CN116041796A - 一种纳米铜防腐木浆海绵的生产方法 - Google Patents

一种纳米铜防腐木浆海绵的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，该方法以木浆粕作为主要原料，经过碱化、黄化、熟成、混料、发泡成型和水洗工序制备得到。其中，在熟成工序中加入占粘胶中甲种纤维素含量3‑5wt％的纳米铜。本发明生产的纳米铜木浆纤维素海绵具有良好物理机械性能和抗菌性能，易于反复使用；本发明在生产过程中还能有效缩短熟成时间，熟成温度降低，提高生产效率。

Description

一种纳米铜防腐木浆海绵的生产方法
技术领域
本发明属于海绵制品技术领域，具体涉及用天然木纤维作为原料制取木浆海绵的方法。
背景技术
木浆棉为天然纤维，通常在造纸工业中占有重要的地位。木浆海绵也不是纺丝，是适宜酯化度的黏胶经发泡再生而得的多孔纤维素制品；其生产成本低，生产过程简单，适宜印刷上的要求，成为现今比较畅销的日用品。但由于纤维短，非纤维素组份含量高，所以强度差。另外由于木材中的木素和其他非纤维素绝大部分未被除去，用其生产的木浆棉产品易变黄发脆，难以长期保存。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处提供一种强度高，长期使用不易变黄发脆，易于保存的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，包括以木浆粕作为主要原料，经过碱化、黄化、熟成、混料、发泡成型和水洗工序制备得到；其中，在熟成工序中加入占粘胶中甲种纤维素含量3-5wt％的纳米铜。该产品的纤维物理指标和抗菌性能达到较高的要求。
优选所述的纳米铜加入熟成后得到的粘胶中。
上述熟成后得到的粘胶中甲纤：8.8±0.1％；含碱：4.8±0.1％；熟成度：10～15mL(10％氯化铵值)。
所述的纳米铜是以纳米铜分散液的形式加入，具体是将纳米铜粉分散到稀碱液中，并加入分散助剂，研磨后再加入到粘胶中。纳米铜粉在粘胶中分散均匀、无团聚现象，再生的纳米铜木浆纤维素海绵具有良好的物理机械性能及抗菌性能。优选所述的稀碱液的浓度为20％，可以为氢氧化钠溶液等，分散助剂用量为稀碱液质量的5％。
优选上述纳米铜的加入量为粘胶中甲种纤维素含量的5wt％。
优选分散助剂为硫酸酯盐，如月桂醇聚醚硫酸酯钠。
纳米铜粉在粘胶中的分散性能将直接影响木浆纤维素海绵的质量。虽然纳米铜粉体粒径极小，能够满足生产要求，但是极易产生团聚现象，因此在使用过程中对粉体做研磨分散处理。但粘胶的粘度高，粉体直接掺入粘胶中难以分散均匀。本发明先将纳米铜粉分散到特定浓度的稀碱液中，并选用合适的分散助剂硫酸酯盐，经研磨后再混入粘胶中，保证了产品不出现团聚现象且分散均匀。另一方面，通过纳米铜粉不同加入量的对比试验，最终确定最优的纳米铜的加入量为粘胶中甲种纤维素含量的5wt％，保证添加到粘胶中的纳米铜粉具有良好的分散性、纳米铜粘胶纤维具有优良的物理指标和抗菌性能，
本发明在黄化工序中黄化温度缓慢升至35℃，能够缩短黄化时间及减少***危险性。
本发明方法熟成时间低于20小时。
本发明所选用的纳米铜粉为球形粒状，平均粒径200nm，结晶度大，纯度≥99.5％，比表面积≥7.0m2/g，颜色为红褐色，表面活性能高，易于分散。
本发明采用的铜纳米微粒易于和酸性物质反应，形成水溶性的铜离子，溶出铜离子，带正电的铜离子和带负电的细胞膜产生吸附作用，随后穿过细胞壁进入细胞内与巯基反应，破坏细胞合成酶的活性，使细胞丧失***增殖的能力而死亡破坏。特定用量的纳米铜粉加入熟成后得到的粘胶中，在达到抑制木浆海绵中细菌生长，杀菌的效果的同时在细菌死亡后，铜离子会从细菌体内溶出，可起到重复杀菌的作用。
与现有技术比较，本发明的有益效果：
将纳米铜粉与粘胶共混生产纳米铜木浆纤维素海绵，从整个生产过程看:
(1)纳米铜粉在分散液中分散均匀，没出现分层现象；
(2)纳米铜粉分散液与粘胶共混后，纳米铜粉在粘胶中无团聚现象，粘胶指标稳定；
(3)生产的纳米铜木浆纤维素海绵具有良好物理机械性能和抗菌性能，而且耐储存。
(4)生产的产品纤维素结构均匀，海绵易上色。
(5)本发明利用纳米铜粉来替代原有木浆纤维素海绵生产工艺中防腐剂的使用，减少海绵在使用环节对环境的影响。
(6)本发明生产的纳米铜木浆纤维素海绵易于长期反复使用。
(7)本发明能有效缩短熟成时间，熟成温度低，提高生产效率。
附图说明
图1为合格木浆海绵的照片。
图2为对比例2不合格木浆海绵的照片。该海绵纤维素结构欠均匀，海绵染色不均匀。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明进行进一步解释说明：
实施例1
(1)碱化工序：在碱化釜中加入质量浓度20％的氢氧化钠溶液和木浆粕，木浆粕与氢氧化钠溶液的重量比2：9，生成纤维素钠，物料停留时间150分钟，反应温度25℃；
(2)黄化工序：
①黄化：向纤维素钠中通入二硫化碳，二硫化碳投入量为木浆粕质量的40％，黄化温度缓慢升至35℃，黄化反应时间为5小时，生成纤维素磺酸酯；
②水解：在纤维素磺酸酯中加入与上述氢氧化钠溶液体积相同的室温纯水，使纤维素黄酸酯分散后充分溶解，制成分散均匀的溶解性黏胶，反应温度35℃，水解终温25℃；
(3)熟成工序：将溶解性黏胶转入中间储罐静置10小时得到的粘胶中甲纤:8.8±0.1％；含碱:4.8±0.1％；熟成度:10～15mL(10％氯化铵值)，再加入占粘胶中甲种纤维素含量5wt％的纳米铜，熟成工序中温度25℃。
纳米铜粉为球形粒状，平均粒径200nm，纯度≥99.5％，比表面积≥7.0m2/g，颜色为红褐色。
纳米铜以纳米铜分散液形式加入，具体是将纳米铜粉分散到稀碱液中，稀碱液为浓度20％的氢氧化钠，并加入稀碱液质量5％的分散助剂月桂醇聚醚硫酸酯钠，研磨均匀。
(4)粉碎工序：将木浆粕用粉碎机粉碎，获得白色棉花状的增强纤维；
(5)混合工序：将熟成的黏胶与硫酸钠晶体、色浆、纯水以及增强纤维按1.2：6：0.01：0.2：0.06重量比例投入混合器，搅拌混合均匀得到均相捏塑体；
(6)电解工序：将均相捏塑体注入发泡模具，并对模具通电得纤维素海绵体；上述电解工序中，通电时间1.2小时，电压80～110ν。
(7)水洗工序：将纤维素海绵体经浓盐水洗、稀盐水洗、二道次氯酸钠漂洗和清水漂洗，除去盐分和杂质，再用保湿溶液浸渍挤干，即得木浆海绵。
所述浓盐水是电解析出的浓盐水，稀盐水是用清水漂洗经过浓盐水洗的海绵后的含盐水，盐水洗温度不低于50℃；一道次氯酸钠浓度1000ppm，二道次氯酸钠浓度800ppm，清水洗温度为室温。
本发明产品在温度25℃，湿度50％RH条件下，储存3个月，海绵依然颜色亮丽，无黑斑、海绵拉力等综合性能好(见图1)，5组平行产品具体性能见表1。
表1
Figure BDA0003549903220000041
拉力检测标准：GB/T6344-2008
外观正常：目测孔径均匀，无大孔，无霉变黑点，颜色亮丽。
对比例1
(1)碱化工序：在碱化釜中加入质量浓度20％的氢氧化钠溶液和木浆粕，木浆粕与氢氧化钠溶液的重量比2：9，生成纤维素钠，物料停留时间150分钟，反应温度25度；
(2)黄化工序：
①黄化：向纤维素钠中通入二硫化碳，二硫化碳投入量为木浆粕质量的40％，生成纤维素磺酸酯，黄化反应时间为5小时；
②水解：在纤维素磺酸酯中加入与上述氢氧化钠溶液体积相同的室温纯水，使纤维素黄酸酯分散后充分溶解，制成分散均匀的溶解性黏胶，反应温度35℃，水解终温25℃；
(3)熟成工序：将溶解性黏胶转入中间储罐，静置10小时得到的粘胶中甲纤:8.8±0.1％；含碱:4.8±0.1％；熟成度:10～15mL(10％氯化铵值)，再加入占粘胶中甲种纤维素含量10wt％的纳米铜，熟成工序中温度25℃。
纳米铜粉为球形粒状，平均粒径200nm，结晶度大，纯度≥99.5％，比表面积≥7.0m2/g，颜色为红褐色。
纳米铜以纳米铜分散液形式加入，所述的纳米铜分散液是将纳米铜粉分散到稀碱液中，稀碱液浓度为20％，并加入5％分散助剂硫酸酯盐，研磨均匀。
(4)粉碎工序：将木浆粕用粉碎机粉碎，获得白色棉花状的增强纤维；
(5)混合工序：将熟成的黏胶与硫酸钠晶体、色浆、纯水以及增强纤维按比例投入混合器，搅拌混合均匀得到均相捏塑体；1.2：6：0.01：0.2：0.06；
(6)电解工序：将均相捏塑体注入发泡模具，并对模具通电得纤维素海绵体；上述电解工序中，通电时间1.2小时，电压80～110V。
(7)水洗工序：将纤维素海绵体经浓盐水洗、稀盐水洗、二道次氯酸钠漂洗和清水漂洗，除去盐分和杂质，再用保湿液浸渍挤干，即得木浆海绵。
所述浓盐水是电解析出的浓盐水，稀盐水是用清水漂洗经过浓盐水洗的海绵后的含盐水，盐水洗温度不低于50℃；一道次氯酸钠浓度1000ppm，二道次氯酸钠浓度800ppm，清水洗温度为室温。
本发明加入占粘胶中甲种纤维素含量10wt％的纳米铜，拉力降低，产品手感偏硬，不柔软。5组平行产品在温度25℃，湿度50％RH条件下，储存3个月，产品外观、拉力等性能见表2。
表2
Figure BDA0003549903220000051
拉力检测标准：GB/T6344-2008
外观正常：目测孔径均匀，无大孔，无霉变黑点，颜色亮丽。
对比例2
(1)碱化工序：在碱化釜中加入质量浓度20％的氢氧化钠溶液和木浆粕，木浆粕与氢氧化钠溶液的重量比2：9，生成纤维素钠，物料停留时间150分钟，反应温度25℃；
(2)黄化工序：
①黄化：向纤维素钠中通入二硫化碳，二硫化碳投入量为木浆粕质量的40％，生成纤维素磺酸酯，黄化反应时间为5小时；
②水解：在纤维素磺酸酯中加入与上述氢氧化钠溶液体积相同的室温纯水，使纤维素黄酸酯分散后充分溶解，制成分散均匀的溶解性黏胶，反应温度35℃，水解终温25℃；
(3)熟成工序：将溶解性黏胶转入中间储罐，加入占粘胶中甲种纤维素含量5wt％的纳米铜，静置10小时得到的粘胶中甲纤:8.8±0.1％；含碱:4.8±0.1％；熟成度:10～15mL(10％氯化铵值)，熟成工序中温度25℃。
纳米铜粉为球形粒状，平均粒径200nm，结晶度大，纯度≥99.5％，比表面积≥7.0m2/g，颜色为红褐色。
纳米铜以纳米铜分散液形式加入，所述的纳米铜分散液是将纳米铜粉分散到稀碱液中，并加入5％分散助剂月桂醇聚醚硫酸酯钠，研磨均匀。
(4)粉碎工序：将木浆粕用粉碎机粉碎，获得白色棉花状的增强纤维；
(5)混合工序：将熟成的黏胶与硫酸钠晶体、色浆、纯水以及增强纤维按1.2：6：0.01：0.2：0.06重量比例投入混合器，搅拌混合均匀得到均相捏塑体；
(6)电解工序：将均相捏塑体注入发泡模具，并对模具通电得纤维素海绵体；上述电解工序中，通电时间1.2小时，电压80～110ν。
(7)水洗工序：将纤维素海绵体经浓盐水洗、稀盐水洗、二道次氯酸钠漂洗和清水漂洗，除去盐分和杂质，再用保湿溶液浸渍挤干，即得木浆海绵。
所述浓盐水是电解析出的浓盐水，稀盐水是用清水漂洗经过浓盐水洗的海绵后的含盐水，盐水洗温度不低于50℃；一道次氯酸钠浓度1000ppm，二道次氯酸钠浓度800ppm，清水洗温度为室温。
本实施例是在熟化之前加入纳米铜，生成的纤维素孔径结构欠均匀，海绵不易上色，染色不均匀(见图2)。5组平行产品在温度25℃，湿度50％RH条件下储存3个月，产品拉力有所下降，详见表3。
表3
Figure BDA0003549903220000061
Figure BDA0003549903220000071
拉力检测标准：GB/T6344-2008
对比例3
其余步骤同实施例1，不同之处在于不使用纳米铜分散液，而是在水洗工序中最后用常规防霉保湿混合溶液(防霉剂：烷基二甲基苄基氯化铵；保湿剂：氯化镁)浸渍挤干。
5组平行产品在温度25℃，湿度50％RH条件下储存3个月，产品变黄发脆。产品拉力等性能见表4。
表4
Figure BDA0003549903220000072
拉力检测标准：GB/T6344-2008
外观正常：目测孔径均匀，无大孔，无霉变黑点，颜色亮丽。
本发明中未具体指明的生产条件均为常规。上述实施例为本发明最佳实施例，并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，该方法包括以木浆粕作为主要原料，经过碱化、黄化、熟成、混料、发泡成型和水洗工序制备得到，其特征在于在熟成工序中加入占粘胶中甲种纤维素含量3-5wt％的纳米铜。
2.根据权利要求1所述的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，其特征在于所述的纳米铜粉加入熟成后得到的粘胶中。
3.根据权利要求2所述的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，其特征在于熟成后得到的粘胶中甲种纤维素：8.8±0.1％；含碱：4.8±0.1％；熟成度：10～15mL。
4.根据权利要求1所述的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，其特征在于所述的纳米铜是以纳米铜分散液的形式加入，具体是将纳米铜粉分散到稀碱液中，并加入分散助剂，研磨。
5.根据权利要求4所述的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，其特征在于所述的稀碱液的浓度为20％。
6.根据权利要求4所述的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，其特征在于分散助剂为硫酸酯盐。
7.根据权利要求6所述的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，其特征在于分散助剂用量为稀碱液质量的5％。
8.根据权利要求1所述的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，其特征在于纳米铜的加入量为粘胶中甲种纤维素含量的5wt％。
9.根据权利要求1所述的纳米铜防腐木浆海绵的生产方法，其特征在于纳米铜粉为球形粒状，平均粒径200nm，纯度≥99.5％，比表面积≥7.0m2/g。
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