利用纳米纤维素降低造纸法再造烟叶中木浆纤维的方法与流程

本发明涉及造纸法再造烟叶技术领域，更具体地，是一种降低造纸法再造烟叶中木浆含量的方法。

背景技术：

造纸法生产再造烟叶是目前再造烟叶最常用的工艺，其生产中，烟草浆料(烟梗浆和烟叶浆)非纤维物质含量较大，其形态与造纸纤维存在巨大的差异，因此单独使用烟草原料制备的浆料无法在造纸系统中成型以及保证纸机的运转，为了使纸机能够连续运转，再造烟叶的生产中通常需要添加一部分造纸用木浆纤维，使得烟草基片具有一定的物理强度，从而在纸机运行的过程中顺利成型；另外，木浆的添加也能起到烟草基片成型骨架的作用。然而，木浆的添加对再造烟叶的物理性能，口感等具有一定的负面影响，例如木浆的添加使得再造烟叶在吸食过程中会增加木气味，同样木浆的添加使得烟草基片的松厚度降低，柔软性变差。因此，在确保烟草基片物理强度前提下，进一步降低烟草基片中木浆的含量对改善造纸法再造烟叶的吸食性能，提升成品品质具有重要意义。

纳米纤维素作为一种新型的天然材料，其来源于天然植物纤维，是经机械手段分离得到的一种丝状纳米纤维。纳米纤维素不仅具有天然、无毒可降解的特性，还具有巨大的比表面积，较高的长宽比，表现出十分优异的增强特性，近年来已广泛应用于纸张增强、材料增强等行业。专利200980120899.8公开了一种印刷用纸的涂布用组合物，专利201610189592.5公开了一种提高烟草薄片松厚度的涂布组合物，专利201210505118.0公开了一种纳米纤维晶须纸张增强剂的制备及应用于造纸法烟草薄片涂料的方法。上述专利均公开了将纳米纤维素添加于涂布涂料中，用以增强表面强度，防止掉毛掉粉。然而在涂布液中添加纳米纤维素仅对表面涂层有一定的增强效果，涂布只能改善薄片涂布过程、涂布效果和薄片表面性能，对烟草片基的强度与降低木浆含量无法起到作用。迄今为止，尚未见到使用纳米纤丝纤维素(nfc)/微纤化纤维素(mfc)/纳米结晶纤维素(cnc)，以及其修饰改性后的纳米纤维素来降低造纸法再造烟叶中木浆含量的报道，同时也没有以浆内添加的方式将纳米纤维素作为配浆组分来替代木浆的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种通过添加纳米纤维素降低造纸法再造烟叶中木浆纤维的方法，以利用纳米纤维素巨大的比表面积、电荷性能和出色的增强特性，降低木浆纤维的添加量，使抄造的纸基能够保持足够的强度来维持纸机的顺利运行，提升最终得到的再造烟叶品质。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

利用纳米纤维素降低造纸法再造烟叶中木浆纤维的方法，该方法是在配浆池中或冲浆泵前将纳米纤维素加入再造烟叶浆料中，所述纳米纤维素为纳米纤丝纤维素、纳米结晶纤维素、微纤化纤维素中的一种或多种；纳米纤维素的添加量为烟草浆料绝干重量的0.01％-5％。

本发明所述的纳米纤丝纤维素为未经修饰改性的纳米纤丝纤维素、表面羧基改性的纳米纤丝纤维素、表面阳离子化改性的纳米纤丝纤维素中的一种或多种；所述纳米结晶纤维素为硫酸水解型纳米结晶纤维素、表面羧基改性的纳米结晶纤维素中的一种或多种；所述微纤化纤维素为未经修饰改性的微纤化纤维素、表面羧基改性的微纤化纤维素、表面阳离子化改性的微纤化纤维素中的一种或多种。

本发明所述纳米纤丝纤维素的长度为1-50μm，直径10-40nm；所述纳米结晶纤维素的长度为100-400nm，直径5-20nm。

本发明所述表面羧基改性的纳米纤丝纤维素的表面羧基含量为0.5-1.5mmol/g；表面阳离子化改性的纳米纤丝纤维素的表面电荷为0.05-1.0mmol/g；表面羧基改性的纳米结晶纤维素的表面电荷为0.3-2.0mmol/g。

本发明所述纳米纤维素的添加量优选为烟草浆料绝干重量的0.01％-2％。

本发明方法是先配置纳米纤维素质量浓度为0.1-1％的纳米纤维素水溶液，使用高速分散机分散后，将纳米纤维素分散液加入到烟草浆料的配浆池中或者是冲浆泵前。

本发明的优点和有益效果如下：

1、与传统的高分子合成增强剂相比，本发明使用的纳米纤维素天然无毒，纳米纤维素的添加不会产生有害物质；

2、纳米纤维素，尤其是纳米纤丝纤维素(nfc)、微纤化纤维素(mfc)、纳米结晶纤维素(cnc)，以及其修饰改性后的纳米纤维素作为增强剂进行浆内添加，成纸整体增强效果显著且用量少，可作为配浆组分来替代木浆，最大限度地降低烟草基片中木浆纤维的含量，有效提升再造烟叶的品质；

3、表面修饰改性后的纳米纤维素，其表面电荷密度提高，更加有利于氢键的形成，提高了氢键密度，提升了强度；

4、纳米纤维素以分散液形式采用浆内添加的方式，利用纳米纤维素巨大的比表面积、特殊的纳米尺寸、较高的长宽比和纳米纤维较好的强度特性，添加少量的纳米纤维素纤维就能使其吸附于烟草浆料与烟草浆料、烟草浆料与木浆纤维之间，大大改善基片物理性能和吸收性能，增强基片强度；

5、方法过程操作简单，成本低廉，效果显著。

附图说明

图1为纳米纤丝纤维素对烟草基片的增强效果图；

图2为未经修饰改性的纳米纤丝纤维素扫描电镜图；

图3a为阳离子改性的纳米纤丝纤维素透射电镜图；

图3b为表面羧基改性的纳米纤丝纤维素透射电镜图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

将羧基改性纳米结晶纤维素、羧基改性纳米纤丝纤维素、未经改性纳米纤丝纤维素分别配置成质量浓度为0.5％的三种分散液,使用高速分散机分散后，分别送入储存罐中。按照烟梗浆和烟叶浆100份、木浆纤维10份、碳酸钙15份配置打浆后的烟草浆料，浆料浓度为1.5％。分别将纳米纤维素分散液加入到冲浆泵前，加入量为烟草基片绝干重量的0.10％。加入抄造助剂及填料，经抄纸机抄造得到三种烟草基片。三种纳米纤维素对烟草基片的增强效果如表1所示。

从表1中可以看出在相同的纳米纤维素添加量的条件下，几种纳米纤维素对烟草基片均具有较好的增强效果。

表1纳米纤维素种类烟草基片物理性能的影响

实施例1

利用纳米纤维素降低造纸法再造烟叶中木浆纤维的方法，具体操作步骤如下：

1)将纤维长度25-50μm、直径30-40nm的未经修饰改性的纳米纤丝纤维素配置成质量浓度为0.5％的纳米纤维素水溶液，使用高速分散机分散，得到纳米纤维素分散液并送入储存罐待用；

2)配置三份打浆后的烟草浆料，每一份烟草浆料的烟梗浆和烟叶浆都是100份重量份数，木浆纤维为别为10份、9份、8份重量份数；碳酸钙都是15份重量份数，浆料浓度均为1.5％。分别将将纳米纤丝纤维素分散液加入到每一份烟草浆料的冲浆泵前，每一份烟草浆料分别按照烟草基片绝干重量的0.04％、0.07％、0.10％、0.20％加入纳米纤丝纤维素，形成四组对照；

3)加入抄造助剂及填料，经抄纸机抄造得到3份共12组烟草基片。纳米纤丝纤维素对烟草基片的增强效果如图1所示，图2为未经修饰改性的纳米纤丝纤维素扫描电镜图。

实施例2

利用纳米纤维素降低造纸法再造烟叶中木浆纤维的方法，具体操作步骤如下：

1)将纤维长度1-50μm、直径10-40nm的阳离子改性纳米纤丝纤维素、表面羧基改性的纳米纤丝纤维素配置成浓度为1％的分散液,使用高速分散机分散，得到纳米纤维素分散液并送入储存罐待用；所述表面阳离子化改性的纳米纤丝纤维素的表面电荷为0.5-1.0mmol/g；表面羧基改性的纳米纤丝纤维素的表面羧基含量为1-1.5mmol/g；

2)配置打浆后的烟草浆料：每一份烟草浆料的烟梗浆和烟叶浆都是100份重量份数，木浆纤维分别为13份、10份、8份、6份、4份、0份重量份数；碳酸钙15份重量份数，浆料浓度为1.0％。分别将阳离子改性和羧基改性纳米纤维素分散液加入到每一份烟草浆料的冲浆泵前，阳离子改性纳米纤丝纤维素和表面羧基改性的纳米纤丝纤维素的加入总量为烟草基片绝干重量的0.10％；

3)加入抄造助剂及填料，经抄纸机抄造得到6份烟草基片，阳离子改性纳米纤丝纤维素、表面羧基改性的纳米纤丝纤维素对烟草基片的增强效果如表2所示(以木浆用量15％、未添加纳米纤维素作为对照)。

表2纳米纤维素添加量对降低木浆纤维添加量的影响

从表2结果可知，当表面羧基改性的纳米纤丝纤维素的添加量为0.1％时，再造烟叶中木浆纤维的含量由15％降至8％，烟草基片的物理强度与木浆纤维添加量为15％时相持平，甚至更高。另外，同等添加量下，阳离子改性后的纳米纤维素增强效果较羧基改性的纳米纤维素要好，这说明表面赋予阳电荷基团更有利于纳米纤维与烟草纤维的产生电荷吸附。图3a为阳离子改性的纳米纤丝纤维素透射电镜图；图3b为表面羧基改性的纳米纤丝纤维素透射电镜图。由此可见，合理的纳米纤维素种类以及添加方式能够有效的降低再造烟叶的木浆纤维添加量。

实施例3

利用纳米纤维素降低造纸法再造烟叶中木浆纤维的方法，具体操作步骤如下：

1)用未经修饰改性的微纤化纤维素、纤维长度100-400nm及直径5-20nm的硫酸水解型纳米结晶纤维素配置成纳米纤维素质量浓度为0.1％的纳米纤维素水溶液，使用高速分散机分散，得到纳米纤维素分散液并送入储存罐待用；

2)配置打浆后的烟草浆料；

3)将纳米纤维素分散液加入到烟草浆料的配浆池中。未经修饰改性的微纤化纤维素和硫酸水解型纳米结晶纤维素的添加总量为烟草浆料绝干重量的2％；

4)加入抄造助剂及填料，经抄纸机抄造得到烟草基片。

实施例4

利用纳米纤维素降低造纸法再造烟叶中木浆纤维的方法，具体操作步骤如下：

1)用表面阳离子化改性的微纤化纤维素、表面电荷为0.3-2.0mmol/g为的表面羧基改性的纳米结晶纤维素、未经修饰改性的微纤化纤维素配置成纳米纤维素质量浓度为0.8％的纳米纤维素水溶液，使用高速分散机分散，得到纳米纤维素分散液并送入储存罐待用；

2)配置打浆后的烟草浆料；

3)将纳米纤维素分散液加入到烟草浆料的配浆池中。表面阳离子化改性的微纤化纤维素、表面羧基改性的纳米结晶纤维素和未经修饰改性的微纤化纤维素的添加总量为烟草浆料绝干重量的5％；

4)加入抄造助剂及填料，经抄纸机抄造得到烟草基片。

实施例5

利用纳米纤维素降低造纸法再造烟叶中木浆纤维的方法，具体操作步骤如下：

1)用表面羧基改性的微纤化纤维素配置成纳米纤维素质量浓度为0.3％的纳米纤维素水溶液，使用高速分散机分散，得到纳米纤维素分散液并送入储存罐待用；

2)配置打浆后的烟草浆料；

3)将纳米纤维素分散液加入到烟草浆料的配浆池中。表面羧基改性的微纤化纤维素的添加量为烟草浆料绝干重量的1％；

4)加入抄造助剂及填料，经抄纸机抄造得到烟草基片。