一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法。本发明所述的细菌纤维素为在不同培养条件下由细菌微生物分泌合成的纤维素，英文名Bacterial Cellulose（简称BC）。分泌纤维素的微生物包括醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等。纸张增强剂指在木材纤维、非木材植物纤维、或二次纤维浆料纸张抄造过程中添加的能增强成纸物理性能的助剂。本发明所述的提高细菌纤维素基纸张增强剂效果的方法，对细菌纤维素进行季铵盐阳离子化改性，能较大地提高细菌纤维素对纸张物理性能增强的效果，或达到同等增强效果时降低细菌纤维素的用量。
【专利说明】
一种提高细菌纤维素基纸张増强剂纸张増强效果的方法
技术领域
[0001]本发明涉及纸张增强领域，具体涉及一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法。
【背景技术】
[0002]二次纤维及非木材纤维原料在我国造纸工业中占有非常大的比重。然而，大部分二次纤维及非木材纤维基纸张物理性能略低，不能适应现代工业对高性能纸基复合材料的需求，因而研发高效纸张增强剂具有重要意义。
[0003]细菌纤维素是一种新兴的生物材料，由微生物分泌合成，具有极高的纤维素纯度及结晶度、精细的微观网状结构，与植物纤维复合成纸能有效提高纸张的物理强度。然而要达到一定的纸张增强效果细菌纤维素在纸张中的用量还较大，并造成两方面的问题。一方面，细菌纤维素的价格还较贵，使纸张生产成本上升；另一方，加入大量的细菌纤维素会降低纸张的透气度。因而本专利通过对细菌纤维素的化学改性，提高其与纤维的结合能力，提升其纸张增强效果，对降低用量控制生产成本，或制备更高效的纸张增强剂，具有理想效果O
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0006]—种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，步骤如下:
(1)将细菌纤维素湿膜切割成小块，加入水中，使用组织捣碎机分离成小碎块，以静置一段时间后仍不悬浮在水中为准。使用质量分数为3~6%的氢氧化钠溶液对细菌纤维素进行润胀，在常温下使用磁力搅拌器搅拌氢氧化钠-细菌纤维素混合体系使细菌纤维素润胀，体系中的细菌纤维素的固含量为0.07-0.23%;
(2)在步骤(I)得到的细菌纤维素-氢氧化钠混合液中，加入季铵盐溶液，使季铵盐与细菌纤维素中的葡萄糖单体的摩尔比为0.1:1?2:1，在磁力搅拌器加热至40?60° C的条件下，搅拌反应2?6小时；
(3)将步骤(2)所得的固液混合体系使用离心机进行固液分离，并加入弱酸清洗固体阳离子化细菌纤维素多次直到离心分离出的液体达到中性，所述弱酸用于洗涤过量的季铵盐和氢氧化钠；
(4)将制备的阳离子化细菌纤维素使用组织捣碎机分离2?5分钟，并以干重百分含量
0.5~5%与植物纤维浆料共混，使用匀浆机将纤维与细菌纤维素混合均匀，在造纸设备上抄造纸张。
[0007]进一步地，步骤(I)所述的细菌纤维素是细菌微生物在不同培养条件下分泌合成的纤维素，英文名Bacterial Ce I Iulose (简称BC)。
[0008]更进一步地，所述培养条件为静态或动态发酵培养条件。
[0009]更进一步地，所述细菌微生物为葡萄糖醋杆菌属(Gluconacetobacter)、醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、无色杆菌属(Achrombacter )、产喊杆菌属(Alcaligenes)、气杆菌属(Aerobacter)、固氮菌属(Azotobacter)、根瘤菌属(Rhizabium)和八叠球菌属(Sarcina)中的一种及以上。
[0010]优选的细菌微生物为葡萄糖醋杆菌属(Gluconacetobacter)中的Gluconacetobacter europaeus, Gluconacetobacter intermedius, Gluconacetobacterhansenii和Gluconacetobacter xylinus中的一种以上。
[00111 步骤(I)所述搅拌的时间为30 min。
[0012]进一步地，步骤(2)所述的季铵盐指含铵基、氯代基或环氧基的阳离子单体。
[0013]更进一步地，所述季铵盐为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、2，3_环氧丙基三乙基氯化铵和二甲基二苄基氯化铵中的一种以上。
[0014]进一步地，步骤(3)所述离心机的转速为5000 rpm。
[0015]进一步地，步骤(4)所述植物纤维浆料为以木材纤维或非木材植物纤维通过机械或化学制浆法制备的纤维浆料或纸基制品通过纤维回收工艺得到的纤维浆料(二次纤维)。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下显著优点:
(I)非木纤维或二次纤维表面有较多的阴离子基团，俗称“阴离子垃圾”，对细菌纤维素进行季铵盐阳离子化改性，增强了细菌纤维素与植物纤维上的阴离子基团的结合，增强了其作为纸张增强剂的效果。
[0017](2)控制细菌纤维素进行阳离子化改性的纤维尺寸，防止在洗涤过程中细菌纤维素的流失，提高阳离子化细菌纤维素的得率。
[0018](3)本发明的提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，对细菌纤维素进行季铵盐阳离子化改性，能较大地提高细菌纤维素对纸张物理性能增强的效果，或达到同等增强效果时降低细菌纤维素的用量。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下通过实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。[0021 ] 实施例中的细菌纤维素由葡萄糖醋杆菌(Glucoacetobacter xylinus)分泌而成。细菌培养基的成分主要为:发酵椰子水50 1^，硫酸铵0.4，硫酸镁0.1 g，磷酸二氢钾0.1区，蔗糖3.0 g，蒸馏水50 mL，用NaOH调节pH值至4.1，100 °C灭菌5 min。静态发酵培养方法:将培养基置于250 mL烧杯中，接种5%(V/V)葡萄糖醋杆菌在温度为30°C下静置培养6天。动态发酵培养方法:在培养基中接种5%(V/V)葡萄糖醋杆菌，置于机械搅拌式发酵罐中培养6天，发酵条件为温度30°C、通气量1.8 L空气/min/L、以及搅拌转速200 r/min。获得的细菌纤维素固含量约为1.5%。
[0022]实施例1 将采用静态发酵培养方式培养的葡萄糖醋杆菌(Glucoacetobacter xyl inus)分泌的细菌纤维素湿膜20 g切割成小块，加入100 mL水中，使用组织捣碎机分离成小碎块，以静置一段时间后仍不悬浮在水中为准，再加入质量分数为4.5%的氢氧化钠溶液100 mL，使体系的细菌纤维素的固含量达到0.15%，在常温下使用磁力搅拌器搅拌体系30 min;加入0.024mL 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵65wt%水溶液，使其与细菌纤维素中的葡萄糖单体的摩尔比为0.1:1，在磁力搅拌器加热至40 °(:的条件下，搅拌反应6小时；将体系使用离心机在5000 rpm的条件下进行固液分离，并加入200 mL 0.005 M的盐酸溶液清洗阳离子化细菌纤维素多次直到离心分离出的液体部分达到中性;将制备的阳离子化细菌纤维素使用组织捣碎机分离3分钟，并以干重百分比0.5%与蔗渣纤维浆料(打浆度240 mL)共混，使用匀浆机将纤维与细菌纤维素在10000转/min条件下分离并混合均匀，在纸业手抄机上抄造纸张，控制纸张干重定量为1.4 g/m2。纸张干燥后，在标准纸张测试的恒温恒湿的条件下，与使用未进行阳离子化改性的细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸相比，测得阳离子化细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸抗张指数增长了2.3%，撕裂指数提高了21.9%，以及耐破指数提高了11.1%。
[0023]实施例2
将采用静态发酵培养方式培养的葡萄糖醋杆菌(Glucoacetobacter xyl inus)分泌的细菌纤维素湿膜10 g切割成小块，加入100 mL水中，使用组织捣碎机分离成小碎块，以静置一段时间后仍不悬浮在水中为准，再加入质量分数为3%的氢氧化钠溶液100 mL，使体系的细菌纤维素的固含量达到0.075%，在常温下使用磁力搅拌器搅拌体系30 min;加入0.24 mL3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵65 wt%水溶液，使其与细菌纤维素中的葡萄糖单体的摩尔比为0.5:1，在磁力搅拌器加热至50 ° C的条件下，搅拌反应4小时;将体系使用离心机在5000rpm的条件下进行固液分离，并加入200 mL 0.005 M的盐酸溶液清洗阳离子化细菌纤维素多次直到离心分离出的液体部分达到中性;将制备的阳离子化细菌纤维素使用组织捣碎机分离2分钟，并以干重百分比1%与蔗渣纤维浆料(打浆度240 mL)共混，使用匀浆机将纤维与细菌纤维素在10000转/min条件下分离并混合均匀，在纸业手抄机上抄造纸张，控制纸张干重定量为1.4 g/m2。纸张干燥后，在标准纸张测试的恒温恒湿的条件下，与使用未进行阳离子化改性的细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸相比，测得阳离子化细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸抗张指数增长了 10%，耐破指数提高了 29.7%。
[0024]实施例3
将采用静态发酵培养方式培养的葡萄糖醋杆菌(Glucoacetobacter xyl inus)分泌的细菌纤维素湿膜30 g切割成小块，加入100 mL水中，使用组织捣碎机分离成小碎块，以静置一段时间后仍不悬浮在水中为准，再加入质量分数为6%的氢氧化钠溶液100 mL，使体系的细菌纤维素的固含量达到0.225%，在常温下使用磁力搅拌器搅拌体系30 min;加入0.72 mL3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵65 wt%水溶液，使其与细菌纤维素中的葡萄糖单体的摩尔比为1:1，在磁力搅拌器加热至60 °(:的条件下，搅拌反应2小时；将体系使用离心机在5000rpm的条件下进行固液分离，并加入200 mL 0.005 M的盐酸溶液清洗阳离子化细菌纤维素多次直到离心分离出的液体部分达到中性;将制备的阳离子化细菌纤维素使用组织捣碎机分离5分钟，并以干重百分比3%与蔗渣纤维浆料(打浆度240 mL)共混，使用匀浆机将纤维与细菌纤维素在10000转/min条件下分离并混合均匀，在纸业手抄机上抄造纸张，控制纸张干重定量为1.4 g/m2。纸张干燥后，在标准纸张测试的恒温恒湿的条件下，与使用未进行阳离子化改性的细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸相比，测得阳离子化细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸抗张指数增长了 2.3%，撕裂指数提高了 28.0%，耐破指数提高了 17.5%。
[0025]实施例4
将采用静态发酵培养方式培养的葡萄糖醋杆菌(Glucoacetobacter xyl inus)分泌的细菌纤维素湿膜10 g切割成小块，加入100 mL水中，使用组织捣碎机分离成小碎块，以静置一段时间后仍不悬浮在水中为准，再加入质量分数为3%的氢氧化钠溶液100 mL，使体系的细菌纤维素的固含量达到0.0775%，在常温下使用磁力搅拌器搅拌体系20 min;加入0.48mL 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵65 wt%水溶液，使其与细菌纤维素中的葡萄糖单体的摩尔比为2:1，在磁力搅拌器加热至50 °(:的条件下，搅拌反应4小时；将体系使用离心机在5000rpm的条件下进行固液分离，并加入200 mL 0.005 M的盐酸溶液清洗阳离子化细菌纤维素多次直到离心分离出的液体部分达到中性;将制备的阳离子化细菌纤维素使用组织捣碎机分离2分钟，并以干重百分比5%与蔗渣纤维浆料(打浆度240 mL)共混，使用匀浆机将纤维与细菌纤维素在10000转/min条件下分离并混合均匀，在纸业手抄机上抄造纸张，控制纸张干重定量为1.4 g/m2。纸张干燥后，在标准纸张测试的恒温恒湿的条件下，与使用未进行阳离子化改性的细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸相比，测得阳离子化细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸抗张指数增长了 I.5%。
[0026]实施例5
将采用动态发酵培养方式培养的葡萄糖醋杆菌(Glucoacetobacter xyl inus)分泌的细菌纤维素湿膜10 g切割成小块，加入100 mL水中，使用组织捣碎机分离成小碎块，以静置一段时间后仍不悬浮在水中为准，再加入质量分数为3%的氢氧化钠溶液100 mL，使体系的细菌纤维素的固含量达到0.0775%，在常温下使用磁力搅拌器搅拌体系20 min;加入0.024mL 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵65 wt%水溶液，使其与细菌纤维素中的葡萄糖单体的摩尔比为1:1，在磁力搅拌器加热至50 °(:的条件下，搅拌反应4小时；将体系使用离心机在5000rpm的条件下进行固液分离，并加入200 mL 0.005 M的盐酸溶液清洗阳离子化细菌纤维素多次直到离心分离出的液体部分达到中性;将制备的阳离子化细菌纤维素使用组织捣碎机分离2分钟，并以干重百分比1%与蔗渣纤维浆料(打浆度240 mL)共混，使用匀浆机将纤维与细菌纤维素在10000转/min条件下分离并混合均匀，在纸业手抄机上抄造纸张，控制纸张干重定量为1.4 g/m2。纸张干燥后，在标准纸张测试的恒温恒湿的条件下，与使用未进行阳离子化改性的细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸相比，测得阳离子化细菌纤维素作为纸张增强剂的蔗渣纸抗张指数增长了 5.0%，耐破指数提高了8.0%。
[0027]本发明的流程示意图如图1所示。
[0028]以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将细菌纤维素湿膜使用组织捣碎机分离成小碎块，加入质量分数为3~6%的氢氧化钠溶液，使体系的细菌纤维素的固含量达到0.07?0.23%，在常温下使用磁力搅拌器搅拌体系使细菌纤维素润胀，得细菌纤维素-氢氧化钠混合液； (2)在步骤(I)得到的细菌纤维素-氢氧化钠混合液中，加入季铵盐溶液，使季铵盐与细菌纤维素中的葡萄糖单体的摩尔比为0.1:1?2:1，在磁力搅拌器加热至40?60° C的条件下，搅拌反应2?6小时； (3)将步骤(2)所得的固液混合体系使用离心机进行固液分离，并加入弱酸清洗固体阳离子化细菌纤维素多次直到离心分离出的液体达到中性； (4)将制备的阳离子化细菌纤维素使用组织捣碎机分离2?5分钟，并以干重百分含量0.5?5%与植物纤维浆料共混，使用浆料疏解机将纤维与细菌纤维素分散并混合均匀，在造纸设备上抄造纸张。2.根据权利要求1所述的一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，其特征在于，步骤(I)所述的细菌纤维素是细菌微生物在不同培养条件下分泌合成的纤维素。3.根据权利要求2所述的一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，其特征在于，所述培养条件为静态或动态发酵培养条件。4.根据权利要求2所述的一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，其特征在于，所述细菌微生物为葡萄糖醋杆菌属、醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属中的一种以上。5.根据权利要求1所述的一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，其特征在于，步骤(2)所述的季铵盐指含铵基、氯代基或环氧基的阳离子单体。6.根据权利要求1所述的一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，其特征在于，所述季铵盐为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基三乙基氯化铵和二甲基二苄基氯化铵中的一种以上。7.根据权利要求1所述的一种提高细菌纤维素基纸张增强剂纸张增强效果的方法，其特征在于，步骤(4)所述植物纤维浆料为以木材纤维或非木材植物纤维通过机械或化学制浆法制备的纤维浆料或纸基制品通过纤维回收工艺得到的纤维浆料。
【文档编号】D21H21/18GK105970733SQ201610513452
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】项舟洋, 吕发创
【申请人】华南理工大学