CN111270562A - 一种网格纹纸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种网格纹纸。其按照质量份，包括100份纸浆、20‑30份木质素、10‑15份细菌纤维素以及1‑1.5 FPU/g的淀粉酶。本发明通过细菌纤维素的添加能够提高纸张的物理强度，同时通过少量淀粉酶，降低细菌纤维素的聚合度，使得细菌纤维素中的醛基结合到木质素的酚羟基上，提高细菌纤维素与木质素的结合度，进一步提高纸张强度。

Description

一种网格纹纸
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种网格纹纸。
背景技术
二次纤维及非木材纤维原料在我国造纸工业中占有非常大的比重。然而，大部分二次纤维及非木材纤维基纸张物理性能略低，不能适应现代工业对高性能纸基复合材料的需求，因而研发高效纸张增强剂具有重要意义。
细菌纤维素是一种新兴的生物材料，其是指在不同条件下，由醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等中的某种微生物合成的纤维素的统称。其中比较典型的是醋酸菌属中的葡糖醋杆菌，它具有最高的纤维素生产能力，被确认为研究纤维素合成、结晶过程和结构性质的模型菌株。细菌纤维素的合成是一个通过大量多酶复合体系精确调控的多步反应过程，首先是纤维素前体尿苷二磷酸葡萄糖的合成，然后寡聚CS复合物又称末端复合连续地将吡喃型葡萄糖残基从UDPGlu转移到新生成的多糖链上，形成葡聚糖链，并穿过外膜分泌到胞外，最后经多个葡聚糖链装配、结晶与组合形成超分子织态结构。
细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度(可达95%，植物纤维素的为65%)和高的聚合度(DP值2 000~8 000)。细菌纤维素纤维是由直径3~4 纳米的微纤组合成40~60 纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构。细菌纤维素的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且抗张强度高。细菌纤维素有很强的持水能力，未经干燥的细菌纤维素的WRV值高达1000% 以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600%。经100℃干燥后的细菌纤维素在水中的再溶胀能力与棉短绒相当。细菌纤维素有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性。细菌纤维素生物合成时的可调控性。
日本在造纸工业中，将醋酸菌纤维素加入纸浆，可提高纸张强度和耐用性，同时解决了废纸回收再利用后，纸纤维强度大为下降的问题。加细菌纤维于普通纸浆可造出高品质特殊用纸。Ajinomoto公司与三菱公司合作开发用于流通货币制造的特级纸，印制的美元质量好、抗水、强度高。用细菌纤维改性的高级书写纸吸墨均匀性、附着性好。由于纳米级超细纤维对物体极强的缠绕结合能力和拉力强度，使细菌纤维机械匀浆后与各种相互不亲和的有机、无机纤维材料混合制造不同形状用途的膜片、无纺布和纸张产品十分牢固。在制造过滤吸附有毒气体的碳纤维板时，加入醋酸菌纤维素，可提高碳纤维板的吸附容量，减少纸中填料的泄漏。
细菌纤维素虽然可以用于造纸中，但总的来说，还存在用量多导致成本上升、不能很好地与纸浆接合、不能均匀分布在纸浆中的问题。
发明内容
本发明要解决上述问题，提供一种网格纹纸。
本发明解决问题的技术方案是，提供一种网格纹纸，按照质量份，包括100份纸浆、20-30份木质素、10-15份细菌纤维素以及1-1.5 FPU/g的淀粉酶。
纸浆是以植物纤维为原料，经不同加工方法制得的纤维状物质。可根据加工方法分为机械纸浆、化学纸浆和化学机械纸浆，也可根据所用纤维原料分为木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆、竹浆、破布浆等。纸浆中构成纤维的主要成分为纤维素，另外还有不同程度的半纤维素、木素、树脂、色素、果胶和灰分等物质。本申请中可以采用任意植物纤维的纸浆，优选为杨木浆、麦草浆、马尾松浆、桉木浆中的一种或几种的混合。
细菌纤维素的制备可以采用不同的培养方法，如静态培养和动态培养，利用醋酸菌可以得到不同高级结构的纤维素。通过调节培养条件，也可得到化学性质有差异的细菌纤维素。例如，在培养液中加入水溶性高分子如羧甲基纤维素、半纤维素、壳聚糖、荧光染料以及葡聚糖内切酶等可获得不同微结构和聚集行为的纤维。此外，改变不同葡萄糖衍生物碳源，可控制微纤维的纳米尺寸。
木质素是由三种醇单体(对香豆醇、松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物。木质素是三种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，为次生壁主要成分。木质素主要位于纤维素纤维之间，起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物(纤维素是第一位)。木质素既可以从纸浆蒸煮废液中提取，也可以直接购于市售。
优选地，还包括0.01-0.03份四丁基硫酸氢铵。
优选地，还包括10-15份对羟基苯甲酸。
优选地，通过以下步骤制备：
（1）将木质素加入到水中，搅拌并加热至80-100℃得到悬浮液A；
（2）将纸浆进行蒸汽***处理后加入悬浮液A中，保持80-100℃，疏解20-30min后，降温至30-35℃，得到悬浮液B；
（3）向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶，保持温度为30-35℃，疏解10-15min后，静置1-2h，再疏解10-15min，制得浆料；
（4）将浆料抄纸制得基纸。
优选地，其中蒸汽***参数为：纸浆预浸水分含量为5-10%，蒸汽压强为1.0-2.0MPa，处理时间为60-90s。
优选地，向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶后，调节pH至8-10，并加入四丁基硫酸氢铵，加热至40-60℃，搅拌2-4h后，调节pH至4-5，然后疏解、静置、疏解。
优选地，步骤（3）中，调节pH至4-5后，加入对羟基苯甲酸，然后疏解、静置、疏解。
优选地，以质量分数为10-30%的氢氧化钠溶液调节pH至8-10。
优选地，以质量分数为30-50%的稀硫酸溶液调节pH纸4-5。
优选地，所述细菌纤维素为葡萄糖醋杆菌属、醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属中的一种或几种微生物合成的纤维素。
本发明的有益效果：
1.抄纸原料中加入了细菌纤维素，细菌纤维素具有极高的纤维素纯度及结晶度、精细的微观网状结构，能够于纸浆、木质素复合，从而能效提高纸张的物理强度。
2.通过少量淀粉酶，降低细菌纤维素的聚合度，使得细菌纤维素中的醛基结合到木质素的酚羟基上，提高细菌纤维素与木质素的结合度，进一步提高纸张强度。
3.通过蒸汽***工艺，提高纸浆和木质素的结合度，从而使得与木质素结合的细菌纤维更稳定地结合于纸浆，进一步提高纸张强度。
4.添加四丁基硫酸氢铵，四丁基硫酸氢铵包括季胺盐离子和硫酸氢根离子，其中季胺盐离子能够对细菌纤维素进行改性，增强了细菌纤维素与纸浆纤维上的阴离子基团的结合，增强了其作为纸张增强剂的效果。硫酸氢根离子能够氧化细菌纤维中的醛基，生成的羧基能够与木质素的羟基结合，进一步提高结合度。
5.添加对羟基苯甲酸，进一步提高木质素和细菌纤维素的结合。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，并对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种网格纹纸，由以下方法制备：
（1）按照质量份，准备100份马尾松浆、25份木质素、12份细菌纤维素、1.2 FPU/gBF7658菌的α-淀粉酶、0.02份四丁基硫酸氢铵以及12份对羟基苯甲酸。
其中，细菌纤维素由葡萄糖醋杆菌分泌而成。细菌培养基的成分主要为：发酵椰子水50 mL，硫酸铵0.1g，硫酸镁0.1 g，磷酸二氢钾0.1 g，蔗糖3.0 g，蒸馏水50 mL，用NaOH调节pH值至4.1，100 ℃灭菌5 min。将培养基置于250 mL烧杯中，接种5%（V/V）葡萄糖醋杆菌在温度为30℃下静置培养6天，得到细菌纤维素。
（2）将木质素加入到水中，搅拌并加热至90℃得到悬浮液A。
（3）将马尾松浆进行蒸汽***处理后加入悬浮液A中，保持90℃，送入疏解机疏解25min后，降温至32℃，得到悬浮液B。其中蒸汽***时，马尾松浆的含水量为8%，蒸汽压强为1.5MPa，处理时间为80s。
（4）向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶，以20%的氢氧化钠溶液调节pH至9后，加入四丁基硫酸氢铵，加热至50℃，搅拌3h后，以40%的稀硫酸溶液调节pH至4.5。然后加入对羟基苯甲酸，降温至32℃，疏解12min后，静置1.5h，再疏解12min，制得浆料。
（5）将浆料抄纸制得基纸。
实施例2
一种网格纹纸，由以下方法制备：
（1）按照质量份，准备100份杨木浆、20份木质素、10份细菌纤维素、1 FPU/g BF7658菌的α-淀粉酶、0.01份四丁基硫酸氢铵以及10份对羟基苯甲酸。
其中，细菌纤维素由葡萄糖醋杆菌分泌而成。细菌培养基的成分主要为：发酵椰子水50 mL，硫酸铵0.1g，硫酸镁0.1 g，磷酸二氢钾0.1 g，蔗糖3.0 g，蒸馏水50 mL，用NaOH调节pH值至4.1，100 ℃灭菌5 min。在培养基中接种5%（V/V）葡萄糖醋杆菌，置于机械搅拌式发酵罐中培养6 天，发酵条件为温度30℃、通气量1.8 L空气/min/L、搅拌转速200 r/min，得到细菌纤维素。
（2）将木质素加入到水中，搅拌并加热至80℃得到悬浮液A。
（3）将杨木浆进行蒸汽***处理后加入悬浮液A中，保持80℃，疏解20min后，降温至30℃，得到悬浮液B。其中蒸汽***时，杨木浆的含水量为5%，蒸汽***压强为1MPa，处理时间为60s。
（4）向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶，以10%的氢氧化钠溶液调节pH至8后，加入四丁基硫酸氢铵，加热至40℃，搅拌2h后，以30%的稀硫酸溶液调节pH至4。然后加入对羟基苯甲酸，降温至30℃，疏解10min后，静置1h，再疏解10min，制得浆料。
（5）将浆料抄纸制得基纸。
实施例3
一种网格纹纸，由以下方法制备：
（1）按照质量份，准备100份杨木浆、30份木质素、15份细菌纤维素、1.5 FPU/g BF7658菌的α-淀粉酶、0.03份四丁基硫酸氢铵以及15份对羟基苯甲酸。
其中，细菌纤维素由八叠球菌分泌而成。细菌培养基的成分主要为：发酵椰子水50mL，硫酸铵0.1g，硫酸镁0.1 g，磷酸二氢钾0.1g，蔗糖3.0g，蒸馏水50 mL，用NaOH调节pH值至4.1，100 ℃灭菌5 min。在培养基中接种5%（V/V）八叠球菌，置于机械搅拌式发酵罐中培养6 天，发酵条件为温度30℃、通气量1.8 L空气/min/L、搅拌转速200 r/min，得到细菌纤维素。
（2）将木质素加入到水中，搅拌并加热至100℃得到悬浮液A。
（3）将杨木浆进行蒸汽***处理后加入悬浮液A中，保持100℃，疏解30min后，降温至35℃，得到悬浮液B。其中进行蒸汽***时，杨木浆的含水量为10%，蒸汽***压强为2MPa，处理时间为90s。
（4）向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶，以30%的氢氧化钠溶液调节pH至10，并加入四丁基硫酸氢铵，加热至60℃，搅拌4h后，以50%的稀硫酸溶液调节pH至5，加入对羟基苯甲酸，然后降温至35℃，疏解15min后，静置2h，再疏解15min，制得浆料。
（5）将浆料抄纸制得基纸。
实施例4
一种网格纹纸，由以下方法制备：
（1）按照质量份，准备100份杨木浆、22份木质素、13份实施例1中制得的细菌纤维素、1.1FPU/g BF7658菌的α-淀粉酶、0.01份四丁基硫酸氢铵。
（2）将木质素加入到水中，搅拌并加热至85℃得到悬浮液A。
（3）将杨木浆进行蒸汽***处理后加入悬浮液A中，保持85℃，疏解22min后，降温至32℃，得到悬浮液B。其中进行蒸汽***时，杨木浆的含水量均为7%，蒸汽***压强为1.5MPa，处理时间为65s。
（4）向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶，以15%的氢氧化钠溶液调节pH至8，并加入四丁基硫酸氢铵，加热至45℃，搅拌2.5h后，以30%的稀硫酸溶液调节pH至5，然后降温为32℃，疏解13min后，静置1h，再疏解13min，制得浆料。
（5）将浆料抄纸制得基纸。
实施例5
一种网格纹纸，由以下方法制备：
（1）按照质量份，准备100份麦草浆、28份木质素、11份细菌纤维素、1.3FPU/g BF7658菌的α-淀粉酶。
其中，其中，细菌纤维素由醋酸菌分泌而成。细菌培养基的成分主要为：发酵椰子水50 mL，硫酸铵0.1g，硫酸镁0.1 g，磷酸二氢钾0.1 g，蔗糖3.0 g，蒸馏水50 mL，用NaOH调节pH值至4.1，100 ℃灭菌5 min。将培养基置于250 mL烧杯中，接种5%（V/V）醋酸菌在温度为30℃下静置培养6天，得到细菌纤维素。
（2）将木质素加入到水中，搅拌并加热至95℃得到悬浮液A。
（3）将麦草浆进行蒸汽***处理后加入悬浮液A中，保持95℃，疏解28min后，降温至30℃，得到悬浮液B。其中进行蒸汽***时，麦草浆的含水量均为7%，蒸汽***压强为1.8MPa，处理时间为85s。
（4）向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶，保持温度为30℃，疏解12min后，静置2h，再疏解12min，制得浆料。
（5）将浆料抄纸制得基纸。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种网格纹纸，其特征在于：按照质量份，包括100份纸浆、20-30份木质素、10-15份细菌纤维素以及1-1.5 FPU/g的淀粉酶。
2.根据权利要求1所述的一种网格纹纸，其特征在于：还包括0.01-0.03份四丁基硫酸氢铵。
3.根据权利要求2所述的一种网格纹纸，其特征在于：还包括10-15份对羟基苯甲酸。
4.根据权利要求1所述的一种网格纹纸，其特征在于：通过以下步骤制备：
（1）将木质素加入到水中，搅拌并加热至80-100℃得到悬浮液A；
（２）将纸浆进行蒸汽***处理后加入悬浮液A中，保持80-100℃，疏解20-30min后，降温至30-35℃，得到悬浮液B；
（３）向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶，保持温度为30-35℃，疏解10-15min后，静置1-2h，再疏解10-15min，制得浆料；
（４）将浆料抄纸制得基纸。
5.根据权利要求4所述的一种网格纹纸，其特征在于：步骤（3）中，向悬浮液B中同时加入细菌纤维素和淀粉酶后，调节pH至8-10，并加入四丁基硫酸氢铵，加热至40-60℃，搅拌2-4h后，调节pH至4-5，然后疏解、静置、疏解。
6.根据权利要求5所述的一种网格纹纸，其特征在于：步骤（3）中，调节pH至4-5后，加入对羟基苯甲酸，然后疏解、静置、疏解。
7.根据权利要求5所述的一种网格纹纸，其特征在于：以质量分数为10-30%的氢氧化钠溶液调节pH至8-10。
8.根据权利要求5所述的一种网格纹纸，其特征在于：以质量分数为30-50%的稀硫酸溶液调节pH至4-5。
9.根据权利要求1所述的一种网格纹纸，其特征在于：所述细菌纤维素为葡萄糖醋杆菌属、醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属中的一种或几种微生物合成的纤维素。
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