一种纸张增强剂及其生产方法
【专利摘要】一种纸张增强剂及其生产方法，用纸浆纤维绝干质量4%～13%的均苯三甲酸和2%～7%的次磷酸二氢钠配制成混合物水溶液；将纸浆纤维加入所述混合物水溶液中，配制成纸浆含量为1wt%~3wt%的浆料，在20～30℃温度下处理110～130分钟；升温至75～90℃，在该温度下处理20～40分钟；继续升温至150～170℃，在该温度下处理20～40分钟；所得产物用温度为20～30℃的水洗涤后过滤制得。采用次磷酸二氢钠作为催化剂可提高反应效率，降低反应温度；以纸浆中短小纤维为原料，实现纤维资源的综合利用。
【专利说明】
一种纸张増强剂及其生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及造纸技术的纸张增强剂，特别涉及一种纸张增强剂及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的发展和人们生活水平的提高，人们对纸张的需求量不断增大，对 纸张质量的要求越来越高，很大程度上推动了我国造纸行业的发展。但我国造纸行业原料 现状是:木材资源稀缺，原木浆所占比重较少;麦草浆和回收废纸浆所占比重较多。而麦草 浆和回收浆的大量使用势必会影响纸张质量，降低纸张性能。在抄纸过程中加入纸张增强 剂能够有效改善这种状况，可以有效提高麦草浆和废纸浆成纸性能，改善纸张质量，扩大废 纸浆的使用范围。
[0003] CN103726379A公开了一种改性纳米微晶纤维素作为造纸增强剂的应用。以漂白针 叶木硫酸盐浆、漂白阔叶木硫酸盐浆、微晶纤维素或棉花为原料，采用下列酸水解法或生物 酶水解法制备纳米微晶纤维素：酸水解法:将原料粉碎，过20目筛，在20 °C-65 °C下加入30-64wt%的硫酸，使酸与原料的体积质量比（5~15) : 1，单位毫升比克，原料以绝干料计;搅拌 下，反应10min-70min，然后将悬浮液用9-10倍体积的去离子水稀释以终止反应，所得产物 用去离子水反复离心冲洗至pH值5.0~5.5，将得到产物放入透析袋中，用流动的去离子水 透析至pH值恒定，透析后的悬浮液在冰水浴中进行超声波振荡处理5min-50min，得到纳米 微晶纤维素胶体悬浮液;或者，生物酶水解法:将原料粉碎，过20目筛，原料放入锥形瓶中， 向锥形瓶中加水，再加入缓冲液调节溶液的pH值到6-7,加入纤维素酶，每克绝干原料加入 纤维素酶5000~80000IU，置于摇床中，调节温度为40°C~60°C，振荡速度50~250r/min，反 应24h-72h，反应结束后，加入乙醇终止酶解反应，取出样品，用去离子水反复离心洗涤，洗 涤后的悬浮液用超声波振荡器处理5min~50min，得到纳米微晶纤维素胶体悬浮液;所述纤 维素酶为和氏璧生物技术有限公司生产的中性纤维素酶，其滤纸酶活20000~40000IU/g， 所述缓冲液是磷酸盐缓冲溶液，取磷酸二氢钠1.74g，磷酸氢二钠2.7g，氯化钠1.7g，加水溶 解成400ml的溶液配制而成；（2)纳米微晶纤维素的改性按如下方法进行：取lg(绝干)步骤 (1)制得的纳米微晶纤维素悬浮液，依次加入3.0~8. OmmolNaBr、0.005~0.03mmol2，2，6， 6-四甲基-1-哌啶氧和1~15mmol的NaCIO溶液，加入200ml~250ml ρΗ=10·2的他2<：〇3-N a H C 0 3缓冲溶液，调节体系ρ Η至10~10.5，然后进行超声分散（超声1 s、8 s间隙）5 m i η~ 20min，在25 °C~60 °C反应lOmin~60min，加入10ml~20ml无水乙醇终止反应，用酸调pH至7 左右，透析2~5天，得到改性纳米微晶纤维素悬浮液，即为增强剂;或者，取lg(绝干)步骤 (1)制得的纳米微晶纤维素悬浮液，加入0.2M的醋酸盐缓冲溶液200~300ml，分别加入5~ 20mmol/gNaCl〇2及0.2~0.5mmol/g4_乙酰氨基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶氧，然后加入1~ 5mmol/g的NaCIO溶液，调节pH值至4.8，在30 °C~80 °C下搅拌反应2~5天，然后加入10~ 20ml无水乙醇终止反应，透析2~5天，得到改性纳米微晶纤维素悬浮液，即为增强剂。
[0004]上述专利中的纳米微晶纤维素制备过程复杂，利用酸水解方法产生的污染大，利 用纤维素酶降解时间长、成本高，后续的2,2,6,6_四甲基-1-哌啶氧为介质的改性方法成本 高，难以工业化。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纸张增强剂及其生产方 法。
[0006] 为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供的一种纸张增强剂，由以下方法制 得：用纸浆纤维绝干质量4%~13%的均苯三甲酸和2%~7%的次磷酸二氢钠配制成混合物水 溶液;将纸浆纤维加入所述混合物水溶液中，配制成纸浆含量为lwt%~3wt%的浆料，该浆料 在20~30 °C温度下处理110~130分钟;升温至75~90 °C，在该温度下处理20~40分钟；继续 升温至150~170°C，在该温度下处理20~40分钟；所得产物用温度为20~30°C的水洗涤后 过滤。
[0007] 作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂，所述纸浆纤维为100目以下 的短小纸浆纤维。
[0008] 作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂，所述混合物水溶液为用纸 浆纤维绝干质量7%~13%的均苯三甲酸和3%~7%的次磷酸二氢钠配制成的混合物水溶液。
[0009] 为了解决上述技术问题，另一方面，本发明提供的一种纸张增强剂的生产方法，包 括以下步骤：用纸浆纤维绝干质量4%~13%的均苯三甲酸和2%~7%的次磷酸二氢钠配制成 混合物水溶液;将纸浆纤维加入所述混合物水溶液中，配制成纸浆含量为lwt%~3wt%的浆 料，该浆料在20~30 °C温度下处理110~130分钟；升温至75~90 °C，在该温度下处理20~40 分钟;继续升温至150~170 °C，在该温度下处理20~40分钟;所得产物用温度为20~30 °C的 水洗涤后过滤。
[0010] 作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂的生产方法，所述纸浆纤维 为100目以下的短小纸浆纤维。
[0011] 作为进一步改进技术方案，本发明提供的纸张增强剂的生产方法，所述混合物水 溶液为用纸浆纤维绝干质量7%~13%的均苯三甲酸和3%~7%的次磷酸二氢钠配制成的混合 物水溶液。
[0012] 本发明带来的有益效果:采用次磷酸二氢钠作为催化剂可极大提高反应效率，降 低反应温度。均苯三甲酸在反应温度和催化剂存在的条件下与纤维中的羟基反应使得反应 产物纤维链上接上含多羧基的化合物，增加纤维上的羧基含量。当纸张增强剂添加到纸浆 中抄造时，可加强纸浆纤维之间的结合力，从而提高纸张的物理强度。以纸浆中短小纤维为 原料，实现细小纤维资源的综合利用。
[0013] 本发明可利用纸浆打浆得到的短小纤维经过均苯三甲酸酯化处理即可制备出高 性能的纸张增强剂，原料易得、制备过程简单、反应条件易于实现、污染很低，适合于工业 化。
[0014] 用纸浆纤维绝干质量7%~13%的均苯三甲酸和3%~7%的次磷酸二氢钠配制成的混 合物水溶液。
【具体实施方式】
[0015] 实施例1:将纸浆打浆后过筛制得100目以下的短小纤维；用所述纸浆短小纤维 4wt%的均苯三甲酸和2wt%的次磷酸二氢钠制成水溶液;将纸浆纤维加入所述混合物水溶液 中，配制成纸浆含量为lwt%的浆料，该浆料在20°C温度下处理130分钟；升高温度至75°C， 短小纤维在此温度下继续处理20分钟;再将体系温度升高至150°C处理20分钟。将所得产物 用20°C蒸馏水处理20分钟，过滤干燥制得纸张增强剂，羧基含量为56.67mmol/Kg。
[0016] 实施例2:将纸浆打浆后过筛制得100目以下的短小纤维；用所述纸浆短小纤维 7wt%的均苯三甲酸和3wt%的次磷酸二氢钠制成水溶液;将纸浆纤维加入所述混合物水溶液 中，配制成纸浆含量为1.5wt%的浆料，该浆料在25°C温度下处理120分钟;升高温度至80°C， 短小纤维在此温度下继续处理30分钟;再将体系温度升高至160°C处理30分钟。将所得产物 用25°C蒸馏水处理30分钟，过滤干燥制得纸张增强剂，羧基含量为73.33mmol/Kg。
[0017] 实施例3:将纸浆打浆后过筛制得100目以下的短小纤维；用所述纸浆短小纤维 10wt%的均苯三甲酸和4.5wt%的次磷酸二氢钠制成水溶液;将纸浆纤维加入所述混合物水 溶液中，配制成纸浆含量为2wt%的浆料，该浆料在27°C温度下处理125分钟;升高温度至85 °C，短小纤维在此温度下继续处理35分钟;再将体系温度升高至165°C处理35分钟。将所得 产物用27°C蒸馏水处理35分钟，过滤干燥制得纸张增强剂，羧基含量为83.33mmol/Kg。
[0018] 实施例4:将纸浆打浆后过筛制得100目以下的短小纤维；用所述纸浆短小纤维 13wt%的均苯三甲酸和7wt%的次磷酸二氢钠制成水溶液;将纸浆纤维加入所述混合物水溶 液中，配制成纸浆含量为3wt%的浆料，该浆料在30°C温度下处理110分钟;升高温度至90°C， 短小纤维在此温度下继续处理40分钟;再将体系温度升高至170°C处理40分钟。将所得产物 用30°C蒸馏水处理40分钟，过滤干燥制得纸张增强剂，羧基含量为100mm 〇l/Kg。
[0019] 本发明中羧基含量的检测采用电导法测定，具体参考文献(Katz，S.，Beatson， R.P. and Scallan，A.M. Strong and Weak Acidic Groups in Sulfite Pulps, Svensk papperstidning，1984(6) :R48~R53)进行测试。
[0020] 将杨木硫酸盐浆用水疏解后打浆到40°SR，稀释至2%〇的浓度，加入绝干纸浆lwt% 实施例1~4制得纸张增强剂，加入绝干纸浆0.5wt%的硫酸铝，调节浆料的pH值至5，搅拌均匀 后，按纸浆实验室纸页的制备常规纸页成型器法(QB/T3703-99)抄取定量60g/m 2的纸页。在 105°C下熟化20min后，在恒温恒湿条件下平衡水分24h，按纸和纸板抗张强度的测定恒速拉 伸法（100mm/min)(GB/T 22898-2008)、纸和纸板撕裂度的测定(GB/T 455-2002)、纸耐破度 的测定(GB/T 454-2002)、纸和纸板耐折度的测定(GB/T 457-2008)方法进行测试。
[0021 ]对照例：为相同的杨木浆及试验条件，在不加入本发明提供的纸张增强剂的情况 下的试制纸张产品。
[0022]测试结果如下表：
结果表明：随着纸浆短小纤维改性产品得到的纸张增强剂的羧基含量的增加，纸张的 干抗张强度呈先上升后下降趋势；耐破指数与干抗张强度趋势相似;撕裂指数先显著上升 后有较大下降；耐折度呈先显著上升后略微下降趋势，但均比对照例的性能好，纸浆短小纤 维羧基增加之后，使纤维之间的结合力增大，抗张指数、耐折度与耐破度也随之增大。优选 加入纸浆短小纤维绝干量9%~12%的均苯三甲酸，4%~5%的次二磷酸钠的纸张增强剂，其羧 基含量75~85 mmol/kg，具有较好的技术效果。
[0023]显然，本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的 精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故 不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在 权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种纸张增强剂，其特征在于，由以下方法制得：用纸浆纤维绝干质量4%~13%的均 苯三甲酸和2%~7%的次磷酸二氢钠配制成混合物水溶液;将纸浆纤维加入所述混合物水溶 液中，配制成纸浆含量为lwt%~3wt%的浆料，该浆料在20~30°C温度下处理110~130分钟； 升温至75~90°C，在该温度下处理20~40分钟；继续升温至150~170°C，在该温度下处理20 ~40分钟;所得产物用温度为20~30°C的水洗涤后过滤。2. 根据权利要求1所述的纸张增强剂，其特征在于，所述纸浆纤维为100目以下的短小 纸浆纤维。3. 权利要求1或2所述的纸张增强剂，其特征在于，所述混合物水溶液为用纸浆纤维绝 干质量7%~13%的均苯三甲酸和3%~7%的次磷酸二氢钠配制成的混合物水溶液。4. 一种制备权利要求1所述纸张增强剂的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：用纸 浆纤维绝干质量4%~13%的均苯三甲酸和2%~7%的次磷酸二氢钠配制成混合物水溶液;将 纸衆纤维加入所述混合物水溶液中，配制成纸衆含量为lwt%~3wt%的衆料，该衆料在20~30 °C温度下处理110~130分钟；升温至75~90°C，在该温度下处理20~40分钟；继续升温至 150~170°C，在该温度下处理20~40分钟;所得产物用温度为20~30°C的水洗涤后过滤。5. 根据权利要求4所述的纸张增强剂的生产方法，其特征在于，所述纸浆纤维为100目 以下的短小纸浆纤维。6. 根据权利要求4所述的纸张增强剂的生产方法，其特征在于，所述混合物水溶液为用 纸浆纤维绝干质量7%~13%的均苯三甲酸和3%~7%的次磷酸二氢钠配制成的混合物水溶 液。
【文档编号】D21H21/18GK106087561SQ201610411295
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610411295.0, CN 106087561 A, CN 106087561A, CN 201610411295, CN-A-106087561, CN106087561 A, CN106087561A, CN201610411295, CN201610411295.0
【发明人】宋先亮, 闫琳雨
【申请人】北京林业大学