[发明专利]一种秸秆基复合填料、其制备方法及含有该复合填料的纸张

说明书

技术领域

本发明属于造纸技术领域，特别涉及一种农作物废弃物应用作造纸填料的技术。

背景技术

农作物秸秆是农业生产中的主要废弃物之一，是一种重要的可再生资源，具有很大的综合利用价值。目前全世界每年农业生产中产生的秸秆为1000-2000亿吨，中国每年有近6亿吨秸秆，而被利用的不足2000万吨，约97％的秸秆被焚烧、堆积和遗弃，既造成资源浪费，又造成环境污染。焚烧秸秆还会造成土壤水分的蒸发及土壤结构的破坏，造成土壤板结，肥力下降，土壤生态系统恶化，作物产量下降。这已经成为政府关心、社会和舆论关切的热点和难点问题。因此，如何做好农作物秸秆的资源化综合利用已成为亟待解决的大问题，是促进农业可持续发展的战略抉择。

在纸张生产过程中，往纸浆中添加填料，可大大提高纸张某些方面的性能，如不透明度、白度、平滑度和适印性，同时，还可以提高抄纸速度，降低蒸汽量，大大降低纸张的生产成本。

目前，在造纸生产过程中，在加填工艺技术方面，主要是用无机矿物填料，相关纸种在二次纤维回用过程中会产生大量的脱墨污泥等无机矿物填料杂质，大量的无机矿物组分往往都将以垃圾掩埋的形式被直接丢弃，不利于生态环境的可持续发展。无机矿物填料的应用往往也易于增加纸张的紧度(对于包装纸板而言，此趋势是不利的)。

秸秆主要组分是纤维素、半纤维素和木质素等，与纸张材料十分相似，在常温下性质十分稳定，降解非常缓慢。秸秆真密度约1500公斤/米³，若将其粉碎并代替无机矿物填料用于造纸生产时，既可降低纸张密度，也可与纤维间可产生较强的结合力，同时能在一定程度上改善纸张的表面强度、抗张强度、撕裂度及内结合强度，且相关纸种的可回用性得到显著改善，回用过程中所产生的无机脱墨污泥将大大减少，所回收的秸秆基复合填料可用于燃烧而产生热能，有利于保护环境，也可实现可再生资源的循环利用，因此秸秆基复合填料在造纸工业中具有一定的开发与应用前景。

然而，由于秸秆主要组分是纤维素、半纤维素、木质素、果胶、粗蛋白和灰分等，秸秆表面有大量醇羟基，当其用于造纸加填时，纸张强度虽较无机矿物填料高，但当其用于要求较高强度的纸张时还是不能达到满意的效果。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种新型的秸秆基复合填料，这种秸秆基复合填料，表面具有亲水性和阳离子性，用于纸张加填时，可达到增强、增韧和留着率较高的效果。本发明还同时提供了该种秸秆基复合填料的制备方法及应用。

为实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种秸秆基复合填料，所述秸秆基复合填料是一种具有核-壳结构的化合物，其中以秸秆粉体颗粒作为该核-壳结构化合物的核，与秸秆粉体颗粒接枝并含有丙烯酰胺系共聚物的包覆膜作为该核-壳结构化合物的壳层，所述秸秆粉体颗粒为将秸秆粉碎到30～1500目后的颗粒，所述含有丙烯酰胺系共聚物的包覆膜壳层是通过单体(a)、(b)、(c)共聚合而成，其中：

所述单体(a)选自酰胺类可聚合单体或不饱和羧酸类可聚合单体中的一种或两种以上的混合物，其单体添加量为秸秆粉体颗粒质量分数的0.01～10.0％，优选在0.05％～7.0％，更优选在1％～5％。

所述单体(b)为具有阳离子性胺类的可聚合单体或具有季铵化阳离子性的可聚合单体中的一种或两种以上的混合物，其单体添加量为单体(a)质量分数的0.01～30.0％，优选在1.0％～20.0％，更优选在3％～15％。

所述单体(c)为具有2个或2个以上乙烯基的交联剂单体或齐聚物中的一种或两种以上的混合物，其单体添加量为单体(a)质量分数的0.01～7.0％，优选在0.05％～5.0％，更优选在0.1％～3％。

具体来说，所述单体(a)的酰胺类可聚合单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、具有C₁-C₁₀的羟烷基丙烯酰胺、具有C₁-C₁₀的羟烷基甲基丙烯酰胺中的一种或两种以上的混合物，优选丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。

具体来说，所述单体(a)的不饱和羧酸类可聚合单体为具有3至8个碳原子数的不饱和羧酸，选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸、乌头酸中的一种或两种以上的混合物，优选丙烯酸、衣康酸、马来酸。