CN113668271B - 一种高松厚度灰板纸及其制备方法 - Google Patents

一种高松厚度灰板纸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高松厚度灰板纸及其制备方法；包括以下步骤：工艺1：将废纸进行粉碎加入水，制成碎纸浆；工艺2：将碎纸浆进行磨浆、筛浆，制得良浆；工艺3：向良浆中添加改性木质素，然后进行浓度调节，使良浆浓度为2.5~3.5wt%，并进入沉浆池；工艺4：将施胶剂、化学助剂加入沉浆池中，搅拌，抄造，制得高松厚度灰板纸。改性木质素为：由苯酚改性木质素制得改性木质素Ⅰ，由沙丁胺醇杂质I改性木质素制得改性木质素Ⅱ，由苯酚与沙丁胺醇杂质I改性木质素制得改性木质素Ⅲ；改性木质素选自其中的一种；得到的具有优良稳定的改性木质素，将其作为灰板纸的成分，得到较具有高松厚度、低紧度以及纵向挺度强与断裂韧性良好的灰板纸。

Description

一种高松厚度灰板纸及其制备方法
技术领域
本发明属于灰纸板制备领域，特别涉及一种高松厚度灰板纸及其制备方法。
背景技术
在现代商品贸易中，包装材料发挥着对商品的保存、美化和保护的重要作用，包装纸板占世界包装材料的37%左右。包装纸板市场近年经历了品种和产品规格的巨大变化，以废纸为原料生产的包装纸板的份额逐步上升。
灰板纸一般由多层再生草木类纤维原料抄造并复合而成，面层主要使用脱墨后的旧报纸、旧杂志和书本纸纸浆，衬层、芯层、底层以国产废旧箱板纸为主要原料，是一种环保型的包装材料，因其价格低廉、性能优良，被广泛应用于加工和生产各类台历、鞋盒、收纳盒、手机盒、文件夹封面、鲜花礼品盒、酒品饮料包装盒等纸制品。
现有技术如申请公布号CN 104047203 A公开了一种灰板纸的生产工艺；其包括步骤：碎纸；磨浆；筛浆；稀释；配浆；将抄前池中的浆送入造纸机中：上浆；脱水；压榨；烘干；筛浆之后得到的废水被送入集水池中，再将集水池中的水送入处理池中进行处理，处理后的水可 以用于碎纸、筛浆和稀释。本发明可以将筛浆得到的废水进行循环使用，水循环利用率为96.3%，达到节能降耗的目的，而多余的处理后的废水均达到排放的标准，对环境影响较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良稳定的改性木质素，将其作为灰板纸的成分，得到较具有高松厚度、低紧度以及纵向挺度强与断裂韧性良好的灰板纸，以达到节约资源、回收循环利用的目的。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种高松厚度灰板纸的制备方法，包括以下步骤：
工艺1：将废纸进行粉碎，加入水，制成碎纸浆；
工艺2：将上述碎纸浆进行磨浆、筛浆，制得良浆；
工艺3：向上述良浆中添加改性木质素，然后进行浓度调节，使良浆浓度为2.5~3.5wt%，并进入沉浆池；
工艺4：将施胶剂、化学助剂加入上述沉浆池中，搅拌，抄造，制得高松厚度灰板纸。
本发明单独采用苯酚、沙丁胺醇杂质I以及同时采用苯酚与沙丁胺醇杂质I对木质素进行改性，提高了木质素胶体稳定性，原因可能是在木质素的分子结构中引入一些基团或链段，可能增大木质素分子间的距离，进而改变了木质素的物理化学性质；将该改性木质素添加至纸浆中，进而制得灰纸板，对灰纸板起到支撑与抗压的作用，提高了灰纸板的松厚度，即降低了灰板纸的紧度，同时保持较高的环压强度指数，且该灰板纸具有较强的纵向挺度，以抵抗其他杂物的挤压；因此，得到综合性能优良的高松厚度灰板纸，使其用同等厚度的灰纸板代替原来的高定量纸张，以达到节约资源、回收循环利用的目的。
优选地，废纸与水的重量比为3~5:1。
优选地，磨浆的速率为1600~1800r/min，使浆的叩解度为40~500SR。
优选地，改性木质素为：由苯酚改性木质素制得改性木质素Ⅰ，由沙丁胺醇杂质I改性木质素制得改性木质素Ⅱ，由苯酚与沙丁胺醇杂质I改性木质素制得改性木质素Ⅲ；改性木质素选自其中的一种。
更优选地，改性木质素Ⅰ的制备方法如下：
按重量份计，将1.2~2.5重量份木质素、0.5~1.5重量份苯酚、0.05~0.1重量份氢氧化钠和40~70重量份蒸馏水置于带有冷凝管和温度计的三口烧瓶中，搅拌溶解，得到混合物；将混合物在80~110℃下恒温搅拌反应1~3h，用浓度为0.5~1.5mol/L的盐酸溶液调节pH至2.5~3.5，再在50~70℃水浴下保温1.5~3h，抽滤，用70~80℃的热水洗涤3~6次，得到滤饼；将滤饼用氢氧化钠溶液溶解，重新酸沉、热水洗涤步骤3~5次，将洗净的滤饼置于45~55℃下真空干燥、磨细，得到改性木质素Ⅰ。
更优选地，改性木质素Ⅱ的制备方法如下：
将1.5~3.5重量份木质素用10%的氢氧化钠溶液完全溶解，并调节pH至10.5~11.5，然后加入至三口烧瓶中，升温至80~90℃，缓慢滴入包括0.7~1.4重量份沙丁胺醇杂质I和0.5~1.1重量份35%甲醛的混合溶液，在此温度下恒温搅拌反应2~4h，反应结束用浓度为0.5~1.5mol/L的盐酸溶液调节pH至5.5~6.5，使改性沉淀物析出，将悬浊液倒入透析袋中用纯水充分透析，直至透析水中无氯离子检出，将透析袋中的混合物置于45~55℃下干燥，得到改性木质素。
更优选地，改性木质素Ⅲ的制备方法如下：
按重量份计，将1.2~2.5重量份木质素、0.5~1.5重量份苯酚、0.05~0.1重量份氢氧化钠和40~70重量份蒸馏水置于带有冷凝管和温度计的三口烧瓶中，搅拌溶解，得到混合物；将混合物在80~110℃下恒温搅拌反应1~3h，用浓度为0.5~1.5mol/L的盐酸溶液调节pH至2.5~3.5，再在50~70℃水浴下保温1.5~3h，抽滤，用70~80℃的热水洗涤3~6次，得到滤饼；将滤饼用氢氧化钠溶液溶解，重新酸沉、热水洗涤步骤3~5次，将洗净的滤饼置于45~55℃下真空干燥、磨细，得到酚化木质素；
将1.5~3.5重量份上述酚化木质素用10%的氢氧化钠溶液完全溶解，并调节pH至10.5~11.5，然后加入至三口烧瓶中，升温至80~90℃，缓慢滴入包括0.7~1.4重量份沙丁胺醇杂质I和0.5~1.1重量份35%甲醛的混合溶液，在此温度下恒温搅拌反应2~4h，反应结束用浓度为0.5~1.5mol/L的盐酸溶液调节pH至5.5~6.5，使改性沉淀物析出，将悬浊液倒入透析袋中用纯水充分透析，直至透析水中无氯离子检出，将透析袋中的混合物置于45~55℃下干燥，得到改性木质素Ⅲ。
更优选地，改性木质素的添加量为灰板纸重量的2.5~4.5%。
优选地，施胶剂为AKD浆内施胶剂，其添加量为灰板纸重量的0.7~1.5%。
优选地，化学助剂为湿强剂、浆内淀粉CS、松香胶中的一种或几种混合。
优选地，化学助剂的添加量为灰板纸重量的0.3~1.2%。
优选地，灰板纸的松厚度不低于1.48cm3·g-1。
本发明还公开了改性木质素在提高灰板纸断裂韧性中的用途。
本发明由于采用苯酚与沙丁胺醇杂质I对木质素进行改性，得到改性木质素，将其加至纸浆中，进而制得灰纸板，因而具有如下有益效果：该改性木质素具有较好的稳定性，将其添加至纸浆中，进而制得灰纸板，提高了灰纸板的松厚度，即降低了灰板纸的紧度，同时保持较高的环压强度指数，且该灰板纸具有较强的纵向挺度，以抵抗其他杂物的挤压；因此，得到综合性能优良的高松厚度灰板纸，使其用同等厚度的灰纸板代替原来的高定量纸张，达到节约资源、回收循环利用的目的。因此，本发明是一种具有优良稳定的改性木质素，将其作为灰板纸的成分，得到较具有高松厚度、低紧度以及纵向挺度强与断裂韧性良好的灰板纸，以达到节约资源、回收循环利用的目的。
附图说明
图1为改性前后木质素的Zeta电位；
图2为灰板纸的断裂韧性；
图3为灰板纸的纵向挺度。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1
一种改性木质素的制备方法如下：
按重量份计，将1.5重量份木质素、0.75重量份苯酚、0.08重量份氢氧化钠和60重量份蒸馏水置于带有冷凝管和温度计的三口烧瓶中，搅拌溶解，得到混合物；将混合物在90℃下恒温搅拌反应2h，用浓度为1.0mol/L的盐酸溶液调节pH至2.5，再在55℃水浴下保温2h，抽滤，用75℃的热水洗涤5次，得到滤饼；将滤饼用氢氧化钠溶液溶解，重新酸沉、热水洗涤步骤3次，将洗净的滤饼置于50℃下真空干燥、磨细，得到改性木质素Ⅰ。
实施例2
一种改性木质素的制备方法如下：
将2.4重量份木质素用10%的氢氧化钠溶液完全溶解，并调节pH至11，然后加入至三口烧瓶中，升温至85℃，缓慢滴入包括1.1重量份沙丁胺醇杂质I和0.7重量份35%甲醛的混合溶液，在此温度下恒温搅拌反应3h，反应结束用浓度1.0mol/L的盐酸溶液调节pH至5.8，使改性沉淀物析出，将悬浊液倒入透析袋中用纯水充分透析，直至透析水中无氯离子检出，将透析袋中的混合物置于50℃下干燥，得到改性木质素Ⅱ。
实施例3
一种改性木质素的制备方法如下：
将2.4重量份实施例1中的改性木质素Ⅰ用10%的氢氧化钠溶液完全溶解，并调节pH至11，然后加入至三口烧瓶中，升温至85℃，缓慢滴入包括1.1重量份沙丁胺醇杂质I和0.7重量份35%甲醛的混合溶液，在此温度下恒温搅拌反应3h，反应结束用浓度1.0mol/L的盐酸溶液调节pH至5.8，使改性沉淀物析出，将悬浊液倒入透析袋中用纯水充分透析，直至透析水中无氯离子检出，将透析袋中的混合物置于50℃下干燥，得到改性木质素Ⅲ。
实施例4
一种高松厚度灰板纸的制备方法，包括以下步骤：
工艺1：将除去杂质后的废纸送入碎纸机中进行粉碎，然后加入水，其中废纸与水的重量比为4:1，制成碎纸浆；
工艺2：将上述碎纸浆送入磨浆机中以1500r/min的速率进行磨浆，使浆的叩解度为450SR，然后通过压力筛进行筛浆，制得良浆；
工艺3：向上述良浆中添加2.5%灰板纸重量的实施例1中的改性木质素，然后将良浆放入浓度调节仪中进行浓度调节，使浓度达到2.8wt%，并将其送入沉浆池；
工艺4：将AKD浆内施胶剂、重量比为2:1的PAE湿强剂与松香胶混合物加入上述沉浆池中，其中AKD浆内施胶剂的添加量为灰板纸重量的0.9%，PAE湿强剂与松香胶混合物的添加量为灰板纸重量的0.3%，充分搅拌均匀，将纸浆送入造纸机中经常规抄造工艺抄造，得到高松厚度灰板纸。
实施例5
一种高松厚度灰板纸的制备方法，包括以下步骤：
工艺1：将除去杂质后的废纸送入碎纸机中进行粉碎，然后加入水，其中废纸与水的重量比为3:1，制成碎纸浆；
工艺2：将上述碎纸浆送入磨浆机中以1500r/min的速率进行磨浆，使浆的叩解度为420SR，然后通过压力筛进行筛浆，制得良浆；
工艺3：向上述良浆中添加3.2%灰板纸重量实施例1中的改性木质素，然后将良浆放入浓度调节仪中进行浓度调节，使浓度达到3.5wt%，并将其送入沉浆池；
工艺4：将AKD浆内施胶剂、重量比为2:1的PAE湿强剂与松香胶混合物加入上述沉浆池中，其中AKD浆内施胶剂的添加量为灰板纸重量的1.2%，PAE湿强剂与松香胶混合物的添加量为灰板纸重量的0.8%，充分搅拌均匀，将纸浆送入造纸机中经常规抄造工艺抄造，得到高松厚度灰板纸。
实施例6
一种高松厚度灰板纸的制备方法，其他步骤均与实施例5相同，与实施例5不同的是，在工艺3步骤中添加3.2%灰板纸重量的实施例2中的改性木质素。
实施例7
一种高松厚度灰板纸的制备方法，其他步骤均与实施例5相同，与实施例5不同的是，在工艺3步骤中添加3.2%灰板纸重量的实施例3中的改性木质素。
实施例8
为了进一步提高灰板纸的松厚度，同时使灰板纸具有优良的韧性，采取的优选措施还包括：
在化学助剂中添加柚皮素-7-O-葡萄糖醛酸苷，其添加量为灰纸板重量的0.01~0.04%，其与化学助剂中的其他成分相互作用，起一定的协同作用，可能对纸浆纤维素与纤维素之间起支撑作用，进一步提高了灰纸板的松厚度，同时使灰纸板具有优良的韧性。具体实施步骤如下：
一种高松厚度灰板纸的制备方法，其他步骤均与实施例7相同，与实施例7不同的是，在工艺步骤4中添加0.02%灰纸板重量的柚皮素-7-O-葡萄糖醛酸苷。
实施例9
一种高松厚度灰板纸的制备方法，其他步骤均与实施例7相同，与实施例7不同的是，在工艺步骤4中添加0.04%灰纸板重量的柚皮素-7-O-葡萄糖醛酸苷。
对比例1
一种高松厚度灰板纸的制备方法，其他步骤均与实施例5相同，与实施例5不同的是，在工艺3步骤中添加3.2%灰板纸重量的未改性木质素。
试验例1
1. 改性木质素稳定性的测定
将改性前后的样品加入适量二次蒸馏水，加热搅拌，逐滴加入浓盐酸直到样品溶解，冷却后调节溶液pH至2，然后用浓度为0.01mol/L稀盐酸定容至50mL，并稀释成不同质量浓度。采用Zetasizer Nano ZS激光纳米粒度分析仪（英国马尔文公司）来测定Zeta电位；将未改性木质素作为对照组；根据DLVO理论，Zeta电位的绝对值越高，胶团的稳定性越好。
图1为改性前后木质素的Zeta电位。由图1可以看出，随着浓度的增加，改性前后木质素的Zeta电位呈现先升高后降低的变化趋势；这可能是因为溶液中存在的单分子形式逐渐过渡到多聚体，导致Zeta电位迅速增大，当多聚体达到一定数量或程度时，此时胶粒大小不再增长，则Zeta电位也达到最大值；浓度进一步增大时，可能由于胶团紧密层吸附的反离子浓度不断增加，造成Zeta电位的降低；对比实施例1、实施例2、实施例3与对照组，实施例3的Zeta电位高于实施例1、实施例2，实施例2的Zeta电位高于实施例1，且实施例1-3均高于对照组，这说明同时采用苯酚、沙丁胺醇杂质I对木质素进行改性，得到的改性木质素具有较好的稳定性；单独采用沙丁胺醇杂质I改性木质素的稳定性优于单独采用苯酚改性木质素的稳定性；且改性木质素的稳定性优于未改性木质素。
2. 灰板纸松厚度、紧度与强度的测定
本试验根据ISO 543-2005测定制得的灰板纸样品的松厚度、紧度，采用GB/T2679.8-2016测定灰板纸样品的环压强度指数。具体测试结果见表1。
由表1可以看出，实施例4-7中灰板纸的松厚度不低于1.48cm3/g，紧度不高于0.65g/cm3，对比实施例5-7与对比例1，实施例5-7中灰板纸的松厚度均高于对比例1，这说明单独采用苯酚、沙丁胺醇杂质I对木质素改性以及苯酚、沙丁胺醇杂质I同时对木质素进行改性均提高了灰板纸的松厚度，即降低了灰纸板的紧度；实施例8-9中灰板纸的松厚度高于2.05cm3/g，紧度低于0.5g/cm3，对比实施例7与实施例8-9，实施例8-9的松厚度高于实施例7，紧度低于实施例7，这说明在灰板纸中添加柚皮素-7-O-葡萄糖醛酸苷进一步提高了灰板纸的松厚度，降低了灰纸板的紧度，得到高松厚度、低紧度的灰板纸；且实施例4-7的环压强度指数与对比例1差别不大，这说明采用改性木质素在提高灰板纸松厚度的同时，对其环压强度无明显影响，且有稍微的提升。
3. 灰板纸韧性的测定
本试验采用万能材料试验机对样品的断裂韧性进行测定，样品的断裂韧性是通过断裂时所需要的有效的功得到，其计算公式如下：
KIC=Wf/(L·D)
式中：Wf为总断裂能；D为样品的厚度；L为样品的宽度；KIC为断裂韧性。
图2为灰板纸的断裂韧性。由图2可以看出，实施例6、实施例7中灰板纸的断裂韧性高于460N/cm，对比实施例6、实施例7与对比例1，实施例6、实施例7中灰板纸的断裂韧性高于对比例1，而实施例4与实施例5的断裂韧性与对比例1无明显区别，且有稍微的降低，这说明单独采用沙丁胺醇杂质I对木质素改性以及苯酚、沙丁胺醇杂质I同时对木质素进行改性均提高了灰板纸的挺度；而单独采用苯酚对木质素改性，对灰板纸的断裂韧性无明显影响，且有稍微的降低；对比实施例7与实施例8-9，实施例8-9中灰板纸的断裂韧性稍高于实施例7，这说明在灰板纸中添加柚皮素-7-O-葡萄糖醛酸苷，对灰板纸的断裂韧性有一定的提升作用。
4. 灰板纸挺度的测定
采用天津IMT-TD02折痕挺度测试仪测定灰板纸的纵向挺度，测试方法按照使用说明。
图3为灰板纸的纵向挺度。由图3可以看出，实施例4-7的纵向挺度高于25mN·m，对比实施例5-7与对比例1，实施例5-7中灰板纸的纵向挺度高于对比例1，这说明单独采用苯酚、沙丁胺醇杂质I对木质素改性以及苯酚、沙丁胺醇杂质I同时对木质素进行改性均提高了灰板纸的挺度；对比实施例7与实施例8-9，实施例8-9中灰板纸的纵向挺度与实施例7无明显区别，这说明在灰板纸中添加柚皮素-7-O-葡萄糖醛酸苷，对灰板纸的挺度几乎无消极影响。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案、也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种高松厚度灰板纸的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将废纸进行粉碎，加入水，制成碎纸浆；
步骤2：将所述碎纸浆进行磨浆、筛浆，制得良浆；
步骤3：向所述良浆中添加改性木质素，然后进行浓度调节，使良浆浓度为2.5~3.5wt%，并进入沉浆池；所述改性木质素为：由苯酚改性木质素制得改性木质素Ⅰ，由沙丁胺醇杂质I改性木质素制得改性木质素Ⅱ，由苯酚与沙丁胺醇杂质I改性木质素制得改性木质素Ⅲ；所述改性木质素选自其中的一种；
步骤4：将施胶剂、化学助剂加入所述沉浆池中，搅拌，抄造，制得高松厚度灰板纸。
2.根据权利要求1所述的一种高松厚度灰板纸的制备方法，其特征在于：所述废纸与水的重量比为3~5:1。
3.根据权利要求1所述的一种高松厚度灰板纸的制备方法，其特征在于：所述磨浆的速率为1600~1800r/min，使浆的叩解度为40~500SR。
4.根据权利要求1所述的一种高松厚度灰板纸的制备方法，其特征在于：所述改性木质素的添加量为灰板纸重量的2.5~4.5%。
5.根据权利要求1所述的一种高松厚度灰板纸的制备方法，其特征在于：所述施胶剂为AKD浆内施胶剂，其添加量为灰板纸重量的0.7~1.5%。
6.根据权利要求1所述的一种高松厚度灰板纸的制备方法，其特征在于：所述化学助剂的添加量为灰板纸重量的0.3~1.2%。
7.根据权利要求1所述的一种高松厚度灰板纸的制备方法，其特征在于：所述灰板纸的松厚度不低于1.48cm3·g-1。
8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的高松厚度灰板纸。
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