CN116377755A - 一种轻量化中速定量滤纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滤纸技术领域，公开了一种轻量化中速定量滤纸及其制备方法，按质量份计包括以下组分：多孔纤维素纳米纤维浆料70~80份，纳米纤维素晶体1~5份，木质素0.2~5份，分散剂0.2~0.8，消泡剂0.1~0.3份，湿强剂0.5~3份；本申请提供的定量滤纸的纸页定量可达20±2g/m2，厚度可达0.5±0.05mm，且耐破度和过滤效率均达到使用要求，本申请提供的轻量化中速定量滤纸的制备方法通过造孔溶剂使植物纤维上生成孔洞实现滤纸的轻量化，同时为了提升多孔植物纤维的纤维强度，使用交联剂加强多孔植物纤维的纤维强度，在保证定量滤纸的纸页强度的同时显著降低定量滤纸的重量和厚度。

Description

一种轻量化中速定量滤纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及滤纸技术领域，尤其是涉及一种轻量化中速定量滤纸及其制备方法。
背景技术
定量滤纸是一种用于对物质进行定量分析的试验耗材，其主要为纤维素原料制成，其在制造过程中需要对纸浆纤维进行盐酸和氢氟酸处理，用于去除纸浆纤维中的重金属和盐，使定量滤纸在灼烧后的灰分残留小于其自身重量的0.009％，现有技术中还存在无灰定量滤纸其在灼烧后的灰分残留小于0.1mg，如公开号CN113445365A，公开了一种定量滤纸及其制备方法，该申请提供的定量滤纸具有强度高、韧性好、在吸滤过程中不易破损、灰分低、使用方便、提高实验数据准确性的有益效果。
现阶段定量滤纸的轻量化问题是近年来定量滤纸的新的研究热点，现有技术中的定量滤纸的纸页较为厚重，在使用过程中需要经折叠等操作，而厚重的纸页对于上述操作影响较大，极易在折叠过程中损坏纸张，公开号CN105926344A公开了一种纳米定量滤纸及其制备方法，该申请提供的纳米定量滤纸具备纸张更轻，纸页更坚韧的特点，使滤纸更加轻量化，其定量可达40±2g/m2，厚度可达1.0±0.1mm，滤纸纸页轻量化的程度越高越有利于实验操作，还有利于减少运输成本和包装成本，因此定量滤纸轻量化发展对于滤纸行业具有较好的发展前景。
发明内容
为了克服现有技术中定量滤纸轻量化程度低的问题，本申请提供了一种轻量化中速定量滤纸及其制备方法，本申请提供的轻量化中速定量滤纸的纸页定量为80±4g/m2，厚度可达0.5±0.05mm，其纸页耐破度和过滤效率均达到使用要求，本申请还提供了一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，该方法先通过造孔溶剂使植物纤维上生成孔洞实现滤纸的轻量化，同时为了提升多孔植物纤维的纤维强度，使用交联剂加强多孔植物纤维的纤维强度，在保证定量滤纸的纸页强度的同时显著降低定量滤纸的重量和厚度。
本发明的具体技术方案为：
一种轻量化中速定量滤纸，按质量份计包括以下组分：多孔纤维素纳米纤维浆料70～80份，纳米纤维素晶体1～5份，木质素0.2～5份，分散剂0.2～0.8，消泡剂0.1～0.3份，湿强剂0.5～3份。
本申请提供了一种轻量化中速定量滤纸，该滤纸的由多孔纤维素纳米纤维浆料、纳米纤维素晶体以及木质素构成，其中多孔纤维素纳米纤维浆料是由植物纤维经过造孔剂处理和交联剂处理后制成的多孔植物纤维，在滤纸定量的情况下，压缩滤纸纤维的体积，在满足定量滤纸的基本技术指标的同时，实现滤纸的轻量化程度，使最终制成的定量滤纸的定量为80±4g/m2，厚度可达0.5±0.05mm，显著提高了定量滤纸的轻量化程度。
作为优选，所述多孔纤维素纳米纤维浆料的直径为15～100nm，长度为0.2～200μm。
作为优选，所述轻量化中速纳米定量滤纸定量为80±4g/m2，厚度为0.5±0.05mm，所述轻量化中速纳米定量滤纸中的α-纤维素含量为98％～99％。
作为优选，其特征是，所述分散剂选自聚氧乙烯和阴离子型聚丙烯酰胺中的一种或几种。
作为优选，所述消泡剂选自丁醇、辛醇、硅油和松油中的一种或几种。
一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将植物纤维浆置于造孔溶剂中制成多孔植物纤维；
(2)将步骤(1)中的多孔植物纤维置于盐酸和氢氟酸中制成无灰多孔纤维；
(3)将步骤(2)中得到的无灰多孔纤维置于交联剂中制成加强多孔无灰纤维；
(4)将步骤(3)中得到的加强多孔无灰纤维制成多孔纤维素纳米纤维浆料；
(5)将步骤(4)中得到的多孔纤维素纳米纤维浆料、纳米纤维素晶体、木质素、分散剂、消泡剂以及湿强剂制成成浆，将成浆制成轻量化中速定量滤纸。
本申请还提供了一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，首先本申请通过造孔溶剂对植物纤维进行造孔处理制成多孔植物纤维，植物纤维的主要成分为纤维素纤维，造孔溶剂能够破坏植物纤维的不定型区，是植物纤维的形成纳米孔洞，在滤纸定量的情况下，压缩滤纸纤维的体积，在满足定量滤纸的基本技术指标的同时，实现滤纸的轻量化程度。再将多孔植物纤维进行酸处理制成多孔无灰纤维，去除多孔植物纤维的重金属、盐等灰分使植物纤维达成无灰化处理。植物纤维的造孔处理后其纤维的强度会显著降低，因此为了增加多孔无灰纤维的结构强度，使用交联剂对多孔无灰纤维进行处理制成加强多孔无灰纤维，交联剂能够显著增加多孔无灰纤维的韧性和强度。再将加强多孔无灰纤维进行纳米化制成多孔纤维素纳米纤维浆料，最后将多孔纤维素纳米纤维浆料、纳米纤维晶体、木质素、分散剂、消泡剂以及湿强剂制成轻量化中速定量滤纸，该方法通过造孔剂、交联剂以及纳米处理使定量滤纸的轻量化程度显著增加。
作为优选，所述步骤(1)中的植物纤维按质量份数计包括：苎麻浆30～80份，龙须草浆20～40份，针叶木浆40～80份，绵浆30～80份。
作为优选，所述步骤(1)中造孔溶剂选自尿素/氢氧化钠溶液、二甲基亚砜、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或几种。
作为优选，所述步骤(3)中的交联剂选自N，N-亚甲基双丙烯酰胺、环氧氯丙烷和硅烷偶联剂中的一种或几种。
作为优选，所述步骤(4)中成浆的打浆度为30～50°SR。
与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：
(1)本申请提供的轻量化中速定量滤纸的定量可达80±4g/m2，厚度可达0.5±0.05mm，定量滤纸的轻量化程度显著增加；
(2)本申请提供的轻量化中速定量滤纸的制备方法通过对植物纤维进行造孔处理、化学交联交联处理以及纳米化处理后显著提高了定量滤纸的轻量化程度，同时定量滤纸的结构强度和过滤性能完全达到使用标准。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
一种轻量化中速定量滤纸，按质量份计包括以下组分：多孔纤维素纳米纤维浆料70份，纳米纤维素晶体1份，木质素0.2份，分散剂0.2份，消泡剂0.1份，湿强剂0.5份，分散剂为聚氧乙烯和阴离子型聚丙烯酰胺混合液，消泡剂为硅油；
一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将植物纤维浆置于造孔溶剂中搅拌(600r/min)1h并冷冻干燥制成多孔植物纤维，植物纤维按质量份数比计包括苎麻浆30份，龙须草浆20份，针叶木浆40份，绵浆30份，造孔溶剂为尿素/氢氧化钠溶液(按质量比计尿素：氢氧化钠：水为12:7:81)，植物纤维与造孔溶剂按质量比计植物纤维：造孔溶剂为3：20；
(2)将步骤(1)中的多孔植物纤维置于盐酸和氢氟酸中进行处理，处理完成后蒸馏水洗涤制成无灰多孔纤维；
(3)将步骤(2)中得到的无灰多孔纤维置于交联剂中制成加强多孔无灰纤维，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺，交联剂与无灰多孔纤维按质量比计为3：80；
(4)将步骤(3)中得到的加强多孔无灰纤维加水混合后置于超高压微射流纳米分散机中制成多孔纤维素纳米纤维的浆料(直径为15～100nm，长度为0.2～200μm)，浆料中所含的多孔纤维素纳米纤维的质量比为15％；
(5)将纳米纤维素晶体分散在水中制成纳米纤维素晶体凝胶(质量比为3％)，再将步骤(4)中得到的多孔纤维素纳米纤维的浆料、纳米纤维素晶体凝胶、木质素、分散剂、消泡剂以及湿强剂制成成浆(打浆度为30°SR)，再将成浆按常规条件上网抄造、压榨、烘干制成轻量化中速定量滤纸。
实施例2：
一种轻量化中速定量滤纸，按质量份计包括以下组分：多孔纤维素纳米纤维浆料75份，纳米纤维素晶体3份，木质素3份，分散剂0.5份，消泡剂0.2份，湿强剂1.5份，分散剂为聚氧乙烯，消泡剂为硅油/松油混合液(1:2)；
一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将植物纤维浆置于二甲基亚砜中超声(功率为225W)搅拌(600r/min)30min，超声搅拌完毕后蒸馏水清洗并冷冻干燥制成多孔植物纤维，植物纤维按质量份数比计包括苎麻浆50份，龙须草浆30份，针叶木浆60份，绵浆50份，植物纤维与造孔溶剂按质量比计植物纤维：造孔溶剂为5：15；
(2)将步骤(1)中的多孔植物纤维置于盐酸和氢氟酸中进行处理，处理完成后蒸馏水洗涤制成无灰多孔纤维；
(3)将步骤(2)中得到的无灰多孔纤维置于交联剂中制成加强多孔无灰纤维，交联剂为环氧氯丙烷，交联剂与无灰多孔纤维按质量比计为5：65；
(4)将步骤(3)中得到的加强多孔无灰纤维加水混合后置于超高压微射流纳米分散机中制成多孔纤维素纳米纤维的浆料(直径为15～100nm，长度为0.2～200μm)，浆料中所含的多孔纤维素纳米纤维的质量比为15％；
(5)将纳米纤维素晶体分散在水中制成纳米纤维素晶体凝胶(质量比为3％)，再将步骤(4)中得到的多孔纤维素纳米纤维的浆料、纳米纤维素晶体凝胶、木质素、分散剂、消泡剂以及湿强剂制成成浆(打浆度为40°SR)，再将成浆按常规条件上网抄造、压榨、烘干制成轻量化中速定量滤纸。
实施例3：
一种轻量化中速定量滤纸，按质量份计包括以下组分：多孔纤维素纳米纤维浆料80份，纳米纤维素晶体5份，木质素5份，分散剂0.8份，消泡剂0.3份，湿强剂3份，分散剂为阴离子型聚丙烯酰胺，消泡剂为丁醇/辛醇混合液(2:3)；
一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将植物纤维浆与1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐于80℃油浴锅中加热搅拌(600r/min)搅拌2h，搅拌完成后60℃干燥制成多孔植物纤维，植物纤维按质量份数比计包括苎麻浆80份，龙须草浆40份，针叶木浆80份，绵浆80份，植物纤维与造孔溶剂按质量比计植物纤维：造孔溶剂为5：24；
(2)将步骤(1)中的多孔植物纤维置于盐酸和氢氟酸中进行处理，处理完成后蒸馏水洗涤制成无灰多孔纤维；
(3)将步骤(2)中得到的无灰多孔纤维置于交联剂中制成加强多孔无灰纤维，交联剂为硅烷偶联剂，交联剂与无灰多孔纤维按质量比计为3：45；
(4)将步骤(3)中得到的加强多孔无灰纤维加水混合后置于超高压微射流纳米分散机中制成多孔纤维素纳米纤维的浆料(直径为15～100nm，长度为0.2～200μm)，浆料中所含的多孔纤维素纳米纤维的质量比为15％；
(5)将纳米纤维素晶体分散在水中制成纳米纤维素晶体凝胶(质量比为3％)，再将步骤(4)中得到的多孔纤维素纳米纤维的浆料、纳米纤维素晶体凝胶、木质素、分散剂、消泡剂以及湿强剂制成成浆(打浆度为40°SR)，再将成浆按常规条件上网抄造、压榨、烘干制成轻量化中速定量滤纸。
采用GB/T 1914-2017化学分析滤纸对上述实施例1～3中制得的轻量化中速定量滤纸的技术指标进行测试，测试结果如表1所示；
表1轻量化中速定量滤纸的技术指标
项目 实施例2 实施例3 实施例4
定量(g/m2) 77 80 82
厚度(mm) 0.51 0.53 0.55
滤水时间(s) 45 50 55
分离性能(氢氧化铁沉淀物) 合格 合格 合格
抗碱性(％) 95 95 96
水抽提液pH值 5.0 7.0 80
D65亮度(％) 85 87 86
D65荧光亮度(％) 0.46 0.49 0.48
灰分(％) ≤0.009 ≤0.009 ≤0.009
交货水分(％) 5.0 7.0 9.0
0.2mm2～0.3mm2尘埃度(mm2/个) 70 68 64
>0.7mm2尘埃度(mm2/个) 无 无 无
α-纤维素含量(％) 96 95 97
干耐破度(Kpa) 95 96 93
湿耐破度(mm水柱) 153 156 150
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种轻量化中速定量滤纸，其特征是，按质量份计包括以下组分：多孔纤维素纳米纤维浆料70~80份，纳米纤维素晶体1~5份，木质素0.2~5份，分散剂0.2~0.8，消泡剂0.1~0.3份，湿强剂0.5~3份。
2.如权利要求1所述的一种轻量化中速定量滤纸，其特征是，所述多孔纤维素纳米纤维浆料的直径为15~100nm，长度为0.2~200μm。
3.如权利要求1所述的一种轻量化中速定量滤纸，其特征是，所述轻量化中速纳米定量滤纸定量为80±4g/m2，厚度为0.5±0.05mm，所述轻量化中速纳米定量滤纸中的α-纤维素含量为98％~99％。
4.如权利要求4所述的一种轻量化中速定量滤纸及其制备方法，其特征是，所述分散剂选自聚氧乙烯和阴离子型聚丙烯酰胺中的一种或几种。
5.如权利要求4所述的一种轻量化中速定量滤纸及其制备方法，其特征是，所述消泡剂选自丁醇、辛醇、硅油和松油中的一种或几种。
6.一种如权利要求1~5任一所述的轻量化中速定量滤纸的制备方法，其特征是，包括以下制备步骤：
（1）将植物纤维浆置于造孔溶剂中制成多孔植物纤维；
（2）将步骤（1）中的多孔植物纤维置于盐酸和氢氟酸中制成无灰多孔纤维；
（3）将步骤（2）中得到的无灰多孔纤维置于交联剂中制成加强多孔无灰纤维；
（4）将步骤（3）中得到的加强多孔无灰纤维制成多孔纤维素纳米纤维浆料；
（5）将步骤（4）中得到的多孔纤维素纳米纤维浆料、纳米纤维素晶体、木质素、分散剂、消泡剂以及湿强剂制成成浆，将成浆制成轻量化中速定量滤纸。
7.如权利要求6所述的一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，其特征是，所述步骤（1）中的植物纤维按质量份数计包括：苎麻浆30~80份，龙须草浆20~40份，针叶木浆40~80份，绵浆30~80份。
8.如权利要求6所述的一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，其特征是，所述步骤（1）中造孔溶剂选自尿素/氢氧化钠溶液、二甲基亚砜、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中的一种或几种。
9.如权利要求6所述的一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，其特征是，所述步骤（3）中的交联剂选自N，N-亚甲基双丙烯酰胺、环氧氯丙烷和硅烷偶联剂中的一种或几种。
10.如权利要求6所述的一种轻量化中速定量滤纸的制备方法，其特征是，所述步骤（4）中成浆的打浆度为30~50°SR。
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