一种快速检测纳米纤维素在纸张中留着率的方法与流程

本发明属制浆造纸技术领域，具体涉及一种快速检测纳米纤维素在纸张中留着率的方法。

背景技术：

近年来，大量研究报道表明纳米纤维素能够有效提高纸张的物理强度，有望作为一种绿色环保的造纸助剂，运用于纸张或纸板的增强。在造纸生产中，为及时指导生产、控制造纸助剂的不合理流失，常需对助剂的留着率进行及时、准确地测定。目前，造纸助剂留着率的测定方法主要有灼烧法（测灰分法）、离心分离法（测重量法）和分光光度法（比色法）。一般而言，灼烧法仅适用于测定无机造纸助剂在纸张中的留着率；离心分离法是通过测定白水中固形物含量从而计算造纸助剂的留着率，但操作过程复杂且精确度较低；分光光度法是一种快速、简捷、高精度的检测方法，但纳米纤维素对紫外或紫外可见光谱没有特征吸收峰，难于用该方法准确检测。因此，有必要开发一种更简捷、准确的方法测定纳米纤维素在纸张的留着率。

纳米纤维素维纤丝属于微纳米尺寸，具有较高的比表面积，对染料分子具有极强的吸附固着能力。此外，染料分子在紫外或紫外可见光谱下均具有特征吸收峰。因此，运用纤维染料对纳米纤维素进行染料标记，染料标记后的纳米纤维素也存在相同的特征吸收峰。在抄纸过程中，测定白水中染料标记的纳米纤维素的吸光度，将能够简捷、准确地检测其在纸张中的留着率。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有测定造纸助剂在纸张中留着率方法的不足，先将纳米纤维素进行染料标记，再用染料标记后的纳米纤维素与纸浆纤维配抄。通过测定白水中纳米纤维纤丝的吸光度，从而实现简捷、准确地测定纳米纤维纤丝在抄纸过程中的留着率。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种快速检测纳米纤维素在纸张中留着率的方法，该方法包括以下步骤：

将木质纤维素浆料进行酶解处理后，再进行研磨、染料标记、高压均质处理得到染料标记的纳米纤维素，将其与纸浆纤维配抄，测定白水的吸光度。

优选的，该方法具体包括以下步骤：

（1）将木质纤维素浆料进行磨浆处理；

（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解处理；

（3）将步骤（2）酶处理后的浆料进行纳米化机械研磨处理；

（4）向步骤（3）纳米化机械研磨处理后浆料进行染料标记；

（5）将步骤（4）染料标记后的浆料继续进行高压均质处理；

（6）运用步骤（5）均质后的纳米纤维素与纸浆进行配抄，并收集纸张成型后的白水；

（7）运用分光光度法测定步骤（6）所得白水的吸光度。

进一步优选的，步骤（1）中，磨浆处理后浆料的浓度为10wt%-30wt%。

进一步优选的，步骤（2）中，所述酶解处理时浆料浓度为1wt%-10wt%，ph为4.5-6，温度为35-60℃，时间为5-40h。

进一步优选的，步骤（2）中，所述的酶是能够使纤维结构松散的酶。

进一步优选的，所述的酶为纤维素复合酶、打浆酶或内切酶。

进一步优选的，步骤（3）中，所述机械研磨处理时浆料浓度为0.1wt‰-1.5wt‰，压力为0-60mpa。

进一步优选的，步骤（4）中，所述染色时搅拌的温度为30-90℃，转速为50-800r/min，时间为5-36h。

进一步优选的，步骤（4）中，所述染料的用量为50g/kg-200g/kg绝干浆。

进一步优选的，步骤（5）中，所述高压均质处理中均质内部流体压力为70-250mpa。

进一步优选的，步骤（6）中，对收集的白水进行定容。

进一步优选的，步骤（7）中，分光光度计的吸收波长为200-800nm。

进一步优选的，该方法的具体步骤如下：

（1）将纤维素浆料进行磨浆处理，浆料浓度在10%-25%之间；

（2）将上述处理后的浆料进行酶解，浆料浓度为1%-10%，ph为4.5-6，温度为40-60℃，酶解时间为5-36h；

（3）将上述酶解后的浆料进行纳米化机械研磨处理，调节浆浓为0.01%-1.5%，压力为0-400mpa；

（4）向上述纳米化机械研磨后的浆料中加入一定量的染料液，并搅拌，转速为500-800r/min，温度为50-80℃；

（5）将上述染料标记后的浆料进行高压均质处理，均质压力70-250mpa；

（6）将上述均质后的纳米纤维素与纸浆进行配抄，收集纸张成型后的白水并检测其吸光度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明所制得的染料标记的纳米纤维素在水中不掉色，能够准确反映纳米纤维素在白水中的含量；

（2）本发明能够简捷、快速地测定纳米纤维素在纸浆中的留着率，能够及时指导生产、控制纳米纤维素的不合理流失。

附图说明

图1为不同入射波长下染料标记后纳米纤维素的吸光度图。

图2为染料标记后纳米纤维素在504nm波长下的吸光度曲线图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的具体实施作进一步的具体说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明对所用木质纤维素原料的种类、来源并没有特殊的限制，下面以直接大红染料和针叶木浆为例。

实施例1

（1）将60g针叶木浆料进行磨浆处理，处理后浆料浓度为10wt%；

（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解，先把纤维素复合酶（酶活力为180pfu/g）溶解于去离子水中，得纤维素酶液；再用酶解液调节浆料浓度为5wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在ph为5.5，50℃下酶处理3h；

（3）将步骤（2）酶处理后的浆料进行机械研磨处理，机械研磨时加去离子水调节浆料浓度为1wt‰，在40mpa压力下研磨4次；

（4）将步骤（3）研磨后的浆料过滤后加入直接大红4b中，其中直接大红4b的用量为100g/kg(相对于绝干浆)，于50℃、转速为300r/min条件下搅拌4h进行染色；

（5）将步骤（4）所得浆料过滤后放进超高压纳米匀质机（nanodebee）中进行高压均质处理，均质压力为100mpa，得染料标记的纳米纤维素；

（6）用步骤（5）匀质后染料标记的纳米纤维素与针叶木浆配抄，染料标记的纳米纤维素的添加量为1wt%（相对于绝干浆），收集纸张成型后的白水并定容至500ml；

（7）在504nm波长下检测步骤（6）所收集白水的吸光度。

结果：所得染料标记的纳米纤维素在波长504nm处有特征吸收峰，如图1所示。将染料标记的纳米纤维素配制成不同浓度（100mg/ml、200mg/ml、400mg/ml、600mg/ml、800mg/ml、1000mg/ml），其吸光度与浓度之间的关系为y=0.0015x（如图2所示）。所得白水的吸光度为0.043，白水中纳米纤维素含量为14.22mg，纸张中纳米纤维素的含量为4.6mg，纳米纤维素在纸张中的留着率为24.54%，检测所用时间为5min。

采用称重法对白水中的固形物进行离心干燥后，称重检测步骤（6）所得纸张中纳米纤维素的留着率为24.63%，检测所用时间为24h。

实施例2

（1）将60g针叶木浆料进行磨浆处理，处理后浆料浓度为15wt%；

（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解，先把纤维素复合酶（酶活力为180pfu/g）溶解于去离子水中，得纤维素酶液；再用酶解液调节浆料浓度为2wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在ph为5.5，在40℃下酶处理36h；

（3）将步骤（2）酶处理后的浆料进行机械研磨处理，机械研磨时加去离子水调节浆料浓度为1wt‰，在压力为60mpa下研磨4次；

（4）将步骤（3）研磨后的浆料过滤后加入直接大红4b中，其中直接大红4b的用量为100g/kg(相对于绝干浆)，于60℃、转速为900r/min条件下搅拌7h进行染色；

（5）将步骤（4）所得浆料过滤后放进超高压纳米匀质机（nanodebee）中进行高压均质处理，均质压力为200mpa，得染料标记的纳米纤维素；

（6）用步骤（5）匀质后染料标记的纳米纤维素与针叶木浆配抄，染料标记的纳米纤维素的添加量为12wt%（相对于绝干浆），收集纸张成型后的白水并定容至500ml；

（7）在504nm波长下检测步骤（6）所收集白水的吸光度。

结果：根据吸光度与染料标记的纳米纤维素浓度之间的关系（如图2所示），所得白水的吸光度为0.406，白水中纳米纤维素含量为135.27mg，纸张中纳米纤维素的含量为90.8mg，纳米纤维素在纸张中的留着率为40.17%，检测所用时间为5min。

采用称重法对白水中的固形物进行离心干燥后，称重检测步骤（6）所得纸张中纳米纤维素的留着率为40.31%，检测所用时间为24h。

实施例3

（1）将60g针叶木浆料进行磨浆处理，处理后浆料浓度为25wt%；

（2）将步骤（1）处理后的浆料进行酶解，先把纤维素复合酶（酶活力为180pfu/g）溶解于去离子水中，得纤维素酶液；再用酶解液调节浆料浓度为10wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在ph为4.8，在60℃下酶处理15h；

（3）将步骤（2）酶处理后的浆料进行机械研磨处理，机械研磨时加去离子水调节浆料浓度为1wt‰，在压力为40mpa下研磨4次；

（4）将步骤（3）研磨后的浆料过滤后加入直接大红4b中，其中直接大红4b的用量为100g/kg(相对于绝干浆)，于70℃、转速为200r/min条件下搅拌12h进行染色；

（5）将步骤（4）所得浆料过滤后放进超高压纳米匀质机（nanodebee）中进行高压均质处理，均质压力为250mpa，得染料标记的纳米纤维素；

（6）用步骤（5）匀质后的染料标记的纳米纤维素与针叶木浆配抄，染料标记的纳米纤维素的添加量为30wt%（相对于绝干浆），收集纸张成型后的白水并定容至500ml；

（7）在504nm波长下检测步骤（6）所收集白水的吸光度。

结果：根据吸光度与染料标记的纳米纤维浓度之间的关系（如图2所示），所得白水的吸光度为0.798，白水中纳米纤维素含量为265.93mg，纸张中纳米纤维素的含量为299.3mg，纳米纤维素在纸张中的留着率为52.95%，检测所用时间为5min。

采用称重法对白水中的固形物进行离心干燥后，称重检测步骤（6）所得纸张中纳米纤维素的留着率为54.85%，检测所用时间为24h。

以上说明本发明所得的染料标记的纳米纤维素能够简捷、快速地测定纳米纤维素在纸浆中的留着率，及时指导生产、控制纳米纤维素的不合理流失。

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所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、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。