CN106947045B - 一种改性半纤维素基纸张增强剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质改性技术领域，公开了一种改性半纤维素基纸张增强剂及其制备方法。所述方法为：将半纤维素、聚乙二醇和异氰酸酯加入到N，N‑二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，搅拌混合均匀，氮气保护下升温至80～110℃反应8～12h，反应产物经洗涤、干燥，得到所述改性半纤维素基纸张增强剂。本发明的制备方法简单、成本低；所得改性半纤维素基纸张增强剂应用于造纸具有良好的分散性能及增强性能，具有良好的实际应用价值。

Description

一种改性半纤维素基纸张增强剂及其制备方法
技术领域
本发明属于生物质改性技术领域，具体涉及一种改性半纤维素基纸张增强剂及其制备方法。
背景技术
近年来，如何有效和充分使用丰富、可再生和环保的半纤维素资源，缓解严峻的能源与环境问题，得到了研究者的广泛关注。
木质素作为自然界最广泛存在的资源之一，是植物界含量仅次于纤维素的第二大无定型态的多糖。它是一种可再生，绿色、环保的天然高分子材料。半纤维素作为造纸工业的副产品，很少被进一步的加工和利用，造成了资源的浪费，甚至会带来环境问题。半纤维素分子具有丰富的羟基，因而可进一步改性而加以使用。将自然界广泛存在的半纤维素作为原料引起了各国研究者的广泛重视。目前，人们使用的造纸增强剂一般为改性淀粉化合物，淀粉是人们的重要的一种粮食资源，造纸工业使用改性淀粉作为造纸的增强剂，存在着“与人争粮”的潜在问题。国内外对以半纤维素作为原料制备造纸工业纸张增强剂的研究较少，主要存在的问题是半纤维素接枝改性困难，所制备的半纤维素基增强剂性能较低，使其在应用中受限，本发明以期解决半纤维素基造纸增强剂难以利用这一问题，加快以半纤维素作为原料的造纸增强剂产业化发展进程。
发明内容
为了解决以上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半纤维素基纸张增强剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的改性半纤维素基纸张增强剂。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种改性半纤维素基纸张增强剂的制备方法，包括如下制备步骤：
将半纤维素、聚乙二醇和异氰酸酯加入到N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，搅拌混合均匀，氮气保护下升温至80～110℃反应8～12h，反应产物经洗涤、干燥，得到所述改性半纤维素基纸张增强剂。
优选地，所述混合溶剂中N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积比1:9～5:5。
优选地，所述搅拌混合均匀的时间为10～20min，搅拌过程在氮气气氛下进行。
优选地，所述的洗涤是指用***洗涤。
一种改性半纤维素基纸张增强剂，通过上述方法制备得到。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明的以改性半纤维素为原料的纸张增强剂是以低成本、可再生、可降解的半纤维素作为原料，与以往原材料相比，具有原材料易得的优势，充分考虑了节能和环保原则，这对于资源和环境的可持续性发展具有重要的意义；
(2)本发明所得改性半纤维素基纸张增强剂具有良好的分散性能，可提高使用性能；
(3)本发明所得改性半纤维素基纸张增强剂具有良好的增强性能，在造纸工业等领域中有较好的应用价值；
(4)本发明的制备方法简单，具有良好的实际应用价值。
附图说明
图1为实施例1所得改性半纤维素基纸张增强剂增强的纸张的微观形貌扫描电镜图；
图2为实施例1所得改性半纤维素基纸张增强剂和细小纤维协同增强的纸张的微观形貌扫描电镜图；
图3为经不同增强剂增强后所得纸张的拉伸强度变化图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图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。
实施例1
(1)称量物质的量(摩尔比)为0.29:0.1:1的半纤维素、聚乙二醇(分子量为2000)和异氰酸酯。
(2)配置体积比为1:9的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合液体做为改性半纤维素的反应溶剂；
(3)将步骤(1)的反应物及步骤(2)的溶剂转移到圆底烧瓶中，置于加热搅拌器之上，氮气气氛下搅拌10min，使反应物混合均匀；
(4)将反应温度设置为90℃，反应时间为8h，反应过程中使用氮气进行保护。
(5)将产物用***洗涤3次，室温干燥，得到本实施例的一种改性半纤维素基纸张增强剂。
本实施例所得改性半纤维素基纸张增强剂的应用性能测试：
称取0.1g本实施例所得改性半纤维素基纸张增强剂，使用19.9g去离子水作为溶剂进行分散，得到含改性半纤维素的纸张增强剂溶液。
称取1.6g(以绝干质量计算)造纸二次纤维，然后加入3.2g纸张增强剂溶液、分散、抄纸得到改性半纤维素基纸张增强剂增强的纸张。按同样的方法，按表1所列增强剂加入量制备成纸张，测试所得纸张的拉伸强度，结果如表1所示。
表1
经本实施所得改性半纤维素基纸张增强剂增强的纸张的微观形貌扫描电镜图如图1所示，由图1可以看出：以本实施所得改性半纤维素基纸张增强剂增强的纸张形貌良好，同时改性半纤维素具有较好的分散性能。
经本实施所得改性半纤维素基纸张增强剂(1％)和细小纤维(1％)协同增强的纸张的微观形貌扫描电镜图如图2所示，由图2可以看出：以改性半纤维素为纸张增强剂协同细小纤维添加的纸张形貌良好，同时改性半纤维素和细小纤维具有较好的分散性能。
所得纸张的拉伸强度变化图如图3所示(wp：原造纸二次纤维；wp-FFs：添加1％的细小纤维；WP-1％HSP：添加1％改性半纤维素基纸张增强剂；WP-FFs-1％HSP：添加1％的细小纤维和1％的改性半纤维素基纸张增强剂)。
实施例2
(1)称量物质的量比为0.29:0.1:1的半纤维素、聚乙二醇(分子量为2000)和异氰酸酯。
(2)配置体积比为1:5的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合液体做为改性半纤维素的反应溶剂；
(3)将步骤(1)的反应物及步骤(2)的溶剂转移到圆底烧瓶中，置于加热搅拌器之上，氮气气氛下搅拌15min，使反应物混合均匀；
(4)将反应温度设置为100℃，反应时间为10h，反应过程中使用氮气进行保护。
(5)将产物用***洗涤3次，室温干燥，得到本实施例的一种改性半纤维素基纸张增强剂。
实施例3
(1)称量物质的量比为0.29:0.1:1的半纤维素、聚乙二醇(分子量为2000)和异氰酸酯。
(2)配置体积比为5:5的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合液体做为改性半纤维素的反应溶剂；
(3)将步骤(1)的反应物及步骤(2)的溶剂转移到圆底烧瓶中，置于加热搅拌器之上，氮气气氛下搅拌20min，使反应物混合均匀；
(4)将反应温度设置为110℃，反应时间为8h，反应过程中使用氮气进行保护。
(5)将产物用***洗涤3次，室温干燥，得到本实施例的一种改性半纤维素基纸张增强剂。
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，其它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。

Claims (4)

1.一种改性半纤维素基纸张增强剂的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
将半纤维素、聚乙二醇和异氰酸酯加入到N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中，搅拌混合均匀，氮气保护下升温至80～110℃反应8～12h，反应产物经洗涤、干燥，得到所述改性半纤维素基纸张增强剂；
所述混合溶剂中N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积比1:9～5:5。
2.根据权利要求1所述的一种改性半纤维素基纸张增强剂的制备方法，其特征在于：所述搅拌混合均匀的时间为10～20min，搅拌过程在氮气气氛下进行。
3.根据权利要求1所述的一种改性半纤维素基纸张增强剂的制备方法，其特征在于：所述的洗涤是指用***洗涤。
4.一种改性半纤维素基纸张增强剂，其特征在于：通过权利要求1～3任一项所述的方法制备得到。
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