[发明专利]一种改性复合纤维材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性复合纤维材料及其制备方法和应用，所述改性复合纤维材料中分散有微纳米木质素纤维素；其中，以纸浆纤维的质量为100％计，所述微纳米木质素纤维素的质量百分含量为1‑10％。本发明最后得到的改性复合纤维材料具有优异的机械强度，其中，抗张指数在23N·m²/g以上，环压指数在4.3N·m/g以上。

技术领域

本发明属于改性材料技术领域，涉及一种改性复合纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

纤维素是由D-吡喃式葡萄糖组成，通过β-1,4糖苷键连接而成的线型高分子聚合物，它是自然界一种可再生的资源。纳米纤维素是指有较大长宽比，纤维达到纳米级别(直径介于1-100nm之间)的线型材料。纤维素分子间通过氢键使部分纤维素形成紧密有序结晶结构，并不是所有的纤维素都会形成结晶结构，还有一部分的非结晶区。无定形态纤维素可以通过机械、酶降解或化学方法除去，从而得到纳米纤维素。根据得到的纳米纤维素的尺寸、制备方法和来源不同，其通常可以分为三类：纤维素纳米纤维，纤维素纳米晶和细菌纳米纤维素。木素纳米纤维素是在不脱除木素或少量脱除木素的条件下，将原料中的纤维素复合体在化学处理和高机械力作用下，进行微纳米化形成纳米级的材料。

瓦楞纸是最常见的包装纸材料，主要选用废纸进行生产，原料多为未漂白的纸浆。快递和包装业的快速发展，瓦楞纸的需求量越来越大。与此同时，国家连续出台限制政策，限制国外的废纸进口，导致国内原料紧张，原料问题成为制约该产品的重要因素；另一方面，在制备瓦楞纸的过程中，因为大量化学品的使用，导致水中的阴离子垃圾富集，电导率提高，污染物增加，使瓦楞纸生产水环境越来越差，而随着环保要求的越来越高，则废水的处理越来越困难，也给造纸过程带来了诸多问题，天然环保的造纸添加剂和新型原料的需要日趋强烈。

纳米纤维素作为从天然纤维原料中提取的纳米材料，具有较大的比表面积、高羟基含量、强吸附性等纳米材料特性，纯纳米纤维素的纸张增强效果已得到证实。研究发现纳米纤维素平均颗粒尺寸大小的减少量和抗张强度的增加量成反比。另外，TEMPO氧化预处理和酶预处理的均化过程相同，TEMPO氧化预处理要比酶预处理改善纸张机械强度的效果更好。Salam等人认为微米结晶纤维素加入到旧瓦楞纸(OCC)浆中能够改善抗张指数和耐破指数，虽然纳米纤维素在纸张增强领域具有较好的应用效果和潜力，但纳米纤维素本身的制备过程导致得率较低和成本较高，限制了其在相关领域的应用。

CN102080343A公开了一种阴离子纳米微晶纤维素作为纸张增强剂的应用，所述阴离子纳米微晶纤维素是以纸浆、微晶纤维素或棉花为原料，采用酸水解法或生物酶水解法制备纳米微晶纤维素，然后加入阴离子改性试剂进行改性，最后向疏解好的浆料中加入0.1-10％的阴离子改性纳米微晶纤维素悬浮液，抄成纸张，该纸张具有较好的生物相容性，但是制备方法太过复杂，并且在制备过程中采用的废水依旧会对环境造成危害，且对纸张的增强效果较小。

因此，需要开发一种改性瓦楞纸及其增强方法，增强效果明显且制备方法简单。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性复合纤维材料及其制备方法和应用。本发明提供的改性复合纤维材料机械强度高，压缩性好；同时本发明提供的制备方法可以降低化学品的用量，减少污染。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性复合纤维材料，所述改性复合纤维材料包括纸浆纤维和分散在纸浆纤维中的微纳米木质素纤维素。

其中，以纸浆纤维的质量为100％计，所述微纳米木质素纤维素的质量百分含量为1-10％，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％等。

在本发明中，所述“微纳米木质素纤维素”是指含有木质素成分的微纳米纤维素，可以理解为含有木质素，且直径尺寸在1nm～1μm以内的纤维素材料。