[发明专利]一种可实现化学机械浆微纤丝化并用于增强纸张物理强度的方法

说明书

技术领域

本发明属于制浆造纸与生物质资源利用相结合的技术领域，尤其是一种可实现化学机械浆微纤丝化并用于增强纸张物理强度的方法。

背景技术

随着世界各国对环境问题的日益关注以及煤、石油、天然气等不可再生资源的日渐衰竭,天然可再生资源的开发利用越来越引起人们的高度重视。生物质资源是一种储量丰富的天然可再生自然资源，具有来源广、用途广等特点。生物质资源包括纤维素、半纤维素、木素、甲壳素、壳聚糖等，这些物质从组分角度来讲，通常具有多样化、结构独特等特点，而且它们自身具有很好的生物相容性和可降解性，通过物理、生物或者化学的方法进行改性可以将其应用到不同的领域。

纤维素是地球上含量最丰富的可再生天然高分子聚合物，它主要来自绿色植物，全世界的绿色植物通过光合作用每年生产的纤维素高达1500亿吨，具有生物相容性、生物可降解性、价格低廉、储量丰富等特点。由于纤维素材料本身无毒、抗水能力较强且纤维素可以呈现出球状、粉状、片状、膜状以及溶液状等不同的形式，使得纤维素作为基质材料的潜在应用范围非常广泛。而从天然纤维素中制备的纤维素微纳米纤丝由于具有较高的结晶度、高杨氏模量、高强度、高纯度、高透明性等特点以及具有天然纤维素轻质、可降解性、生物相容性以及可再生等特性，在造纸、建筑、汽车、食品、化妆品、电子产品、医学等领域有着巨大的应用前景。就目前而言，用于制备纤维素微纳米纤丝的原料多为漂白化学浆。但是，漂白化学浆得率较低、生产成本较高，且在化学法制浆过程(蒸煮和漂白工段)中对环境的负面影响压力较大。相反地，化学机械浆相比于化学浆的得率更高，设备投资较少，工艺灵活，对环保的压力较小，原料来源更为广泛(可充分利用其它制浆方法不宜使用或较少使用的阔叶木、农业秸秆、家具边角料、枝丫材等，在降低生产成本的同时可以生产满足某些产品性能的纸浆)，而且化学机械浆的松厚度、光散射系数和不透明度均较高，能赋予纸张优良的挺度和松厚度等性能，但是其强度性能有所降低。利用化学机械浆来替代漂白化学浆进行纤维素微纳米纤丝的制备并将其用于增强纸张的物理强度，不仅有利于拓展化学机械浆的应用范围和提升经济价值，而且有利于生物质资源的高效利用和环境保护。

目前，尚未发现有关利用化学机械浆制备纤维素微纤丝并用于增强纸张物理强度的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可实现化学机械浆微纤丝化并用于增强纸张物理强度的方法，该方法利用化学机械浆的原料适用性较好，制浆得率高，污染负荷低等优点来代替漂白化学浆用于制备纤维素微纳米纤丝，并用于增强纸张的物理强度性能，该方法可以降低纤维素微纳米纤丝的生产成本，并为后续的加工利用或生产高附加值产品提供原料基础，同时拓展化学机械浆的应用领域和范围。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种可实现化学机械浆微纤丝化并用于增强纸张物理强度的方法，步骤如下：

⑴浆料准备：将化学机械浆商品浆板置于水中浸泡4小时，浸泡时质量浓度控制在4％～10％，然后利用疏解机进行解离处理以分散纤维，解离后的浆料悬浮液的质量浓度控制在2％～3％；

⑵浆料的浓缩：将解离后的浆料悬浮液通过抽滤脱水，达到浓缩的目的，得浓缩浆料，质量浓度控制在15％～30％之间，并置于低温条件2～10℃下储存以便后续使用；

⑶稀释处理：称取浓缩浆料加水稀释配制成质量浓度为0.5％～5.0％，得浆料悬浮液；

⑷将预先混合好的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基试剂与NaBr的混合溶液加入到浆料悬浮液中，并用0.1mol/L的HCl溶液或NaOH溶液调节该氧化反应体系的pH为8.0～13.0，氧化10～240min，控制氧化反应的温度在3～15℃；

其中，所述2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基试剂的用量为化学机械浆商品浆板的绝干质量的1.0％～10.0％(质量分数)，NaBr用量为化学机械浆商品浆板的绝干质量的10.0％～40.0％(质量分数)；

⑸将NaClO溶液在反应总时间的1/3～1/2时间点内逐滴加入到反应体系中，所述NaClO溶液的有效氯用量为1.0～10g/g绝干化学机械浆商品浆板原料；

⑹待反应到达15～60min后，向反应体系中加入100～220％的甲醇以终止反应，并调节pH为5.0～10.0；

其中，所述甲醇的添加量为化学机械浆商品浆板的绝干质量的100～220％(质量分数)；