一种改性木屑及其制备方法与在增强表面施胶淀粉中的应用

技术领域

本发明属于造纸化学品工艺领域，具体涉及一种改性木屑及其制备方法与在增强表面施胶淀粉中的应用。

背景技术

表面施胶是在成纸表面进行涂布处理，从而使纸张获得一定的强度和防水性的方法。由于具有不会干扰纸浆中湿部化学品的添加，不会干扰纤维与纤维之间的氢键结合，没有施胶剂的随水流失，能减少造纸废水的负荷，能降低纸的两面差，胶液利用效率高等特点，尤其是具有明显提高纸的强度和抗水性等优点，使表面施胶方法得到广泛应用。

淀粉由于其分子结构单元与纸浆相同，都是葡萄糖单元，广泛应用于造纸工业中进行表面施胶。造纸工业中常用的是改性淀粉，改性方法包括氧化、醚化、酯化、酶转化、交联和接枝等，表面施胶过程一般应用氧化淀粉，成膜性好，粘度低，渗透好，方法简单，成本不高。如能开发增强施胶淀粉的新材料，保证成纸强度和防水性质量，同时价格低廉，原料来源丰富，使用方便，安全环保，将具有广泛的应用前景。

废纸是国内造纸的主要原材料，特别是瓦楞原纸，100％采用废纸为原料，原纸强度低，必须靠表面施胶淀粉增加成品纸强度。而淀粉对成品纸强度增幅有限，进一步提高强度只能采用其他物质的协同。

木屑是木材深加工的副产物，其材料化学组成与造纸机械浆相同，只是由于尺寸细小、结构紧密，这种类似无机填料的性质完全可以利用在表面施胶过程中以增强施胶效果，这时木屑类似物理加固的“钉子”固定于淀粉膜与底物纸基上，增加成品纸的强度。但是，施胶淀粉的粘度小，渗透性大，在施胶的瞬间很容易首先随水渗入纸基底物的间隙，而木屑停留于纸基表面，加固作用降低。为了增强木屑与纸基和淀粉膜三者间的连接强度，需要对木屑进行化学改性。目前木屑多作燃料，暂没有用于纸张表面施胶增强的技术文献。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种改性木屑。

本发明的另一目的在于提供上述改性木屑的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述改性木屑在增强表面施胶淀粉中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种改性木屑，由以下质量份数的成分制备得到：

所述改性木屑优选由以下质量份数的成分制备得到：

所述的氧化剂为具有氧化漂白功能的助剂，如次氯酸盐、保险粉、双氧水等的一种或多种。

所述的木屑选自各种木材加工后产生的粉料，包括针叶和阔叶，细度50～500目。

所述的碱木素为碱法或硫酸盐法制浆黑液的干燥所得的固形物，本发明优选硫酸盐法制浆黑液干燥所得的固形物。

所述交联剂1指交联两个碱木素分子的小分子物质，优选为甲醛。

所述交联剂2指交联甲醛与木屑的小分子物质，优选为尿素。

所述的pH调节剂指0.5M的氢氧化钠和/或盐酸溶液。由于根据所用氧化剂作用特性不同pH值不同，用pH调节剂调体系酸碱性也不同，如氧化剂为过氧化氢时pH调节为碱性，氧化剂为保险粉时pH调节为偏酸性，氧化剂为次氯酸盐时pH调节为碱性或偏酸性均可，所以上述改性木屑的成分中的pH调节剂为按需要量加入，优选将pH值调节为6～10。

所述的水优选蒸馏水。

上述改性木屑的制备方法，包含以下步骤：

(1)木屑氧化：向木屑加入水，用pH调节剂调体系酸碱性，加入氧化剂，升温到一定温度，保温一定时间；

(2)木屑交联：向步骤(1)中氧化后的木屑体系加入交联剂1，于60～95℃保温1～3小时；

(3)碱木素交联：60～95℃下向步骤(2)中交联后的木屑中加入交联剂2，同时加入碱木素，保温30～60分钟制得产品改性木屑，降温到50℃以下出料。

上述制备方法中，用pH调节剂调体系酸碱性时，根据所用氧化剂作用特性不同pH值不同，如氧化剂为过氧化氢时pH调节为碱性，氧化剂为保险粉时pH调节为偏酸性，氧化剂为次氯酸盐时pH调节为碱性或偏酸性均可，所以步骤(1)中优选用pH调节剂将体系pH值调节为6～10；另外氧化剂不同时，反应温度、保温时间等工艺作用也不同，所以步骤(1)中优选将温度升温到50～70℃，保温1～2h。

本发明制备过程一直保持低速搅拌，转速100～200rpm，得到具有一定交联能力的改性木屑。

上述改性木屑可以添加5～20％(对表面施胶淀粉用量)在表面施胶淀粉中，改善纸表面性质，特别是明显提高成纸的防水性和纸张强度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

本发明制得的改性木屑具有与淀粉和纸基产生强烈结合的基团，加上颗粒细小，可以均匀地分散在淀粉糊中。本发明的改性木屑可以添加5～20％(对表面施胶淀粉用量)在表面施胶淀粉中，改善纸表面性质，特别是明显提高成纸的防水性和纸张强度。

具体实施方式

下面结合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。本发明实施例中的木屑购于江门市新会区双水镇木江伟华香料厂。碱木素优选硫酸盐法制浆黑液干燥所得的固形物。

实施例1

以下各物质成分均按质量份计。

(1)木屑氧化：100份300目木屑中加水400份，用pH调节剂调体系到10，加入双氧水10份，升温到70℃，保温2小时。

(2)木屑交联：将步骤(1)中氧化后的木屑体系加入10份交联剂1(甲醛)，于90℃保温2小时。

(3)碱木素交联：90℃下向步骤(2)中交联后的木屑中加入5份交联剂2(尿素)，同时加入碱木素50份，保温30分钟得产品，降温到50℃以下出料。

施胶液制备：将常规表面施胶剂与氧化淀粉混合，两者比例为20：1(重量比)，同时添加硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂质量比1:1，作为对比施胶样品1；将本实施例所制得交联木屑加入氧化淀粉中，加入量10％(对氧化淀粉质量比)，混合均匀后即得施胶液；按照本实施例的原料及工艺条件，除了不加入碱木素交联，制备对比施胶样品2。

分别将上述对比施胶样品1、本实施例施胶液、对比施胶样品2在原纸上施涂后测试，施涂量选择1g/m²。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸(105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用Cobb值1分钟测量。结果如下：

本实施例施胶液：施涂后吸水值29GSM，抗张指数66.4N·m/g，环压指数11.38N·m/g；

对比施胶样品1(不加交联木屑)：施涂后吸水值38GSM，抗张指数58.8N·m/g，环压指数11.1N·m/g；

对比施胶样品2(不加交联碱木素)：施涂后吸水值40GSM，抗张指数57.0N·m/g，环压指数10.6N·m/g。

实施例2

以下各物质成分均按质量份计。

(1)木屑氧化：100份100目木屑中加水500份，用pH调节剂调体系到10，加入次氯酸钠5份，升温到50℃，保温1小时。

(2)木屑交联：将步骤(1)中氧化后的木屑体系加入10份交联剂1(甲醛)，于90℃保温2小时。

(3)碱木素交联：90℃下向步骤(2)中交联后的木屑中加入5份交联剂2(尿素)，同时加入碱木素100份，保温60分钟得产品，降温到50℃以下出料。

施胶液制备：将常规表面施胶剂与氧化淀粉混合，两者比例为20：1(重量比)，同时添加硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂质量比1:1，作为对比施胶样品1；将本实施例所制得交联木屑加入氧化淀粉中，加入量20％(对氧化淀粉质量比)，混合均匀后即得施胶液；按照本实施例的原料及工艺条件，除了不加入碱木素交联，制备对比施胶样品2。

分别将上述对比施胶样品1、本实施例施胶液、对比施胶样品2在原纸上施涂后测试，施涂量选择1g/m²。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸(105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用Cobb值1分钟测量。结果如下：

本实施例施胶液：施涂后吸水值31GSM，抗张指数71.4N·m/g，环压指数11.6N·m/g；

对比施胶样品1(不加交联木屑)：施涂后吸水值38GSM，抗张指数58.8N·m/g，环压指数11.1N·m/g；

对比施胶样品2(不加交联碱木素)：施涂后吸水值39GSM，抗张指数58.1N·m/g，环压指数10.8N·m/g。

实施例3

以下各物质成分均按质量份计。

(1)木屑氧化：100份100目木屑中加水300份，用pH调节剂调体系到6，加入保险粉1份，升温到70℃，保温1小时；然后调节pH到10，加入双氧水5份，70℃保温2小时。

(2)木屑交联：将步骤(1)中氧化后的木屑体系加入20份交联剂1(甲醛)，于70℃保温3小时。

(3)碱木素交联：70℃下向步骤(2)中交联后的木屑中加入10份交联剂2(尿素)，同时加入碱木素50份，保温30分钟得产品，降温到50℃以下出料。

施胶液制备：将常规表面施胶剂与氧化淀粉混合，两者比例为20：1(重量比)，同时添加硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂质量比1:1，作为对比施胶样品1；将本实施例所制得交联木屑加入氧化淀粉中，加入量5％(对氧化淀粉质量比)，混合均匀后即得施胶液；按照本实施例的原料及工艺条件，除了不加入碱木素交联，制备对比施胶样品2。

分别将上述对比施胶样品1、本实施例施胶液、对比施胶样品2在原纸上施涂后测试，施涂量选择1g/m²。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸(105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用Cobb值1分钟测量。结果如下：

本实施例施胶液：施涂后吸水值30GSM，抗张指数63.4N·m/g，环压指数11.3N·m/g；

对比施胶样品1(不加交联木屑)：施涂后吸水值38GSM，抗张指数58.8N·m/g，环压指数11.1N·m/g；

对比施胶样品2(不加交联碱木素)：施涂后吸水值38GSM，抗张指数56.5N·m/g，环压指数10.3N·m/g。

实施例4

以下各物质成分均按质量份计。

(1)木屑氧化：100份100目木屑中加水300份，用pH调节剂调体系到6，加入次氯酸钙1份，升温到50℃，保温1小时；然后调节pH到10，加入双氧水5份，70℃保温2小时。

(2)木屑交联：将步骤(1)中氧化后的木屑体系加入1份交联剂1(甲醛)，于70℃保温1小时。

(3)碱木素交联：70℃下向步骤(2)中交联后的木屑中加入1份交联剂2(尿素)，同时加入碱木素10份，保温30分钟得产品，降温到50℃以下出料。

施胶液制备：将常规表面施胶剂与氧化淀粉混合，两者比例为20：1(重量比)，同时添加硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂质量比1:1，作为对比施胶样品1；将本实施例所制得交联木屑加入氧化淀粉中，加入量5％(对氧化淀粉质量比)，混合均匀后即得施胶液；按照本实施例的原料及工艺条件，除了不加入碱木素交联，制备对比施胶样品2。

分别将上述对比施胶样品1、本实施例施胶液、对比施胶样品2在原纸上施涂后测试，施涂量选择1g/m²。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸(105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用Cobb值1分钟测量。结果如下：

本实施例施胶液：施涂后吸水值36GSM，抗张指数60.4N·m/g，环压指数11.0N·m/g；

对比施胶样品1(不加交联木屑)：施涂后吸水值36GSM，抗张指数56.8N·m/g，环压指数10.1N·m/g；

对比施胶样品2(不加交联碱木素)：施涂后吸水值38GSM，抗张指数55.5N·m/g，环压指数9.8N·m/g。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。