改性木纤维及其制备方法和在造纸中的应用技术

本发明专利技术公开了改性木纤维，其制备方法包括：(1)将木材原料加工成细小状木材：(2)将所述细小状木材的水分含量调控在15％～35％；(3)向所述细小状木材上喷洒硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液，接着使用蒸汽进行预蒸煮，然后再在160℃～180℃下蒸煮；(4)将蒸煮后的细小状木材进行热磨、烘干、过筛；(5)将木纤维粉、改性剂加入到反应釜中，升温至80℃～90℃进行反应；(6)向步骤(5)中反应后的木纤维粉中加入聚酰胺树脂，再加入烷基烯酮二聚体，在80℃～100℃进行反应，得到所述改性木纤维。本发明专利技术的改性木纤维能够明显提升纸张的性能和成纸的强度，没有任何污水、废弃物产生，环保安全，同时为纸厂节约大量成本。

【技术实现步骤摘要】
改性木纤维及其制备方法和在造纸中的应用
本专利技术涉及纸浆造纸
，具体涉及改性木纤维及其制备方法和在造纸中的应用。
技术介绍
根据2018年中国造纸工业年度报告显示，全国的纸和纸板生产量为10435万吨，其中包装纸产量占全部纸产量的60％左右，是造纸工业的主要品种。而包装纸的原材料主要是回收废纸，其中2018年全国废纸浆的产量为5474万吨，2019年废纸浆的产量为5443万吨。但是，其中国废纸浆的产量仅为5351万吨，突显了我国巨大的废纸或废纸浆用量的需求。另一方面，国内造纸原材料供应不足，废纸和废纸浆的价格越来越高，促使企业寻找可用的造纸原材料。并且，由于从2020年起限制进口国外废纸，导致国外废纸的进口量为0，使得国内国废需求量出现巨大缺口。然而，市场现有的废纸浆，在经过多次回收利用、多次打浆之后，纤维的强度越来越低，而普通的木纤维粒径细小、含有较多木质素，若直接添加于抄纸过程中，很容易流失，即木纤维的留用率很低。废纸或废纸浆经过再加工之后主要可以用于白板纸、灰板纸、牛卡纸、瓦楞纸等。目前在国内造纸企业中存在的一个现象：即污泥回用与碳酸钙加填，这样做可以增加纸张的克重，同时也可以利用造纸污泥，但是不管是污泥还是碳酸钙都只是起到填料的作用，对于纸张的性能没有提高反而会降低，同时添加到纸张中的污泥与碳酸钙会随着纸张的回收利用又带回纸厂，这样就造成了一个恶性的循环，更为严重的是，这会对纸张脱墨制浆造成污染以及对纸张性能和质量都造成很大的不良影响。因此，需要一种既能够保持纸张的克重，也能提高纸张性能，同时还能充分利用废弃资源的绿色、环保的改性木纤维生产工艺或制备方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种改性木纤维，其可以用于造纸过程中替代使用废纸或废纸浆。进一步地，本专利技术的另一目的在于提供一种改性木纤维的制备方法。进一步地，本专利技术的又一目的在于提供一种改性木纤维的用途，具体而言，所述改性木纤维用于在使用废纸或废纸浆制造纸张的过程中部分替代废纸或废纸浆，从而达到在造纸生产中尽量减少使用废纸或废纸浆的目的。本专利技术采用以下技术方案：在各种实施方案中，改性木纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将木材原料加工成细小状木材(或木片)：(2)将所述细小状木材(或木片)的水分含量调控在15％～35％，例如15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％，优选20％～30％；控制水分含量作为其中一个步骤，配合后续蒸煮，过高的水分含量会导致蒸煮时间过长，过低的水分含量会使木片难以完全被煮透；(3)然后向所述细小状木材上喷洒硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液，接着使用蒸汽(例如水蒸气)进行预蒸煮，然后再在160℃～180℃下蒸煮(例如160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃)下蒸煮；蒸煮温度对于细小状木材的蒸煮起到重要作用，不合适的蒸煮温度难以使木材完全蒸煮好，并且会影响木材后续的研磨，蒸煮温度过高会导致后续研磨时破坏木材的木纤维，使得纤维受损，蒸煮温度过低会导致木材无法研磨到所需要的细度，后续步骤无法进行；可选地，在预蒸煮和蒸煮过程中可以使用高压蒸汽(例如水蒸气)，在预蒸煮时，一般先通入高压蒸汽，再加入药液(硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液)，这样有利于药液的吸收，高压蒸汽可以排出木片中含有的空气，高压蒸汽压力为1MPa～2MPa)；(4)将蒸煮后的细小状木材进行热磨、烘干、过筛，得到木纤维粉；(5)将木纤维粉、改性剂加入到反应釜中，或者任选地加入适量的水浸润木纤维粉(例如水与木纤维粉的质量比例为10：(1～5)，例如10：3)，升温至80℃～90℃(例如80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃或90℃)进行反应，反应1～5小时(例如3小时)，增加了纤维与纤维之间的结合，其中改性剂作为改性树脂，包括脲醛树脂、聚乙烯醇树脂、酚醛树脂、羟丙树脂、氨基树脂、乙二醛-尿素树脂(GU树脂)、阳离子树脂中的至少一种；(6)然后向步骤(5)中反应得到的木纤维粉中加入聚酰胺树脂(例如聚酰胺多胺环氧氯丙烷)，再加入烷基烯酮二聚体(AKD)，搅拌均匀，在80℃～100℃(例如80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃)进行反应，反应0.5～7小时(例如2小时)后，除去多余的水分，降温，冷却得到所述改性木纤维。可选地，改性剂选自脲醛树脂。具体地，脲醛树脂包括乙二醛-尿素树脂(GU树脂)。进一步地，改性剂选自乙二醛-尿素树脂(GU树脂)。具体地，乙二醛-尿素树脂(GU树脂)的制备过程为：乙二醛总量与尿素的摩尔比为1.5-2.0∶1.0，乙二醛分两次加入，第一次加入乙二醛与第二次加入乙二醛的摩尔比为9∶1，具体经过如下加工工艺制备而成：(1)向反应釜中加入乙二醛，并用10％NaOH水溶液调节至pH值为5.5-6.0；(2)加入尿素，加热促进溶解；(3)升温至45℃-55℃，恒温反应2.5-3.5小时；(4)加入剩余乙二醛，恒温反应2-3小时；(5)反应完成后，停止加热，加入适量的消醛剂和漂白剂，搅拌均匀；GU树脂的固含量为45-60％，pH为3-5，粘度为10-70cps，比重为1.2-1.3gr/mL。可选地，选择使用例如质量比为1～3：1(例如2：1)的脲醛树脂或酚醛树脂与聚酰胺树脂(例如聚酰胺多胺环氧树脂)。如本文中所使用的术语“水分含量”可以理解为物料中的含水率，计算方式为：湿基含水量＝物料中所含水的质量/(物料中所含水的质量+物料中所含干物质的质量)*100％。作为非限制性实施方案，所述木材原料来源于木材加工的木屑和/或边角废料，例如，木材厂、家具厂、密度板厂、多层板厂中木材加工剩余的边角废料和/木屑，和/或木材采伐过程中剩余的材料及木屑，可替代地，木材原料来源于普通木材、完好的木材。出于绿色环保和提高资源利用率的角度考虑，优选前述木屑和/或边角废料。作为示例性实施方案，所述细小状木材的尺寸为长20mm～25mm，宽15mm～20mm，厚2mm～5mm。进一步地，步骤(3)中，所述硫化钠或亚硫酸盐的溶液的质量分数为10％～40％；硫化钠或亚硫酸盐的碱溶液为硫化钠或亚硫酸盐与氢氧化钠的水溶液，其中硫化钠或亚硫酸盐与氢氧化钠的质量分数之和为10％～40％，其中亚硫酸盐包括亚硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的至少一种。木材一般由木质素、木纤维组成，木质素在外层起保护作用，而且木质素不溶于水。在本专利技术中，木质素会极大的影响木纤维与改性剂的结合。加入一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.改性木纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将木材原料加工成细小状木材：/n(2)将所述细小状木材的水分含量调控在15％～35％；/n(3)然后向所述细小状木材上喷洒硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液，接着使用蒸汽进行预蒸煮，然后再在160℃～180℃下蒸煮；/n(4)将蒸煮后的细小状木材进行热磨、烘干、过筛，得到木纤维粉；/n(5)将木纤维粉、改性剂加入到反应釜中，升温至80℃～90℃进行反应，其中改性剂包括脲醛树脂、聚乙烯醇树脂、酚醛树脂、羟丙树脂、氨基树脂中的至少一种；/n(6)然后向步骤(5)中反应后的木纤维粉中加入聚酰胺树脂，再加入烷基烯酮二聚体，在80℃～100℃进行反应，得到所述改性木纤维。/n

【技术特征摘要】
1.改性木纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将木材原料加工成细小状木材：
(2)将所述细小状木材的水分含量调控在15％～35％；
(3)然后向所述细小状木材上喷洒硫化钠或亚硫酸盐的溶液或碱溶液，接着使用蒸汽进行预蒸煮，然后再在160℃～180℃下蒸煮；
(4)将蒸煮后的细小状木材进行热磨、烘干、过筛，得到木纤维粉；
(5)将木纤维粉、改性剂加入到反应釜中，升温至80℃～90℃进行反应，其中改性剂包括脲醛树脂、聚乙烯醇树脂、酚醛树脂、羟丙树脂、氨基树脂中的至少一种；
(6)然后向步骤(5)中反应后的木纤维粉中加入聚酰胺树脂，再加入烷基烯酮二聚体，在80℃～100℃进行反应，得到所述改性木纤维。


2.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，所述木材原料是木材加工的木屑和/或边角废料；所述细小状木材的尺寸为长20mm～25mm，宽15mm～20mm，厚2mm～5mm。


3.根据权利要求1所述的改性木纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硫化钠或亚硫酸盐的溶液的质量分数为10％～40％；硫化钠或亚硫酸盐的碱溶液为硫化钠或亚硫酸盐与氢氧化钠的水溶液，其中硫化钠或亚硫酸盐与氢氧化钠的质量分数之和为10％～40％，其中亚硫酸盐包括亚硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志滨，潘好学，鲁代玉，沈杰，陈荦，
申请(专利权)人：深圳市瑞成科讯实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44