CN116103954B - 季铵化聚乙烯亚胺-木素纳米球助留助滤体系用于文化纸抄造 - Google Patents
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Abstract
本发明属于造纸湿部化学品领域，具体涉及一种季铵化聚乙烯亚胺‑木素纳米球体系作为助留助滤剂用于文化纸的抄造。首先将季铵化聚乙烯亚胺(QPEI)加入到纸浆中，纸浆经过冲浆泵后加入木素纳米微球(LNP)，形成聚合物‑微粒助留助滤体系，然后纸浆进入网部脱水。该方法实现了木素的高值化利用，可提高文化纸湿部的助留助滤特性，减少纤维损失，提高纸机车速，改善成纸性能，降低白水浓度，提高生产效率，改善白水的回收回用。
Description
技术领域
本发明属于造纸湿部化学品领域，具体涉及一种季铵化聚乙烯亚胺-木素纳米球体系作为助留助滤剂用于文化纸的抄造。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
纸张抄造是复杂的物理化学过程，而纸机湿部更是由于纤维、化学品和成纸的多样性成为最复杂的部分。造纸生产过程，尤其在纸页成形过程中一般要加入各种化学助剂。这些化学助剂按使用目的分为两类，一类是以改善纸页成形过程为目的，防止生产波动的过程助剂，如助留剂、助滤剂、脱墨剂、树脂控制剂、网毯清洗剂等；另一类是以改善纸页性能为目的的功能助剂，包括：颜料、染料、表面施胶剂、干强剂、湿强剂、光学增白剂、柔软剂等。除填料之外，这些化学助剂的总加入量约占纸浆的1％。在纸机湿部化学中，各种纤维、填料以及过程助剂和功能助剂在水相中构成分散胶体体系，这些组分形态、尺寸千差万别，它们相互作用、相互影响。应用最广的助留剂是单元助留助滤体系，即在浆料中添加阳离子絮凝剂，利用絮聚作用提高微粒留着率。代表性的絮凝剂有硫酸铝、聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺等。助留助滤剂的使用改善了细小纤维和填料的留着，提高了滤水速度，进而改善纸页的匀度，提高纸机的车速，降低了白水浓度，有利于白水的回收回用。
木素是木质纤维材料的重要组成部分，含量约15-35％，是地球上含量最高的天然可再生芳香化合物，为无定形、三维网状结构，其高值化利用一直是重要的科学技术难题。传统的碱性制浆过程中，木素被降解溶出，形成黑液。成熟的技术是碱回收技术，通过黑液的提取、蒸发、燃烧和苛化等工段，将木素焚烧，获取能量，用于废液的蒸发。通过燃烧的方式，木素的价值没有得到充分利用。因此，需要实现木素在其他领域的高值化利用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种季铵化聚乙烯亚胺-木素纳米球助留助滤体系，该体系可针对性改善文化纸的抄造和产品性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种季铵化聚乙烯亚胺-木素纳米球助留助滤体系，包括：
将季铵化聚乙烯亚胺QPEI加入到纸浆中，加入量为0.04-0.12％；
纸浆经过冲浆泵后加入木素纳米微球LNP，加入量为0.04-0.60％；
然后纸浆进入网部脱水，即得；
其中，所述纸浆用于抄造文化纸。
研究发现：通过酸性溴化锂分离的木素具有表面负电荷，活性基团含量高，分子量较大，容易获取表面负电荷的纳米微球，可与季铵化聚乙烯亚胺发生协同作用，改善助留助滤性能，这为木素的高值化利用提供了新的领域。
本发明的第二个方面，提供了上述的助留助滤体系抄造文化纸。
本发明的第三个方面，提供了上述的助留助滤体系在造纸领域中的应用。
本发明的有益效果
本发明的微粒助留助滤系统是先向浆内添加线型高分子的QPEI，吸附在纤维和填料上，形成不稳定的初期絮聚物，之后添加比表面积大的颗粒状带负电荷的LNP，在静电作用下粒子凝集，形成小而致密均匀的絮聚物，可以大幅度提高细小纤维与填料的留着，改善滤水性能。当高分子量、低电荷密度的QPEI加入纸浆后，以链圈链尾的形式吸附到纸浆纤维上，并以桥联机理首先引起纸料的初始絮聚，该絮聚物与高分子絮凝剂所形成的絮凝物一样，尺寸较大，当其通过冲浆泵等装置后，初始絮聚体受到高剪切力作用，高分子聚合物被切断。絮聚物被碎解成小碎块，为带负电荷的LNP暴露出更多的QPEI。LNP就在吸附于不同纸料粒子上的QPEI的链圈链尾之间，靠静电中和及与QPEI非带电荷段面配合作用，将细小碎块重新桥接起来，形成较QPEI初始絮聚体尺寸更小、结构更致密的微小絮块，从而在提高纸料留着率的同时也相对改善了成纸的匀度和滤水性能，有效改善文化纸的抄造。由于白水中细小纤维含量少，白水浓度低，改善了白水的回用。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种季铵化聚乙烯亚胺-木素纳米球助留助滤体系，包括：
将季铵化聚乙烯亚胺QPEI加入到纸浆中，加入量为0.04-0.12％；
纸浆经过冲浆泵后加入木素纳米微球LNP，加入量为0.04-0.60％；
然后纸浆进入网部脱水，即得；
其中，所述纸浆用于抄造文化纸。
在一些实施例中，所述QPEI的分子量为20-60万，取代度为10-20％。
在一些实施例中，所述LNP的制备方法包括：以阔叶木为原料，酸解，过滤，得到木素；
将木素加入四氢呋喃THF溶解，透析，即得。
在一些实施例中，所述酸解条件为LiBr浓度60～65％，HCl用量0.4～0.5％，阔叶木浓度6.0～6.5％，110～120℃，酸解15～20min。
在一些实施例中，木素的四氢呋喃溶液的浓度0.4～0.5g/L。
在一些实施例中，所述透析以水为反溶剂。
在一些实施例中，LNP加入量为0.10-0.60％，基于纸浆绝干量。
在一些实施例中，所述文化纸包括：双胶纸、铜版原纸、无碳复写纸原纸和轻型纸等。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
采用化学浆70％和化机浆30％抄造双胶纸，湿部采用传统聚丙烯酰胺和膨润土双元助理体系，纤维留着率为93.3％，填料单程留着率54.0％，30s动态滤水量420.5g，白水浓度0.32％。
以相同的纸浆纤维抄造双胶纸，采用本发明的助留助滤体系，LNP的制备选用杨木原料，酸解条件为LiBr浓度60％，HCl用量0.4％，阔叶木浓度6.0％，110℃，20min酸解结束后过滤，获取木素。将分离木素加入THF溶解，形成浓度0.4g/L的木素溶液，然后以水为反溶剂透析处理，得到LNP。首先将季铵化聚乙烯亚胺(QPEI)加入到纸浆中，QPEI的分子量为30万，取代度为15％，加入量为0.08％(基于纸浆绝干量)；纸浆经过冲浆泵后加入木素纳米微球(LNP)，LNP加入量为0.30％(基于纸浆绝干量)，然后纸浆进入网部脱水。纤维留着率提高到94.1％，填料单程留着率提高到54.9％，30s动态滤水量424.6g，白水浓度降低为0.29％。
实施例2
采用化学浆80％和脱墨浆20％抄造铜版原纸，湿部采用传统聚丙烯酰胺和膨润土双元助理体系，纤维留着率为94.2％，填料单程留着率55.1％，30s动态滤水量421.8g，白水浓度0.32％。
以相同的纸浆纤维抄造双胶纸，采用本发明的助留助滤体系，LNP的制备选用杨木原料，酸解条件为LiBr浓度60％，HCl用量0.4％，阔叶木浓度6.0％，110℃，20min酸解结束后过滤，获取木素。将分离木素加入THF溶解，形成浓度0.4g/L的木素溶液，然后以水为反溶剂透析处理，得到LNP。首先将季铵化聚乙烯亚胺(QPEI)加入到纸浆中，QPEI的分子量为60万，取代度为10％，加入量为0.12％(基于纸浆绝干量)；纸浆经过冲浆泵后加入木素纳米微球(LNP)，LNP加入量为0.60％(基于纸浆绝干量)，然后纸浆进入网部脱水。纤维留着率提高到95.0％，填料单程留着率提高到56.9％，30s动态滤水量425.4g，纸机车速提高了12％，干燥所需蒸汽降低了4.2％，白水浓度降低为0.30％。
实施例3
采用化学浆抄造无碳复写纸原纸，湿部采用传统聚丙烯酰胺和膨润土双元助理体系，纤维留着率为94.0％，填料单程留着率54.6％，30s动态滤水量421.6g，白水浓度0.34％。
以相同的纸浆纤维抄造双胶纸，采用本发明的助留助滤体系，LNP的制备选用杨木原料，酸解条件为LiBr浓度60％，HCl用量0.4％，阔叶木浓度6.0％，110℃，20min酸解结束后过滤，获取木素。将分离木素加入THF溶解，形成浓度0.4g/L的木素溶液，然后以水为反溶剂透析处理，得到LNP。首先将季铵化聚乙烯亚胺(QPEI)加入到纸浆中，QPEI的分子量为20万，取代度为20％，加入量为0.04％(基于纸浆绝干量)；纸浆经过冲浆泵后加入木素纳米微球(LNP)，LNP加入量为0.10％(基于纸浆绝干量)，然后纸浆进入网部脱水。纤维留着率提高到94.7％，填料单程留着率提高到55.6％，30s动态滤水量425.1g，成纸的匀度得到改善，白水浓度降低为0.32％。
实施例4
采用化学浆抄造轻型纸，湿部采用传统聚丙烯酰胺和膨润土双元助理体系，纤维留着率为93.5％，填料单程留着率54.0％，30s动态滤水量423.5g，白水浓度0.32％。
以相同的纸浆纤维抄造双胶纸，采用本发明的助留助滤体系，LNP的制备选用杨木原料，酸解条件为LiBr浓度60％，HCl用量0.4％，阔叶木浓度6.0％，110℃，20min酸解结束后过滤，获取木素。将分离木素加入THF溶解，形成浓度0.4g/L的木素溶液，然后以水为反溶剂透析处理，得到LNP。首先将季铵化聚乙烯亚胺(QPEI)加入到纸浆中，QPEI的分子量为40万，取代度为17％，加入量为0.10％(基于纸浆绝干量)；纸浆经过冲浆泵后加入木素纳米微球(LNP)，LNP加入量为0.40％(基于纸浆绝干量)，然后纸浆进入网部脱水。纤维留着率提高到94.3％，填料单程留着率提高到54.9％，30s动态滤水量426.3g，白水浓度降低为0.29％，白水易于回收回用，回用率提高了6.4％。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，未加入QPEI。纤维留着率为93.5％，填料单程留着率为54.1％，30s动态滤水量421.1g，白水浓度为0.31％。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，未加入LNP。纤维留着率为94.1％，填料单程留着率为54.8％，30s动态滤水量421.5g，白水浓度为0.35％。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，采用聚丙烯酰胺替代QPEI。纤维留着率为93.7％，填料单程留着率为54.3％，30s动态滤水量422.8g，白水浓度为0.30％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种季铵化聚乙烯亚胺-木素纳米球助留助滤体系，其特征在于，包括：
将季铵化聚乙烯亚胺QPEI加入到纸浆中，加入量为0.04-0.12%；
纸浆经过冲浆泵后加入木素纳米微球LNP，加入量为0.04-0.60%；
然后纸浆进入网部脱水，即得；
其中，所述纸浆用于抄造文化纸；
所述QPEI的分子量为20-60万，取代度为10-20%；
所述LNP的制备方法包括：以阔叶木为原料，酸解，过滤，得到木素；
将木素加入四氢呋喃THF溶解，透析，即得；
所述酸解条件为LiBr浓度60~65%，HCl用量0.4~0.5%，阔叶木浓度6.0~6.5%，110~120℃，酸解15~20 min；
木素的四氢呋喃溶液的浓度0.4~0.5 g/L；
所述透析以水为反溶剂。
2.如权利要求1所述的季铵化聚乙烯亚胺-木素纳米球助留助滤体系，其特征在于，LNP加入量为0.10-0.60%，基于纸浆绝干量。
3.如权利要求1所述的季铵化聚乙烯亚胺-木素纳米球助留助滤体系，其特征在于，所述文化纸包括：双胶纸、铜版原纸、无碳复写纸原纸和轻型纸。
4.权利要求1-3任一项所述的助留助滤体系抄造的文化纸。
5.权利要求1-3任一项所述的助留助滤体系在造纸领域中的应用。
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