本发明涉及造纸
技术领域：
，具体涉及一种利用纳米复合插层材料提高纸张强度的方法。
背景技术：
：：传统纸张增强的方法是通过打浆的物理方法或者通过添加增强助剂的化学方法。由于物理打浆改善纸张强度有限，目前通常采用各种干强剂来提高纸张强度。干强剂主要分为四类：(1)合成聚合物，如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、脲醛树脂和三聚氰胺树脂等；(2)改性淀粉，如阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、非离子型淀粉等；(3)纤维素、甲壳素衍生物及植物胶类，如羧甲基纤维素、甲壳素、壳聚糖等；(4)树脂障碍控制剂，如各种分散剂、螯合剂、生物酶制剂等。虽然干强剂的添加能在一定程度上提高纸张强度，但在实际生产过程中人们发现如下问题：(1)现有浆料强度低，尤其机械浆和废纸浆强度较低。机械浆由于其处理工艺的特性，纤维相对化学浆较短，所以细小纤维留着率及成纸强度受到很大影响；同时，由于废纸浆在多次回用后会影响纤维本身的性能，纤维变得细短且较硬，不利于打浆处理，成纸强度差，在应用过程中会出现掉毛掉粉的现象。(2)改性淀粉类的阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉作为干强剂的用量一般在0.5-2％，用量超过2％以上的部分则难以留着在纸张上。而阳离子聚丙烯酰胺会出现阳离子淀粉一样的不利因素，对于阴离子聚丙烯酰胺由于要用硫酸铝作为连接剂，所以一般只能在酸性条件下使用。(3)传统方法中淀粉作为干强剂只能将纸张的强度提高20-30％，无法满足纤维多次回收利用的增强要求。随着环境资源问题的突出，充分利用现有资源，多次利用纤维资源正在成为纸浆发展的一个途径。技术实现要素：：本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单、工艺重复性好且通过对造纸填料和干强剂淀粉进行改性处理以提高纸张强度的方法。本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：一种利用纳米复合插层材料提高纸张强度的方法，包括如下步骤：(1)纸浆配制：将纤维原料、造纸填料混合制成纸浆，纸浆浓度控制在5-20wt％；(2)淀粉糊化：将改性淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在1-15wt％，并加热至70-80℃糊化5-60min；所述改性淀粉由原淀粉经复合改性而成，其改性方法为：向原淀粉中加入5-10倍重量的水，并加入水解聚马来酸酐，充分混合后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后继续微波回流搅拌5min，如此反复，使微波总处理时间达到15-45min，然后加入n-羟甲基丙烯酰胺，混合均匀后利用微波反应器微波回流搅拌10min，所得混合物减压浓缩制成含水量低于20wt％的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性淀粉；所述原淀粉、水解聚马来酸酐、n-羟甲基丙烯酰胺的质量比为25-40:5-10:5-10；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到15-40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌5-60min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。所述造纸填料用量占纸浆干重的10-40wt％。所述淀粉用量占纸浆干重的5-20wt％。所述纤维原料选自废纸浆、机械浆、化学浆、半化学浆中的一种。所述造纸填料选自高岭土、碳酸钙、滑石粉、二氧化钛中的一种。所述微波反应器的工作条件为微波频率2450mhz、输出功率700w。所述高岭土经插层聚合改性，其具体制备方法为：向95％乙醇中加入二甲基丙烯酸锌、双丙酮丙烯酰胺和引发剂，并加热至回流状态保温搅拌10-30min，再加入高岭土，继续回流保温搅拌2-5h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土。所述高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。所述95％乙醇、二甲基丙烯酸锌、双丙酮丙烯酰胺、引发剂、高岭土的质量比为50-100:5-10:1-5:0.05-0.5:25-35。所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈中的一种。本发明的有益效果是：本发明利用插层聚合法在高岭土层间经聚合生成丙烯酸树脂，以有效增强高岭土的填充性能，从而提高纸张强度；并通过淀粉的改性处理，提高淀粉在纸纤维上的留着率；同时使淀粉均匀且牢固留着于纸纤维上，进而显著提高纸张的强度指标，使纸张经多次回收再加工后仍具有较好的强度指标。具体实施方式：为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。实施例1(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料碳酸钙混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将改性淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；改性淀粉的制备：向5kg原淀粉中加入5倍重量的水，并加入1kg水解聚马来酸酐，充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后继续微波回流搅拌5min，如此反复，使微波总处理时间达到30min，然后加入1kgn-羟甲基丙烯酰胺，混合均匀后利用微波反应器微波回流搅拌10min，所得混合物减压浓缩制成含水量低于20wt％的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性淀粉；原淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。实施例2(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料高岭土混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将改性淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；改性淀粉的制备：向5kg原淀粉中加入5倍重量的水，并加入1kg水解聚马来酸酐，充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后继续微波回流搅拌5min，如此反复，使微波总处理时间达到30min，然后加入1kgn-羟甲基丙烯酰胺，混合均匀后利用微波反应器微波回流搅拌10min，所得混合物减压浓缩制成含水量低于20wt％的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性淀粉；原淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。实施例3(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料高岭土混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将改性淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；改性淀粉的制备：向8kg原淀粉中加入5倍重量的水，并加入1kg水解聚马来酸酐，充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后继续微波回流搅拌5min，如此反复，使微波总处理时间达到30min，然后加入1.5kgn-羟甲基丙烯酰胺，混合均匀后利用微波反应器微波回流搅拌10min，所得混合物减压浓缩制成含水量低于20wt％的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性淀粉；原淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。实施例4(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料高岭土混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将改性淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；改性淀粉的制备：向8kg原淀粉中加入5倍重量的水，并加入1kg水解聚马来酸酐，充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后继续微波回流搅拌5min，如此反复，使微波总处理时间达到30min，然后加入1.5kgn-羟甲基丙烯酰胺，混合均匀后利用微波反应器微波回流搅拌10min，所得混合物减压浓缩制成含水量低于20wt％的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性淀粉；原淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。高岭土的插层聚合改性：向3kg95％乙醇中加入0.3kg二甲基丙烯酸锌、0.15kg双丙酮丙烯酰胺和0.005kg引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌15min，再加入1kg高岭土，继续回流保温搅拌4h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土。实施例5(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料高岭土混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将改性淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；改性淀粉的制备：向8kg原淀粉中加入5倍重量的水，并加入1kg水解聚马来酸酐，充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后继续微波回流搅拌5min，如此反复，使微波总处理时间达到30min，然后加入1.5kgn-羟甲基丙烯酰胺，混合均匀后利用微波反应器微波回流搅拌10min，所得混合物减压浓缩制成含水量低于20wt％的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，即得改性淀粉；原淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。高岭土的插层聚合改性：向4kg95％乙醇中加入0.4kg二甲基丙烯酸锌、0.2kg双丙酮丙烯酰胺和0.005kg引发剂偶氮二异丁腈，并加热至回流状态保温搅拌30min，再加入1.4kg高岭土，继续回流保温搅拌4h，离心过滤，所得滤渣用无水乙醇洗涤2次，最后于55-60℃烘箱中干燥至恒重，即得插层改性高岭土。对照例1(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料高岭土混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将氧化淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。对照例2(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料高岭土混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将醚化淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。对照例3(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料高岭土混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将醋酸酯淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。对照例4(1)纸浆配制：将50kg纤维原料机械浆、造纸填料高岭土混合制成纸浆，纸浆浓度控制在10wt％，造纸填料用量占纸浆干重的15wt％；(2)淀粉糊化：将原淀粉加水制成淀粉浆，淀粉浆浓度控制在10wt％，并加热至70-80℃糊化30min，淀粉用量占纸浆干重的15wt％；原淀粉选用木薯淀粉；(3)混浆、浓缩：将糊化好的淀粉浆加入纸浆中，混合均匀，再经挤压浓缩使纸浆浓度提高到40wt％，并加热至45-55℃保温搅拌30min；(4)造纸：将所制浆料加水稀释，最后抄造成纸。高岭土中晶体高岭石的含量高于80％重量，石英低于0.5％重量，fe2o3低于1.0％重量，k2o和na2o的总和低于0.5％重量。实施例6分别利用实施例1-5、对照例1-4加工纸张，并对淀粉流失率和纸张耐破指数进行测定，测定结果如表1所示。表1淀粉流失率和纸张耐破指数测定结果组别淀粉流失率％耐破指数kpa.m2/g实施例116.23.04实施例214.73.15实施例313.33.21实施例410.13.98实施例59.54.12对照例127.62.53对照例230.52.30对照例332.42.06对照例437.81.29以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页12