木质纳米纤维素在增强纸张湿强中的应用制造技术

本发明专利技术属于生物可再生材料技术领域，具体涉及木质纳米纤维素在增强纸张湿强中的应用。本发明专利技术研究发现，木质纳米纤维素可以作为纸张湿强剂，能够增强纸张湿强，还可增加纸张抗张强度和耐撕裂强度。本发明专利技术提供含有木质纳米纤维素的纸张。本发明专利技术还提供通过高碘酸或高碘酸盐改性的木质纳米纤维素。本发明专利技术还提供含有改性木质纳米纤维素的纸张以及纸张的生产工艺。本发明专利技术通过在纸浆中添加适量木质纳米纤维素或改性木质纳米纤维素，显著提高了纸张湿强性能，使得抄造出来的纸在具有较高湿强度的同时，还保证了纸张在使用过程中具有良好的湿强度，又很好的解决了现有技术中的湿强剂难以回收处理的问题。收处理的问题。收处理的问题。

【技术实现步骤摘要】
木质纳米纤维素在增强纸张湿强中的应用


[0001]本专利技术属于生物可再生材料
，具体涉及木质纳米纤维素在增强纸张湿强中的应用。

技术介绍

[0002]现行的秸秆回收利用的主要的途径有秸秆肥料、秸秆能源化利用、生产饲料和制备纤维板。普通生活用纸，在遇到水时会发生软化，失去使用价值。现有增强纸张湿强的方法多采用添加化学湿强剂，化学品的使用一方面造成环境污染，另一方面在人们使用过程中不可避免对人体造成一些影响，如在擦拭厨房或餐具时。

技术实现思路

[0003]前期研究发现，可以通过改进的方法将秸秆制成木质纳米纤维素，这种木质纳米纤维素具有优良的性能，可广泛用于制备膜。例如制备大棚地膜，食品工业包装膜等。由于木质素含量适宜，这种纳米纤维素制得的膜，其的疏水性最高可达90
°
，力学性能最高达129.21Mpa。
[0004]本专利技术所述木质纳米纤维素及其制备方法可参见中国专利申请号CN201810247023.0，其全文作为本文的一部分引用至本文。
[0005]具体而言，所述木质纳米纤维素是通过将植物秸秆在碱性条件下球磨、然后在超声处理而制得的。主工艺流程包括以下步骤：
[0006]1)将粉碎后的植物秸秆置于pH值不小于12的环境下，在球磨条件下进行反应，反应结束后，将产物洗涤至中性；
[0007]2)将洗涤后的产物加入水中，超声处理，即得。
[0008]进一步优选地，所述植物秸秆选自芦苇秸秆、麦秸秆、玉米秸秆、向日葵秸秆中一种或多种。
>[0009]在上述研究的基础上，本专利技术进一步研究发现，上述木质纳米纤维素还可以作为纸张湿强剂，能够增强纸张湿强，还可增加纸张抗张强度和耐撕裂强度。从而，本专利技术进一步提出木质纳米纤维素作为纸张湿强剂的应用。
[0010]进一步地，本专利技术还包括木质纳米纤维素在制备纸张上的应用。
[0011]进一步地，本专利技术还提供一种纸张，其含有木质纳米纤维素。在一些实施例中，所述纸张中所述木质纳米纤维素的含量为0.5-5wt％，例如0.5wt％，1wt％，1.5wt％，2wt％，2.5wt％，3wt％，4wt％或5wt％。实验证明，在纸张中添加上述含量的木质纳米纤维素能够更好地增强纸张湿强，增加纸张抗张强度和耐撕裂强度。
[0012]纤维素在其大分子链中每个葡萄糖基环上有3个活泼的羟基(两个仲羟基和一个伯羟基)。纤维素作为多羟基化合物，很容易被氧化剂所氧化，不同的羟基可发生不同的氧化反应。氧化分为非选择性氧化和选择性氧化。非选择性氧化常使仲羟基和伯羟基同时发生变化，可同时生成醛、酮、酸等基团。研究发现，采用不同的氧化体系，控制反应条件，氧化
某个特定羟基可使纤维素发生不同的选择性氧化。纤维素选择性氧化分为C2、C3位仲羟基的选择性氧化和C6位伯羟基的选择性氧化。
[0013]意外地发现，采用高碘酸或高碘酸盐将上述木质纳米纤维素选择性改性，这两种氧化体系可以将纤维素单体中的C2和C3位上羟基氧化成醛基，得到醛基木质纳米纤维素，可以进一步增强纸张湿强效果，并且还可以增加纸张抗张强度和耐撕裂强度的效果，在某些方面优于未改性的木质纳米纤维素。
[0014]本专利技术还提供一种改性木质纳米纤维素的制备方法，包括将高碘酸或高碘酸盐与木质纳米纤维素反应，将所述木质纳米纤维素单体中的C2和C3位上羟基氧化成醛基，获得醛基木质纳米纤维素。
[0015]在本专利技术一些实施例中，所述高碘酸盐选自高碘酸钠、高碘酸钾中一种或两种。
[0016]在本专利技术一些实施例中，上述改性木质纳米纤维素的制备方法中，以1wt％固含量的所述木质纳米纤维素计，高碘酸或高碘酸盐与1wt％固含量的所述木质纳米纤维素的重量比为1-5:1；例如1:1，2:1，3:1，4:1或5:1。
[0017]在本专利技术一些实施例中，上述改性木质纳米纤维素的制备方法中，高碘酸或高碘酸盐与所述木质纳米纤维素反应的温度为35-65℃，例如35℃，45℃，55℃或65℃。
[0018]在本专利技术一些实施例中，上述改性木质纳米纤维素的制备方法中，高碘酸或高碘酸盐与所述木质纳米纤维素反应的pH值为3-5.5，例如3，3.5，4，4.5，5或5.5。
[0019]在本专利技术一些实施例中，上述改性木质纳米纤维素的制备方法中，高碘酸或高碘酸盐与所述木质纳米纤维素反应的时间为1-5h，例如1h，2h，3h，4h或5h。
[0020]本专利技术中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本专利技术各较佳实施例。
[0021]在本专利技术一些实施例中，较佳的反应条件是：以1wt％固含量的木质纳米纤维素计，高碘酸或高碘酸盐与1wt％固含量的木质纳米纤维素的重量比为4:1；反应温度45℃，pH值为3.5，反应时间为4h；在该条件下所制得的醛基木质纳米纤维素中醛基的含量较高。
[0022]本专利技术中，醛基的测定采用盐酸羟胺反滴定方法。盐酸羟胺可与醛基反应产生席夫碱，同时释放出HCl，用NaOH-甲醇溶液滴定溶液中残留的HCl，根据NaOH-甲醇溶液用量确定醛基含量。
[0023]本专利技术还包括所述方法制备的改性木质纳米纤维素，也称醛基木质纳米纤维素。
[0024]本专利技术还包括上述改性木质纳米纤维素作为纸张湿强剂的应用。
[0025]本专利技术还包括上述改性木质纳米纤维素在制备纸张上的应用。
[0026]进一步地，本专利技术还提供一种纸张，其含有上述改性木质纳米纤维素。在一些实施例中，所述纸张中所述木质纳米纤维素的含量为0.5wt％-5wt％，例如0.5wt％，1wt％，1.5wt％，2wt％，2.5wt％，3wt％，4wt％或5wt％。实验证明，在纸张中添加上述含量的改性木质纳米纤维素能够更好地增强纸张湿强，增加纸张抗张强度和耐撕裂强度。
[0027]一般地，本专利技术所述纸张，包括添加木质纳米纤维素的纸张和添加上述改性木质纳米纤维素的纸张，可采用本领域常规制备，例如将木质纳米纤维素或上述改性木质纳米纤维素添加到纸浆中，混匀，进步制成纸张。
[0028]具体地，本专利技术还提供一种纸张生产工艺，包括：
[0029]-提供纸浆；
[0030]-向所述纸浆中加入木质纳米纤维素或上述改性木质纳米纤维素，配制成混合浆料；以及
[0031]-利用所述混合浆料抄造成纸。
[0032]上述生产工艺中，优选控制所述木质纳米纤维素或上述改性木质纳米纤维素的添加量使所述纸张中所述木质纳米纤维素或改性木质纳米纤维素的含量为0.5wt％-5wt％，例如0.5wt％，1wt％，1.5wt％，2wt％，2.5wt％，3wt％，4wt％或5wt％。
[0033]在本专利技术中，所使用的纸浆的种类并没有特殊的限定，其可以是机械浆、化学浆、化学机械浆、纯木浆、非木浆、麦草浆、回收浆、竹浆等各种造纸用浆种。
[0034]本专利技术还包括上述生产工艺制备的纸张。
[0035]本专利技术通过在纸浆中添加适量木质纳米纤维素或改性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.木质纳米纤维素作为纸张湿强剂的应用或者在制备纸张上的应用。2.一种纸张，其含有木质纳米纤维素；优选地，所述纸张中所述木质纳米纤维素的含量为0.5-5wt％，例如0.5wt％，1wt％，1.5wt％，2wt％，2.5wt％，3wt％，4wt％或5wt％。3.一种改性木质纳米纤维素的制备方法，包括将高碘酸或高碘酸盐与木质纳米纤维素反应，将所述木质纳米纤维素单体中的C2和C3位上羟基氧化成醛基，获得醛基木质纳米纤维素；优选地，所述高碘酸盐选自高碘酸钠、高碘酸钾中一种或两种。4.根据权利要求3所述的改性木质纳米纤维素的制备方法，其中，以1wt％固含量的所述木质纳米纤维素计，高碘酸或高碘酸盐与1wt％固含量的所述木质纳米纤维素的重量比为1-5:1；例如1:1，2:1，3:1，4:1或5:1；和/或，高碘酸或高碘酸盐与所述木质纳米纤维素反应的温度为35-65℃，例如35℃，45℃，55℃或65℃；和/或，高碘酸或高碘酸盐与所述木质纳米纤维素反应的pH值为3-5.5，例如3，3.5，4，4.5，5或5.5；和/或，高碘酸或高碘酸盐与所述木质纳米纤维素反应的时间为1-5h，例如1h，2h，3h，4h或5h。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇，刘旭冉，吴敏，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：