进行机械破碎；
(2)加入0.5mol/ml的硫酸进行水解，3小时，得到水解液；
(3)在水解液中加入10g苯硫醚，通入氩气，进行热处理反应，冷却至室温后洗涤、真空干燥，即得硫掺杂纳米微晶纤维素。
进一步地，所述硫掺杂纳米微晶纤维素中硫掺杂量为25wt％。
进一步地，所述保护气体的流速为180ml/min。
进一步地，步骤(3)中所述热处理反应的时间为5h。
进一步地，步骤(3)中洗涤用乙醇进行洗涤；真空干燥的温度为70℃，真空度不超过85Pa。
实施例3
一种包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂，包括以下重量百分比原料：
实施例1制备得到的硫掺杂纳米微晶纤维素 20％，
N-甲基吗啉-N-氧化物/N-甲基吡咯烷酮/ 70％，
PH调节剂 10％。
将所述包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂用清水稀释15倍，搅拌后加入纸机上浆浆池出口，采用常规技术手段制备纸张。
实施例4
一种包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂，包括以下重量百分比原料：
实施例2制备得到的硫掺杂纳米微晶纤维素 30％，
氯化锂/N、N-二甲基乙酰胺 65％，
PH调节剂 5％。
将所述包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂用清水稀释18倍，搅拌后加入纸机上浆浆池出口，采用常规技术手段制备纸张。
经检测，本发明纸张具有较好的抗张力、耐折度、耐破度、抗撕裂等的综合性能；纤维填料留着率高，并有良好的助滤作用；长纤维的用量低，节省成本。
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)

1.一种包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂，其特征在于，包括以下重量百分比原料：
硫掺杂纳米微晶纤维素 20-50％，
纤维素溶剂 40-60％，
PH调节剂 1.5-10％。
2.根据权利要求1所述的包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂，其特征在于，所述纤维素溶剂选自N-甲基吗啉-N-氧化物/N-甲基吡咯烷酮/水、氯化锂/N、N-二甲基乙酰胺、N-甲基吗啉-N-氧化物/水中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂，其特征在于，所述造纸专用高效剂为微黄或透明粘稠液体。
4.根据权利要求1所述的包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂，其特征在于，所述造纸专用高效剂的固含量≥14％，粘度(25℃，mPa.s)为15000-50000，水不溶物含量为≤0.01，pH为4-6.5。
5.一种硫掺杂纳米微晶纤维素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取木制纤维10-100g进行机械破碎；
(2)加入0.1-0.5mol/ml的强酸进行水解，1-3小时，得到水解液；
(3)在水解液中加入2-10g硫前驱体材料，通入保护气体，进行热处理反应，冷却至室温后洗涤、真空干燥，即得硫掺杂纳米微晶纤维素。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硫掺杂纳米微晶纤维素中硫掺杂量为0.1wt％-25wt％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述硫前驱体材料为2-苯乙硫醇、苯硫醚中的至少一种。
8.一种由权利要求5所述制备方法得到的硫掺杂纳米微晶纤维素。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述硫掺杂纳米微晶纤维素的截面直径为1-3nm，聚合度(DP)可达22000-30000。
10.一种权利要求1所述包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂的使用方法，其特征在于，将所述包含硫掺杂纳米微晶纤维素的造纸专用高效剂用清水稀释15倍以上，搅拌后加入纸机上浆浆池出口。
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