一种低成本高质量纸张改进制备工艺的制作方法

文档序号:16072078发布日期:2018-11-24 13:24阅读:184来源:国知局
本发明涉及现代造纸
技术领域
,具体涉及一种低成本高质量纸张改进制备工艺。
背景技术
造纸是古代中国劳动人民的重要发明。分有机制和手工两种形式。机制是在造纸机上连续进行,将适合于纸张质量的纸浆,用水稀释至一定浓度,在造纸机的网部初步脱水,形成湿的纸页,再经压榨脱水,然后烘干成纸。一方面由于手工纸采用人工打浆,纸浆中的纤维保存完好同时手抄纸纤维可以非常均匀呈各种方向自由排列;机制纸采用机器打浆,纸浆纤维被打碎,机制纸存在浆网速差导致纤维纵横向分布不均,比如湿式机械抄纸时会使纤维呈现顺着抄纸网运动方向直列,这称为丝流现象。而纸张的丝流对纸张的抗撕裂力、伸长度、收缩性都有影响,因此一般使得手工纸在韧性拉力上大大优于机制纸。另一方面现有的造纸过程中的金属离子对过氧化氢及次氯酸类漂白剂引起的催化分解,影响漂白效果,而且如fe3+离子与纸浆中的酚基团反应形成深颜色的复合物,会降低纸浆白度,加大纸浆返黄程度,同时钙、镁等金属离子在纸浆漂白过程中发生化学反应形成沉淀物,从而使得系统设备、管道结垢,现有的添加机中无法有效去除这些金属离子,吸附效果不强,容易造成二次污染。此外目前市场上用于密封、包装用纸的应用非常广泛,但是具有防虫蛀、防潮功能的密封、包装纸目前市场空白,这大大限制了很多包装产品的材料选择,其抑菌防霉驱虫效果的缺失,到时容易造成难以挽回的损失。技术实现要素:针对现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种低成本高质量纸张改进制备工艺,该发明可以有效降低金属离子对纸浆漂白的影响,使得纤维获得较好的润胀,纸张更易干燥,此外能够减少丝流现象的产生,提升了纸张的强度,同时提高纸页对水合液体的抗渗透力,还具有良好的抑菌防虫效果,各添加各组分无毒无害,安全环保,具有较高的实用价值和良好的应用前景。本发明解决技术问题采用如下技术方案:本发明提供了一种低成本高质量纸张改进制备工艺,包括采用与现有造纸相同的制浆过程、调制过程、抄造过程和后加工过程,所述制浆过程分为植物纤维原料制浆和漂白两个步骤,所述调制过程分为散浆、打浆和施胶与充填三个步骤,本发明创造性的改进主要为:在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前加入组分a,在温度为34-36℃下以搅拌转速170-180r/min搅拌7-9分钟,再静置30-34分钟转入下一步骤;在调制过程中的施胶步骤前加入组分b,在温度为28-30℃下以搅拌转速10-14r/min下搅拌50-70分钟转入下一步骤;所述组分a包括以下重量份的原料:二亚乙基三胺五乙酸30-55份、十二烷基磺酸钠26-30份、改性壳聚糖4-6份;所述组分b包括以下重量份的原料:植物多胶28-34份、除虫菊酯0.5-0.9份、增性植物提取物7-13份、改性双醛淀粉3-7份;所述改性壳聚糖为环氧氯丙烷与壳聚糖上的nh2反应、再用乙二胺改性制得的乙二胺改性交联磁性壳聚糖和用反相悬浮交联法制备的硫脲修饰、戊二醛交联的磁性壳聚糖按照重量比2:3组成的混合物;所述改性双醛淀粉制备方法为:将双醛含量17%的双醛淀粉在92-96℃糊化保温17-19分钟,再加入重量为双醛淀粉重量0.35%的乙二醛改性丙烯酸胺-二烷基二甲基氯化铵,在温度为24-26℃搅拌保温10分钟即可;所述增性植物提取物的制备方法为:将瑞香、连翘叶、黄芩、鹤草按照重量比3:2:4:1粉碎后加水预处理再经过多次逆流萃取、挤浆和真空浓缩制得,其中萃取的时间为60min、加水量为植物重量的6倍、挤干度为40%、萃取次数为6次、真空浓缩温度为45±2℃。优选地,所述a包括以下重量份的原料:二亚乙基三胺五乙酸37份、十二烷基磺酸钠29份、改性壳聚糖5份;组分b包括以下重量份的原料:植物多胶32份、除虫菊酯0.7份、增性植物提取物11份、改性双醛淀粉5份。优选地,所述植物多胶为皂荚糖胶和糖醛酸按照7:1的比例组成的混合物。优选地,所述组分a和组分b通过以下方法制备得到:步骤一,按要求称量准备各组分原料;步骤二,将二亚乙基三胺五乙酸、十二烷基磺酸钠、改性壳聚糖加入到搅拌机中,搅拌10-15分钟,搅拌转速150-250r/min,得到组分a;步骤三,将植物多胶、除虫菊酯、增性植物提取物、改性双醛淀粉加入到搅拌机中,搅拌10-12分钟,搅拌转速100-200r/min,得到组分b;步骤四,将组分a和组分b分别无菌包装待用即可。优选地,所述组分a的添加量占整个浆液重量的0.45%;所述组分b的添加量占整个浆液重量的0.25%。优选地,在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前加入组分a,在温度为35℃下以搅拌转速175r/min搅拌8分钟,再静置32分钟转入下一步骤;在调制过程中的施胶步骤前加入组分b,在温度为29℃下以搅拌转速12r/min下搅拌60分钟转入下一步骤;所述组分a包括以下重量份的原料:二亚乙基三胺五乙酸40份、十二烷基磺酸钠28份、改性壳聚糖5份;所述组分b包括以下重量份的原料:植物多胶31份、除虫菊酯0.7份、增性植物提取物10份、改性双醛淀粉5份。与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:一方面本发明在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前加入由二亚乙基三胺五乙酸、十二烷基磺酸钠和改性壳聚糖构成的组分a可以有效吸附各类金属离子,可分别与多种金属离子以共价键、离子键、范德华力结合,从而能有效抑制金属离子对过氧化氢及次氯酸类漂白剂引起的催化分解,提高漂白效率,节约漂液,降低漂白成本,以及对fe3+离子有极强的捕捉能力和分散效果,避免fe3+离子与纸浆中的酚基团反应形成深颜色的复合物,保护纤维,提高纸浆白度,减少纸浆返黄,还能有效阻止钙、镁等金属离子在纸浆漂白过程中发生化学反应形成沉淀物,从而防止系统设备、管道结垢,并能逐步去除漂洗系统原有的结垢,其相对于现有的添加剂具有性价比高,协同作用好,能够达到吸附效果好、吸附种类多、不易造成二次污染的效果。另一方面在调制过程中的施胶步骤前加入由植物多胶和改性双醛淀粉,使得纸张纤维获得了较好的润胀,强度大大提高,其对纸页强度的影响小,使纸页容易干燥,产量提高,能耗降低,并提高了纸的耐久性能,改性双醛淀粉可以分布于纤维素表面防止水性渗透剂和有机溶剂的侵入,同时具有抗酸抗碱的性能,大大减少明矾的使用量,还能起到一定填塞纤维孔隙以及在抄纸过程有明显的助留、助滤作用,对纸张耐折度、表面强度和横向伸缩率均有改善,降低了纸对水的湿润性能,提高了纸页对水和液体的抗渗性能达到了防水效果;除虫菊酯和增性植物提取液的添加,使得纸张防虫效果明显,贮存效果较好,安全性能大大提高。具体实施方式下面结合具体实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。实施例1.本实施例的一种低成本高质量纸张改进制备工艺,包括采用与现有造纸相同的制浆过程、调制过程、抄造过程和后加工过程,所述制浆过程分为植物纤维原料制浆和漂白两个步骤,所述调制过程分为散浆、打浆和施胶与充填三个步骤,本实施例工艺主要改进在于:在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前加入组分a,在温度为34℃下以搅拌转速170r/min搅拌7分钟,再静置30分钟转入下一步骤;在调制过程中的施胶步骤前加入组分b,在温度为28℃下以搅拌转速10r/min下搅拌50分钟转入下一步骤;所述组分a包括以下重量份的原料:二亚乙基三胺五乙酸30份、十二烷基磺酸钠26份、改性壳聚糖4份;所述组分b包括以下重量份的原料:植物多胶28份、除虫菊酯0.5份、增性植物提取物7份、改性双醛淀粉3份;所述改性壳聚糖为环氧氯丙烷与壳聚糖上的nh2反应、再用乙二胺改性制得的乙二胺改性交联磁性壳聚糖和用反相悬浮交联法制备的硫脲修饰、戊二醛交联的磁性壳聚糖按照重量比2:3组成的混合物;所述改性双醛淀粉制备方法为:将双醛含量17%的双醛淀粉在92-96℃糊化保温17-19分钟,再加入重量为双醛淀粉重量0.35%的乙二醛改性丙烯酸胺-二烷基二甲基氯化铵,在温度为24-26℃搅拌保温10分钟即可;所述增性植物提取物的制备方法为:将瑞香、连翘叶、黄芩、鹤草按照重量比3:2:4:1粉碎后加水预处理再经过多次逆流萃取、挤浆和真空浓缩制得,其中萃取的时间为60min、加水量为植物重量的6倍、挤干度为40%、萃取次数为6次、真空浓缩温度为45±2℃。本实施例中的植物多胶为皂荚糖胶和糖醛酸按照7:1的比例组成的混合物。本实施例中的组分a和组分b通过以下方法制备得到:步骤一,按要求称量准备各组分原料;步骤二,将二亚乙基三胺五乙酸、十二烷基磺酸钠、改性壳聚糖加入到搅拌机中,搅拌10分钟,搅拌转速150r/min,得到组分a;步骤三,将植物多胶、除虫菊酯、增性植物提取物、改性双醛淀粉加入到搅拌机中,搅拌10分钟,搅拌转速100r/min,得到组分b;步骤四,将组分a和组分b分别无菌包装待用即可。本实施例中的组分a的添加量占整个浆液重量的0.45%;所述组分b的添加量占整个浆液重量的0.25%。实施例2.本实施例的一种低成本高质量纸张改进制备工艺,包括采用与现有造纸相同的制浆过程、调制过程、抄造过程和后加工过程,所述制浆过程分为植物纤维原料制浆和漂白两个步骤,所述调制过程分为散浆、打浆和施胶与充填三个步骤,本实施例工艺主要改进在于:在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前加入组分a,在温度为36℃下以搅拌转速180r/min搅拌9分钟,再静置34分钟转入下一步骤;在调制过程中的施胶步骤前加入组分b,在温度为30℃下以搅拌转速14r/min下搅拌70分钟转入下一步骤;所述组分a包括以下重量份的原料:二亚乙基三胺五乙酸55份、十二烷基磺酸钠30份、改性壳聚糖6份;所述组分b包括以下重量份的原料:植物多胶34份、除虫菊酯0.9份、增性植物提取物13份、改性双醛淀粉7份;所述改性壳聚糖为环氧氯丙烷与壳聚糖上的nh2反应、再用乙二胺改性制得的乙二胺改性交联磁性壳聚糖和用反相悬浮交联法制备的硫脲修饰、戊二醛交联的磁性壳聚糖按照重量比2:3组成的混合物;所述改性双醛淀粉制备方法为:将双醛含量17%的双醛淀粉在92-96℃糊化保温17-19分钟,再加入重量为双醛淀粉重量0.35%的乙二醛改性丙烯酸胺-二烷基二甲基氯化铵,在温度为24-26℃搅拌保温10分钟即可;所述增性植物提取物的制备方法为:将瑞香、连翘叶、黄芩、鹤草按照重量比3:2:4:1粉碎后加水预处理再经过多次逆流萃取、挤浆和真空浓缩制得,其中萃取的时间为60min、加水量为植物重量的6倍、挤干度为40%、萃取次数为6次、真空浓缩温度为45±2℃。本实施例中的植物多胶为皂荚糖胶和糖醛酸按照7:1的比例组成的混合物。本实施例中的组分a和组分b通过以下方法制备得到:步骤一,按要求称量准备各组分原料;步骤二,将二亚乙基三胺五乙酸、十二烷基磺酸钠、改性壳聚糖加入到搅拌机中,搅拌10分钟,搅拌转速150r/min,得到组分a;步骤三,将植物多胶、除虫菊酯、增性植物提取物、改性双醛淀粉加入到搅拌机中,搅拌10分钟,搅拌转速100r/min,得到组分b;步骤四,将组分a和组分b分别无菌包装待用即可。本实施例中的组分a的添加量占整个浆液重量的0.45%;所述组分b的添加量占整个浆液重量的0.25%。实施例3.本实施例的一种低成本高质量纸张改进制备工艺,包括采用与现有造纸相同的制浆过程、调制过程、抄造过程和后加工过程,所述制浆过程分为植物纤维原料制浆和漂白两个步骤,所述调制过程分为散浆、打浆和施胶与充填三个步骤,本实施例工艺主要改进在于:在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前加入组分a,在温度为35℃下以搅拌转速175r/min搅拌7-9分钟,再静置32分钟转入下一步骤;在调制过程中的施胶步骤前加入组分b,在温度为29℃下以搅拌转速12r/min下搅拌60分钟转入下一步骤;所述组分a包括以下重量份的原料:二亚乙基三胺五乙酸33份、十二烷基磺酸钠28份、改性壳聚糖5份;所述组分b包括以下重量份的原料:植物多胶31份、除虫菊酯0.7份、增性植物提取物10份、改性双醛淀粉5份;所述改性壳聚糖为环氧氯丙烷与壳聚糖上的nh2反应、再用乙二胺改性制得的乙二胺改性交联磁性壳聚糖和用反相悬浮交联法制备的硫脲修饰、戊二醛交联的磁性壳聚糖按照重量比2:3组成的混合物;所述改性双醛淀粉制备方法为:将双醛含量17%的双醛淀粉在92-96℃糊化保温17-19分钟,再加入重量为双醛淀粉重量0.35%的乙二醛改性丙烯酸胺-二烷基二甲基氯化铵,在温度为24-26℃搅拌保温10分钟即可;所述增性植物提取物的制备方法为:将瑞香、连翘叶、黄芩、鹤草按照重量比3:2:4:1粉碎后加水预处理再经过多次逆流萃取、挤浆和真空浓缩制得,其中萃取的时间为60min、加水量为植物重量的6倍、挤干度为40%、萃取次数为6次、真空浓缩温度为45±2℃。本实施例中的植物多胶为皂荚糖胶和糖醛酸按照7:1的比例组成的混合物。本实施例中的组分a和组分b通过以下方法制备得到:步骤一,按要求称量准备各组分原料;步骤二,将二亚乙基三胺五乙酸、十二烷基磺酸钠、改性壳聚糖加入到搅拌机中,搅拌10分钟,搅拌转速150r/min,得到组分a;步骤三,将植物多胶、除虫菊酯、增性植物提取物、改性双醛淀粉加入到搅拌机中,搅拌10分钟,搅拌转速100r/min,得到组分b;步骤四,将组分a和组分b分别无菌包装待用即可。本实施例中的组分a的添加量占整个浆液重量的0.45%;所述组分b的添加量占整个浆液重量的0.25%。实施效果:为了验证本发明的实施效果,采用与具体实施例中制浆过程、调制过程、抄造过程和后加工过程相同的现有技术中的机器造纸方法,区别仅在于在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前没有加入组分a,在调制过程中的施胶步骤前没有加入组分b,进行以下指标的测试对比:1.环压指数:衡量原纸的抗压性能的重要指标,主要原纸的环压强度与定量的比值,单位为nm/g,该指标的计算公式为:rd=1000r/w,式中的rd表示环压指数,r表示环压强度,w是试样的定量,单位为g/m2,其数值越高表示纸张承受压力性能越好,本申请按照tappi方法测试纸张的环压指数;2.耐折度:是纸耐折叠疲劳强度指标,用来表示纸张抵抗往复折叠的能力,主要测量纸张受一定力的拉伸后,再经来回折叠而使其断裂所需的折叠次数,以次数表示;3.白度:纸张白度是纸张一个重要技术指标,通常把完全反射漫射体(标准白)的白度规定为100%,用纸样与标准样在白度计上比较,反射率小的白度低,白度髙的纸,可增加墨迹与纸张的反差,使图文更清晰,本发明申请采用iso亮度描述;4.可勃法吸水率:单位面积的纸和纸板在一定压力、温度下,在规定时间内表面所吸收的水量,以g/m2计,本发明申请采用gb/t1540《纸和纸板吸水性的测定法(可勃法)》中120scobb值描述法。下表为各实施例与对比例的指标测试结果:测试指标实施例1实施例2实施例3对比例环压指数(nm/g)13.814.113.210.9耐折度(次)769713738536白度(%)45.946.746.141.3可勃法吸水率(g/m2)32.136.734.538.9由上表可知本发明实施例1-3制备的纸张的环压指数性能均优于对比例,环压指数相对于对比例最高提升29.35%,分析原因,本发明采用的改性双醛淀粉通过将双醛含量17%的双醛淀粉糊化保温,再加入重量为双醛淀粉重量0.35%的乙二醛改性丙烯酸胺-二烷基二甲基氯化铵改性,使得其相对于现有的淀粉添加剂其可以更加均匀分布于纤维素表面起到一定填塞纤维孔隙以及在抄纸过程有明显的助留、助滤作用,乙二醛改性丙烯酸胺-二烷基二甲基氯化铵的引入进一步提高了纸张防止水性渗透剂和有机溶剂的侵入,同时具有抗酸抗碱的性能,大大减少明矾的使用量,植物多胶皂荚糖胶和糖醛酸按照特定比例制备而成,申请人通过反复试验,发现在7:1的比例下,植物多胶能够较好的改善纸浆的印刷适应性,提高浆液纤维交织性能,植物多胶和改性双醛淀粉的协同作用,对纸张表面强度、横向伸缩率以及机械强度均有改善,还能实现防渗性能的突出技术效果,降低了纸对水的湿润性能,提高了纸页对水和液体的抗渗性能达到了防水效果;本发明实施例1-3相对于对比例吸水率最多降低了17.2%,具有实质的技术效果和显著的进步。纸张白度本发明实施例1-3也优于对比例,白度最高提升了5.4%,这是由于在在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前加入由二亚乙基三胺五乙酸、十二烷基磺酸钠和改性壳聚糖构成的组分a,一方面可分别与多种金属离子以共价键、离子键、范德华力结合,从而能有效抑制金属离子对过氧化氢及次氯酸类漂白剂引起的催化分解,提高漂白效率,节约漂液,降低漂白成本,以及对fe3+离子有极强的捕捉能力和分散效果,避免fe3+离子与纸浆中的酚基团反应形成深颜色的复合物,保护纤维,提高纸浆白度,减少纸浆返黄,还能有效阻止钙、镁等金属离子在纸浆漂白过程中发生化学反应形成沉淀物,从而防止系统设备、管道结垢,并能逐步去除漂洗系统原有的结垢,其相对于现有的添加剂具有性价比高,协同作用好,能够达到吸附效果好、吸附种类多、不易造成二次污染的效果;另一方面本发明采用的改性壳聚糖为环氧氯丙烷与壳聚糖上的nh2反应、再用乙二胺改性制得的乙二胺改性交联磁性壳聚糖和用反相悬浮交联法制备的硫脲修饰、戊二醛交联的磁性壳聚糖按照重量比2:3组成的混合物,其一方面能干欧提高其水溶性,有效提高了对金属离子较强的吸附能力,对hg2+、cu2+、ni2+的吸附容量可分别达到645.8、66.9、15.4mg/g,对cu2+的饱和吸附容量为1.97mmol/g,也提高了壳聚糖的热稳定性,此外还能够和二亚乙基三胺五乙酸协同作用对纤维起到很好的分散作用,配合十二烷基磺酸钠还意外的减少了纸浆的丝流现象提升了纸张的强度,具有显著的创新性。耐折率方面,本发明实施例1-3相对于对比例提高了43.7%,通过对组分a和组分b的多次添加试验,最终发现在组分a的添加量占整个浆液重量的0.45%;组分b的添加量占整个浆液重量的0.25%效果最好,可以有效降低金属离子对纸浆漂白的影响,使得纤维获得较好的润胀,纸张更易干燥,此外能够减少丝流现象的产生,提升了纸张的强度,同时提高纸页对水合液体的抗渗透力,添加的除虫菊酯和瑞香、连翘叶、黄芩、鹤草还具有良好的抑菌防虫效果,同时增性植物的制备,通过多次式样得到萃取参数加水量为植物重量的6倍、挤干度为40%、萃取次数为6次、真空浓缩温度为45±2℃能够有效提取植物中有益成分,提高了原料利用率,各添加组分无毒无害,安全环保,具有较高的实用价值和良好的应用前景。同时综合上表的指标效果,实施例1-3的各项指标尽管都优于对比例,但是实施例1-3之间也有所差异,分析下来,实施例3的综合指标最好,可见组分的含量和制备方法参数的选择对最终性能也有至关重要,故而本发明的创新性也同时体现在各组分的含量选择方面,当然本发明其余组分选择及含量选择显然也是非显而易见的,绝非本领域技术人员结合现有技术即可轻易想到。本发明在制备方法中选择不同的步骤加入组分a和组分b,且加入量有特殊性,这种工艺是与造纸方法相匹配的,只有采用这种方式才能够保证制备的纸张具有发明的有益效果,因此本发明的创造性还在于选择了在植物纤维原料制浆步骤之后、漂白步骤之前加入组分a,在调制过程中的施胶步骤前加入组分b,并且配合对应的温度和转速等步骤,最后确保了制备的纸张具有相对于现有技术制备产品的显著进步和较好的市场竞争力。对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12
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