[发明专利]阳离子纳米微晶纤维素作为纸张增强剂的应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种阳离子纳米微晶纤维素纸张增强剂的应用，属于造纸技术领域。

(二)背景技术

在煤、石油和天然气等不可再生资源日益枯竭的现状下，充分开发利用可再生资源成为必然趋势。天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源，是自然界中分布最广的生物高分子，它存在于各种各样的生物如植物、动物以及一些细菌等中。纳米微晶纤维素(Nanocrystalline cellulose，NCC)是从天然纤维中提取出的一种纳米级的纤维素，它不仅具有纳米颗粒的特征，还具有一些独特的强度和光学性能，有广阔的应用前景。

NCC在纳米复合材料中应用，作为填料具有无机填料无法比拟的优点，具有种类多样、可再生、密度小、强度和杨氏模量高、低能量损耗、低价格、加工性能优异、易于接枝和再循环等优点。NCC在纳米复合材料领域中作为新型的、天然可降解的增强剂的应用，已经得到了深入的研究，并取得了重大进展。

纸张强度和纤维间结合强度的大小有关，而纤维间结合的强度与结合部内形成的氢键、共价键的数量和质量直接相关。纸张强度的提高可以通过打浆、提高长纤维的配比和使用增强剂来实现。由于通过打浆和提高长纤维配比来提高纸的强度存在较多缺点，如动力消耗大、纤维滤水性低、纸张孔隙度减少、挺度下降、撕裂度变弱等。但使用增强剂来提高纸的强度则不存在上述问题。干增强剂分子的结构特点是含有多羟基、胺基或羧基的高分子聚合物，这是与纤维素分子间形成氢键结合的基础，是增强剂的起作用的主要原因。造纸增强剂的种类很多，包括合成聚合物造纸助剂，如聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯亚胺(PEI)等；改性淀粉系列助剂，如阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、非离子型淀粉、淀粉的接枝共聚物等；纤维素、甲壳素衍生物及植物胶类助剂。然而，一般的水溶性造纸增强剂对纸张的增强作用受到其在纤维表面吸附量的限制，对纤维间分子水平结合面积的提高有限。为此，近年来发展了各种新型的增强技术来提高增强剂在纤维表面的吸附量，提高纤维间的有效接触面积，以进一步提高对纸张的增强幅度。纳米纤维增强技术就是一个很好的新型增强技术。NCC具有巨大的比表面积，况且表面含有丰富的羟基和羧基，若将其加入纸浆中，其与纸浆纤维能够紧密的结合，从而提高了纸浆纤维之间的结合力，所以NCC在制浆造纸中作为增强剂有很好的发展前景。随着对NCC研究的深入，NCC改性的研究也在进行。对NCC进行阳离子化改性，发现改性产物的粒径和尺寸没有发生大的变化，而带正电的NCC不仅可以与纤维素纤维形成氢键，而且可以通过电荷中和机理和纤维素之间形成键合，从而使纸张强度有较大幅度的提高。

(三)发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种阳离子纳米微晶纤维素作为造纸增强剂的应用，能提高纸浆纤维之间的结合力，从而提高纸张强度。

所述的阳离子纳米微晶纤维素造纸增强剂是通过对植物纤维原料或纸浆进行酸处理或生物酶处理，得到纳米微晶纤维素，然后对纳米微晶纤维素进行阳离子改性得到的。

本发明的技术方案如下：

一种阳离子纳米微晶纤维素作为造纸增强剂的应用，所述的阳离子纳米微晶纤维素是按以下方法制备的：

(1)以漂白针叶木硫酸盐浆、漂白阔叶木硫酸盐浆、微晶纤维素(MCC)或棉花为原料，采用下列酸水解法或生物酶水解法制备纳米微晶纤维素：

酸水解法：

将原料打碎，过20目筛，在20℃-65℃下加入浓度30-64wt％的盐酸或30-64wt％的硫酸，使酸与原料的体积质量比(5～15)∶1，单位毫升比克，原料以绝干料计；搅拌下，反应10-70min，然后将悬浮液用9-10倍体积的去离子水稀释以终止反应。所得产物用去离子水反复离心冲洗至pH值5.0～5.5。将得到产物放入透析袋中，用流动的去离子水透析至恒定pH值。透析后的悬浮液在冰水浴中进行超声波振荡处理5-50min。得到纳米微晶纤维素胶体悬浮液。或者，

生物酶水解法：

将原料打碎，过20目筛，原料放入锥形瓶中，向锥形瓶中加水，再加入缓冲液调节溶液的pH值到6-7，加入纤维素酶，每克绝干原料加入纤维素酶5000～80000IU，置于摇床中，调温度到40-60℃，振荡速度为50-250r/min，反应24-72h使纤维素发生酶解。反应结束后，取出样品，离心分离，得到纳米微晶纤维素胶体悬浮液。