CN116497631B - 一种低定量瓦楞纸及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低定量瓦楞纸及其制备工艺，通过明胶与N‑乙酰化壳聚糖交错排列，构成整体瓦楞纸制品的骨架结构，从而增强瓦楞纸内部原料的相互作用力和化学稳定性，进而显著提高低定量瓦楞纸的力学性能；另外，本发明方案的回收热能通过热交换器进入碱煮、蒸煮和干燥工序进行热量耦合，这不但可以降低浆料加热的能耗，也可以提高生产效率，减小生产成本。所述低定量瓦楞纸以木浆、废纸浆、碳酸钙、黄原胶、淀粉溶液、明胶、N‑乙酰化壳聚糖、交联剂和辅助剂为原料。所述制备工艺包括以下步骤：1)制浆；2)投料与混合；3)成膜制纸。属于造纸和纸制品业的废纸浆回收利用的技术领域。
Description
技术领域
本发明属于造纸和纸制品业的废纸浆回收利用的技术领域，涉及一种低定量瓦楞纸及其制备工艺。
背景技术
低定量瓦楞纸是一种瓦楞纸品种，相比于传统的瓦楞纸，其克重较低，一般在60-100g/m2之间。低定量瓦楞纸具有一定的柔韧性和可压缩性，因而被广泛地应用于包装行业。但一般的瓦楞纸存在强度较低、容易受潮影响的缺陷，可通过添加填料、助剂以及选择高强度的胶黏剂，增强纤维间的结合强度，提高纸板的抗压能力。
壳聚糖可用作制备瓦楞纸，壳聚糖在瓦楞纸中起到增强抗拉和抗折强度的作用，可以提高瓦楞纸的机械强度、稳定性，同时提高纸张的耐水和抗菌性能；但由于壳聚糖的价格相对较高，使用在瓦楞纸制作中会增加成本。进而限制壳聚糖在瓦楞纸的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低定量瓦楞纸及其制备工艺，通过明胶与N-乙酰化壳聚糖交错排列，构成整体瓦楞纸制品的骨架结构，从而增强瓦楞纸内部原料的相互作用力和化学稳定性，进而显著提高低定量瓦楞纸的力学性能；另外，本发明方案的回收热能通过热交换器进入碱煮、蒸煮和干燥工序进行热量耦合，这不但可以降低浆料加热的能耗，也可以提高生产效率，减小生产成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种低定量瓦楞纸，所述低定量瓦楞纸按重量份数包括以下原料：木浆50-60份、废纸浆40-50份、碳酸钙8-10份、黄原胶3-8份、淀粉溶液2-17份、明胶1-2份、N-乙酰化壳聚糖1-2份、交联剂0.05-0.1份和辅助剂0.5-1份。
木浆是一种主要来源于木材的纤维素原料，含有大量纤维素，可用于制备瓦楞纸；
废纸浆是一种可回收再利用的资源，通过废纸浆制备的瓦楞纸符合环保要求，而且成本相对较低；
其中，本发明木浆和废纸浆含有有桉木或其他速生材制成的木片成分；
淀粉溶液可以为瓦楞纸增加吸湿性和柔韧性；
黄原胶是一种高黏度天然胶质，加入适量可以提高瓦楞纸的黏合力和强度；
碳酸钙是一种微细无色无味、稳定性好的无机物，可以增加瓦楞纸的强度和硬度；
明胶是一种天然的蛋白质，可以为瓦楞纸提供较好的黏结性；
N-乙酰化壳聚糖具有优异的增强性和黏度，在适量加入后可以提升瓦楞纸的强度和韧性。
作为本发明的一种优选技术方案，所述交联剂为甘油丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯中的一种；所述辅助剂为三元乙酸甘油酯钠盐、透明质酸钠、乳酸钠和左旋糖酸钠中的一种或多种；所述淀粉溶液的浓度为0.5％。
进一步地，本发明方案公开了一种低定量瓦楞纸的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
1)制浆：将木浆和废纸浆混合均匀后，得混合浆料，混合浆料通过碱煮、蒸煮后，得到纸浆原料；
2)投料与混合：将纸浆原料和碳酸钙混合搅拌均匀，加入黄原胶、淀粉溶液和N-乙酰化壳聚糖，继续搅拌，得到混合料；
3)成膜制纸：将混合料过滤，加入明胶、交联剂和辅助剂，搅拌混合反应，干燥后进行切割，得到低定量瓦楞纸。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤1)中，所述木浆和废纸浆的质量比为1-1.2:1；
所述碱煮条件为将混合浆料采用浓度为10-20％的碱液在160-180℃下，加热10-20min；所述碱液为氢氧化钠和氢氧化钙中的一种；所述碱液与混合浆料的质量比为3-5：100；
所述蒸煮条件为将经过碱煮的混合浆料在200-220℃下，蒸煮时间为10-15min。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤2)中，所述搅拌速度为100-200r/min，搅拌时间为30-45min；
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤3)中，所述搅拌混合反应条件为调节pH值为5.5-7.0，在25-40℃搅拌混合2-5h，所述干燥温度为100-110℃，干燥时间为2.5-3h。
在本发明方案中，所述制备工艺还包括将经过蒸煮的混合浆料降温的热量通过热交换器件进行回收利用，得到回收热量。
作为本发明的一种优选技术方案，所述回收热量用于碱煮、蒸煮和干燥工序中的一种或多种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述回收热量通过热水回路用于碱煮、蒸煮和干燥工序中的一种或多种；在本发明方案中，所述回收热量应用到蒸煮工序的具体原理为，通过一个热水回路，在蒸煮过程中，通过与热水回路相连的热交换器件，实现了热量耦合，即，将用来加热蒸汽的热水通过热交换器件，与浆料进行高效热能交换，这样可以在相同时间内，实现更快的完成蒸煮工艺。
本发明的有益效果：
1、N-乙酰化壳聚糖是壳聚糖的一种衍生物，由于其来源广泛并且易于操作，使用N-乙酰化壳聚糖代替壳聚糖可以降低瓦楞纸制造成本；N-乙酰化壳聚糖具有优异的增强性和黏度，能够提高瓦楞纸的强度、韧性、抗菌性能和耐水性能；使用N-乙酰化壳聚糖是一种环保、可降解的高分子生物材料。
2、由于明胶在水中存在不易分散的情况，本发明通过添加辅助剂来增强明胶的分散度，在明胶、N-乙酰化壳聚糖、交联剂和辅助剂的相互作用下，明胶、N-乙酰化壳聚糖形成了三维网络结构，增加瓦楞纸体系的强度、黏度、稳定性，同时减少其活性失去和流失，交联网络结构的形成，减少了它们的溶解速率和挥发性，从而提高了其化学稳定性，增强了其对物理和化学刺激的抵抗力；另外，辅助剂在交联反应中可以帮助明胶更好地分散在反应体系中，增加反应区域，促进交联反应的进行，使得形成更为致密的交联结构，进一步改善材料的力学性能。
3、回收热能通过热交换器进入碱煮、蒸煮和干燥工序进行热量耦合，这不但可以降低浆料加热的能耗，也可以提高生产效率，减小生产成本。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
一种低定量瓦楞纸，所述低定量瓦楞纸按重量份数包括以下原料：木浆50份、废纸浆40份、碳酸钙8份、黄原胶3份、淀粉溶液2份、明胶1份、N-乙酰化壳聚糖1份、甘油丙烯酸酯0.05份和透明质酸钠0.5份；其中，所述淀粉溶液的浓度为0.5％。
一种低定量瓦楞纸的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
1)制浆：将木浆和废纸浆混合均匀后，得混合浆料，混合浆料通过碱煮、蒸煮后，得到纸浆原料；
其中，所述碱煮条件为将混合浆料采用浓度为10％的氢氧化钙在160℃下，加热10min；氢氧化钙与混合浆料的质量比为3：100；
所述蒸煮条件为将经过碱煮的混合浆料在200℃下，蒸煮时间为10min；
2)投料与混合：将纸浆原料和碳酸钙混合搅拌均匀，加入黄原胶、淀粉溶液和N-乙酰化壳聚糖，继续搅拌，得到混合料；其中，所述搅拌速度为100r/min，所述搅拌时间为30min；
3)成膜制纸：将混合料过滤，加入明胶、甘油丙烯酸酯和透明质酸钠，调节pH值为5.5，在25℃搅拌混合反应2h，在100℃下干燥2.5h后进行切割，得到低定量瓦楞纸。
所述制备工艺还包括将经过蒸煮的混合浆料降温的热量通过热交换器件进行回收利用，得到回收热量；所述回收热量通过热水回路用于碱煮、蒸煮或干燥工序中的一种或多种。
实施例2
一种低定量瓦楞纸，所述低定量瓦楞纸按重量份数包括以下原料：木浆55份、废纸浆45份、碳酸钙9份、黄原胶5.5份、淀粉溶液9.5份、明胶1.5份、N-乙酰化壳聚糖1.5份、甘油丙烯酸酯0.08份和透明质酸钠0.8份；其中，所述淀粉溶液的浓度为0.5％。
一种低定量瓦楞纸的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
1)制浆：将木浆和废纸浆混合均匀后，得混合浆料，混合浆料通过碱煮、蒸煮后，得到纸浆原料；
其中，所述碱煮条件为将混合浆料采用浓度为15％的氢氧化钙在170℃下，加热15min；氢氧化钙与混合浆料的质量比为4：100；
所述蒸煮条件为将经过碱煮的混合浆料在210℃下，蒸煮时间为12min；
2)投料与混合：将纸浆原料和碳酸钙混合搅拌均匀，加入黄原胶、淀粉溶液和N-乙酰化壳聚糖，继续搅拌，得到混合料；其中，所述搅拌速度为150r/min，所述搅拌时间为38min；
3)成膜制纸：将混合料过滤，加入明胶、甘油丙烯酸酯和透明质酸钠，调节pH值为6.2，在30℃搅拌混合反应3.5h，在105℃下干燥2.8h后进行切割，得到低定量瓦楞纸。
所述制备工艺还包括将经过蒸煮的混合浆料降温的热量通过热交换器件进行回收利用，得到回收热量；所述回收热量通过热水回路用于碱煮、蒸煮或干燥工序中的一种或多种。
实施例3
一种低定量瓦楞纸，所述低定量瓦楞纸按重量份数包括以下原料：木浆60份、废纸浆50份、碳酸钙10份、黄原胶8份、淀粉溶液17份、明胶2份、N-乙酰化壳聚糖2份、甘油丙烯酸酯0.1份和透明质酸钠1份；其中，所述淀粉溶液的浓度为0.5％。
一种低定量瓦楞纸的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
1)制浆：将木浆和废纸浆混合均匀后，得混合浆料，混合浆料通过碱煮、蒸煮后，得到纸浆原料；
其中，所述碱煮条件为将混合浆料采用浓度为20％的氢氧化钙在180℃下，加热20min；氢氧化钙与混合浆料的质量比为5：100；
所述蒸煮条件为将经过碱煮的混合浆料在220℃下，蒸煮时间为15min；
2)投料与混合：将纸浆原料和碳酸钙混合搅拌均匀，加入黄原胶、淀粉溶液和N-乙酰化壳聚糖，继续搅拌，得到混合料；其中，所述搅拌速度为200r/min，所述搅拌时间为45min；
3)成膜制纸：将混合料过滤，加入明胶、甘油丙烯酸酯和透明质酸钠，调节pH值为7.0，在40℃搅拌混合反应5h，在110℃下干燥3h后进行切割，得到低定量瓦楞纸。
所述制备工艺还包括将经过蒸煮的混合浆料降温的热量通过热交换器件进行回收利用，得到回收热量；所述回收热量通过热水回路用于碱煮、蒸煮或干燥工序中的一种或多种。
实施例4
与实施例1相比，不同之处在于，所述低定量瓦楞纸按重量份数包括N-乙酰化壳聚糖1.5份，其余组分、制备步骤和参数均一致。
实施例5
与实施例1相比，不同之处在于，低定量瓦楞纸按重量份数包括N-乙酰化壳聚糖2份，其余组分、制备步骤和参数均一致。
对比例1-4
与实施例1相比，不同之处在于，明胶、N-乙酰化壳聚糖、甘油丙烯酸酯和透明质酸钠的重量份差异如表1所示，其余组分、制备步骤和参数均一致。
表1
| 明胶 | N-乙酰化壳聚糖 | 甘油丙烯酸酯 | 透明质酸钠 | |
| 对比例1 | 0 | 1 | 0.05 | 0.5 |
| 对比例2 | 1 | 0 | 0.05 | 0.5 |
| 对比例3 | 1 | 1 | 0 | 0.5 |
| 对比例4 | 1 | 1 | 0.05 | 0 |
机械性能检测：
按照GB/T6546-1998中的方法对基于实施例1-5和对比例1-4制备的低定量瓦楞纸所形成瓦楞纸板进行机械性能检测，检测结果如表2所示；
表2
| 边压强度(kN/m) | 耐破强度(KPa) | |
| 实施例1 | 5.1 | 861 |
| 实施例2 | 5.3 | 878 |
| 实施例3 | 5.2 | 867 |
| 实施例4 | 5.2 | 875 |
| 实施例5 | 5.4 | 889 |
| 对比例1 | 3.7 | 647 |
| 对比例2 | 2.8 | 485 |
| 对比例3 | 3.1 | 553 |
| 对比例4 | 4.6 | 782 |
从表2测试结果可知，实施例1-5与对比例1-4相比，实施例1-5制备的低定量瓦楞纸具有良好的机械性能，结合表1可知，其主要原因是在没有甘油丙烯酸酯的情况下，明胶和N-乙酰化壳聚糖的反应相对较弱的，只有分子量较低的明胶和分子量较高的N-乙酰化壳聚糖才能反应，并且反应速率较慢。通过研究发现，当明胶与N-乙酰化壳聚糖分子之间发生亲和作用时，只能通过氢键、静电作用等相对较弱的相互作用力来实现。相比之下，通过甘油丙烯酸酯交联剂和透明质酸钠辅助剂的交联处理可以在明胶和N-乙酰化壳聚糖分子之间形成更强的化学键和更稳定的三维网络结构，从而增强它们之间的相互作用力和化学稳定性，进而显著提高低定量瓦楞纸的力学性能。
另外，本发明方案的所述回收热能通过热交换器进入碱煮、蒸煮和干燥工序进行热量耦合，这不但可以降低浆料加热的能耗，也可以提高生产效率，减小生产成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种低定量瓦楞纸，其特征在于，所述低定量瓦楞纸按重量份数包括以下原料：木浆50-60份、废纸浆40-50份、碳酸钙8-10份、黄原胶3-8份、淀粉溶液2-17份、明胶1-2份、N-乙酰化壳聚糖1-2份、交联剂0.05-0.1份和辅助剂0.5-1份；所述交联剂为甘油丙烯酸酯；所述辅助剂为透明质酸钠；所述淀粉溶液的浓度为0.5%。
2.一种如权利要求1所述的低定量瓦楞纸的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下步骤：
1）制浆：将木浆和废纸浆混合均匀后，得混合浆料，混合浆料通过碱煮、蒸煮后，得到纸浆原料；
2）投料与混合：将纸浆原料和碳酸钙混合搅拌均匀，加入黄原胶、淀粉溶液和N-乙酰化壳聚糖，继续搅拌，得到混合料；
3）成膜制纸：将混合料过滤，加入明胶、交联剂和辅助剂，搅拌混合反应，干燥后进行切割，得到低定量瓦楞纸。
3.根据权利要求2所述的一种低定量瓦楞纸的制备工艺，其特征在于：在步骤1）中，所述木浆和废纸浆的质量比为1-1.2:1；
所述碱煮条件为将混合浆料采用浓度为10-20%的碱液在160-180℃下，加热10-20min；所述碱液为氢氧化钠和氢氧化钙中的一种；所述碱液与混合浆料的质量比为3-5：100；
所述蒸煮条件为将经过碱煮的混合浆料在200-220℃下，蒸煮时间为10-15min。
4.根据权利要求2所述的一种低定量瓦楞纸的制备工艺，其特征在于：在步骤2）中，所述搅拌速度为100-200r/min，搅拌时间为30-45min。
5.根据权利要求2所述的一种低定量瓦楞纸的制备工艺，其特征在于：在步骤3）中，所述搅拌混合反应条件为调节pH值为5.5-7.0，在25-40℃搅拌混合2-5h，所述干燥温度为100-110℃，干燥时间为2.5-3h。
6.根据权利要求2所述的一种低定量瓦楞纸的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺还包括将经过蒸煮的混合浆料降温的热量通过热交换器件进行回收利用，得到回收热量。
7.根据权利要求6所述的一种低定量瓦楞纸的制备工艺，其特征在于：所述回收热量用于碱煮、蒸煮和干燥工序中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的一种低定量瓦楞纸的制备工艺，其特征在于：所述回收热量通过热水回路用于碱煮、蒸煮和干燥工序中的一种或多种。
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