专利名称：：造纸用改性纤维及其制备方法、以及含有该纤维的纸制品的制作方法
技术领域：
：本发明提供了一种可以明显提高纸制品强度的造纸用改性纤维，还提供了该改性纤维的制备方法以及含有这种纤维的纸制品。本发明属于造纸
技术领域：
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背景技术：
：在生产某些高强度纸种，尤其是像钞票纸、有价票证纸之类的高强度纸张时，由于现有的植物纤维原料自身强度的限制，其强度很难再有较大幅度的提高，人们一直致力于解决这一问题。随着纺织工业的发展以及对化学纤维研究的不断深入，开发出了越来越多的化学纤维新品种，而且，化学纤维在造纸工业中也已经被广泛应用于抄造各种用途的特殊纸张。一些新开发的高性能化学纤维更是为特种纸的研究开发提供了广阔的应用空间，例如，具有高强度和高模量的芳香族聚酰胺纤维(芳纶纤维)和芳香族杂环类纤维(PBO纤维)可用于生产具有耐高温、阻燃、绝缘等特性的特种纸；聚芳醚砜纤维可用于生产耐热、阻燃和抗辐射的特种纸。上述这些特种纸一般都是在特殊的工业环境中使用，因此，添加的纤维虽然也可以提高其强度，但是实际上这些技术方案所注重的是使纸制品具有耐高温、耐热等特殊性能；对于钞票纸、证件纸、票据纸和包装纸，以及平时印刷、书写中较多使用的书写纸、胶印纸、铜版纸等来说，其使用环境较好，采用上述的技术方案来提高其强度，显然是不合适的，不仅会造成资源浪费，而且这些纤维的价格较高，从成本的角度考虑也不合适。许多化学纤维的强度是植物纤维的几倍、几十倍甚至上百倍，加入纸浆浆料中制成嵌制品后，可以大大提高纸制品的强度。目前添加纤维对纸制品进行改性的技术方案中，多是将未经处理的纤维直接添加到造纸的纸浆中，以此来追求成品纸性能的提高。但是，化学纤维的表面一般都比较光滑，对水的浸润性较差，表面活性也比较低，纤维之间难以形成理想的结合。将这些化学纤维与其它纤维原料混合进行抄纸时，在成形过程中，往往存在着纤维难以均匀分散，纸页纤维之间结合强度低等缺点，这大大限制了化学纤维在纸张抄造中的应用以及性能发挥。如果要使化学纤维与植物纤维混合抄纸得到的纸张具有较高的强度，可以对化学纤维进行表面处理或者在抄造过程中进行特殊的处理，以增加不同纤维之间的结合力，从而提高成纸的强度。
发明内容为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种造纸用改性纤维，其是通过对聚乙烯醇(PVA)纤维进行改性而得到的一种PVA改性纤维，将其添加到纸浆浆料中，可以大幅提高抄造得到的纸制品的强度。本发明的目的还在于提供上述造纸用改性纤维的制备方法。本发明的目的还在于提供含有上述造纸用改性纤维的纸制品，该纸制品的强度等性能比未添加纤维以及添加普通造纸用纤维的纸制品有大幅度的提高，同时还具有良好的印刷适性。本发明的目的还在于提供上述纸制品的制备方法。为达到上述目的，本发明首先提供了一种造纸用改性纤维，该纤维是来用改性剂对PVA纤维进行表面改性而得到的改性纤维，其中，所述改性剂包括各种酸、碱和氧化剂等中的一种或几种，例如氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、盐酸、磷酸、乙酸、双氧水、过氧乙酸和高锰酸钾等，当酸或碱与氧化剂复配使用时，酸或碱与氧化剂的质量配比一般为1:6-4:5。为获得本发明提供的造纸用改性纤维的表面改性效果，提高其浸润性和表面活性，增进其与植物纤维原料以及各种造纸助剂之间的结合，可以采用不同的改性剂对PVA纤维进行表面处理，因此，本发明所采用的改性剂可以是一种化合物，也可以是两种或两种以上化合物的复配。选择两种化合物复配时，应选择酸和氧化剂复配使用或选择碱和氧化剂复配使用，而且，应遵循酸和酸性氧化剂复配、碱和碱性氧化剂复配的原则，以获得更好的PVA表面改性效果。在本发明的具体技术方案中，进行改性的PVA纤维均是采用合成纤维领域常用的方法和原料制备的，优选地，进行表面改性的聚乙烯醇纤维是以聚合度为1500-3000，醇解度为90moP/。-99.9moP/。的聚乙烯醇为原料制备的。本发明提供的造纸用改性纤维主要用于添加到纸浆浆料中提高成纸的强度，纤维本身的强度对成纸的强度也有影响，但是本发明旨在对PVA纤维表面进行一定的除油、除杂、改性，在保留纤维原有强度的前提下，使纤维表面形成一种表面微溶的状态，提高其浸润性和活性，提高PVA纤维与其他纤维的结合力，由此提高成纸的强度，因此，本发明的造纸用改性纤维可以称为PVA改性纤维，也可称为PVA增强纤维。本发明还提供了上述造纸用改性纤维的制备方法，其包括将PVA纤维投入改性剂溶液中进行改性处理的过程，其中，改性处理的处理温度为10°C-100°C，优选20。C-80。C，处理时间为10min-180min，优选20min-120min。本发明所提供的上述造纸用改性纤维是通过改性剂对常规的PVA纤维进行表面改性获得的，通过上述形式的改性，可以使造纸用改性纤维能够与纸浆浆料中的植物纤维、造纸助剂等形成良好的结合，提高了纤维的浸润性和表面活性，增强了不同性质的纤维之间的结合力，使含有该造纸用改性纤维的纸制品的强度大大提高，同时由于纤维对水的浸润性也得到了提高，增加了纤维表面的亲水性，可以使纤维在纸张中达到较好的均匀分散效果。为达到较好的改性效果，在对PVA纤维进行表面改性处理的过程中，可以对所采用的改性剂溶液的质量百分比浓度进行控制，优选地，改性剂溶液的质量百分比浓度为0.05°/0-2.0%。并且，在改性剂溶液中，进行表面改性处理的PVA纤维所占的质量百分比(即改性处理的处理浓度，指PVA纤维占改性剂溶液的质量百分比浓度)为0.1%-2.0%。本发明还提供了一种含有造纸用改性纤维的纸制品，其中，该纸制品纸页中含有上述的造纸用改性纤维，相对于绝干浆，造纸用改性纤维在纸页中的质量含量为1-30%。根据上述纸制品用途的不同，可以对纸页中的造纸用改性纤维含量(加入量)进行控制，加入量较大时，纸制品的成本比较高，加入量过大时，成纸的强度反而降低；一般情况下，较高的加入量只用于抄造有特殊要求、需特殊表面处理的纸张。综合考虑纤维加入量对纸制品的增强效果以及成本的影响，一般情况下，相对于绝干浆，造纸用改性纤维在纸页中的质量含量可以控制为3-15%。造纸用改性纤维的尺寸(例如细度、长度等)对于其与纸浆中其他纤维原料的结合具有较大的影响，进而也会影响含有造纸用改性纤维的纸制品的强度，一般所采用的造纸用改性纤维的纤维细度可以为0.8dtex-4.0dtex，优选1.5dtex-2.5dtex。造纸用增强纤维的长度可以控制为2mm-15mm，优选3mm-6mm。另外，在其他条件不变的情况下，要达到最大程度提高成纸强度的目的，所采用的造纸用植物纤维的长度不能太短，而且，纤维应尽可能的分丝帚化。当浆料纤维，即植物纤维自身结合的强度较高时，添加改性纤维后成纸的强度提高幅度会更大一些，即更有利于改性纤维增强效果的发挥。本发明提供的含有造纸用改性纤维的纸制品可以为例如钞票纸、证件纸、票据纸或包装纸等对强度等性能有较高要求的纸制品，可以是纸张，也可以是卡纸、纸板或其纸制品。本发明还提供了上述纸制品的制备方法，其是在纸张抄造过程中将造纸用改性纤维加入到纸浆浆料中，然后再通过常规的抄造工艺得到所需要的纸制品。在本发明提供的技术方案中，通过采用改性剂对PVA纤维进行表面改性，改善了造纸用改性纤维的表面状况，提高了其表面的活性、亲水性和浸润性；将上述造纸用改性纤维按一定配比与纸浆浆料(包括植物纤维原料、造纸助剂等)混匀用于纸张抄造，造纸用改性纤维与其他纤维以及造纸助剂反应形成良好的结合，能够显著提高所制备的纸制品的各项强度指标，同时，由于造纸用改性纤维表面的亲水性和浸润性的提高，该纤维在纸页中的分散性也较好。本发明采用的纤维是常用的PVA纤维，与制造特种纸所采用的其他纤维相比，更适合于添加到造纸浆料中，提高普通纸张的强度等性能，而且，抄造得到的纸制品的成本相对较低，损纸易于回收处理，不会污染环境。上述造纸用改性纤维不仅适用于例如书写纸、胶印纸、铜版纸等一般纸种的抄造，更适用于例如钞票纸、有价票证纸之类的高强度纸张的抄造。根据所生产纸种的不同，与现有的纸制品相比，本发明所提供的造纸用改性纤维可使成纸的裂断长提高8%-50%，耐折度提高20%-300%，撕裂度提高40%-150%，耐破度提高10°/。-70%;与添加普通PVA纤维抄造得到的纸张相比，其各种性能也能得到较大的提高。而且，添加造纸用改性纤维后，纸张具有良好的印刷适性，不会出现掉毛、掉粉等现象。具体实施例方式以下通过具体实施例进一步介绍本发明的实施及其效果，目的在于帮助阅读者更好地理解本发明的实质和精神，不能构成对本发明实施范围的限定。实施例l:(1)将16。/。的PVA(平均聚合度2200、醇解度99mo1。/。)纺丝原液通过带有10000个70pm直径的圆形喷丝孔的喷丝头，压入到硫酸钠(30%固含量)做凝固剂的凝固浴(卯。C)中，将制成的纤维用第一罗拉巻绕，喷丝头的金属板与第一罗拉之间的张力控制在0.040-0.055N/dtex之间，然后经过4倍湿拉伸、拉伸热处理(热拉伸温度23(TC)、上油等工序，制成PVA纤维。该纤维具有2.1dtex的细度，8.8cN/dtex的强度。(2)将上述(1)中获得的PVA纤维切至4mm长，投入到质量浓度为0.1%的氢氧化钠溶液中进行表面改性处理，其中，处理温度为30'C，处理浓度为0.5%，处理时间为50min，处理后用清水冲洗至pH值为中性后，得到造纸用改性纤维。(3)将上述(2)中的湿态形式的造纸用改性纤维以8%的质量百分比(相对于绝干浆)添加到纸浆桨料中，按照常规抄造工艺抄造成定量为90g/m2的纸张。进行强度指标对比，添加有该种造纸用改性纤维的纸张的强度明显提高，如表1所示。实施例2:(1)将实施例1步骤(1)中获得的PVA纤维切至4mm长，投入到(质量浓度为0.1%的氢氧化钠和0.5%的双氧水)混合液中进行表面改性处理，其中，处理温度为50。C，处理浓度为0.5%，处理时间为30min，处理后用清水冲洗至pH值为中性后，得到表面改性的造纸用改性纤维。(2)将上述(1)中的湿态形式的造纸用改性纤维按照实施例1中步骤(3)所述的相同方法抄造成纸。(3)对添加有该种造纸用改性纤维的纸张和未添加纤维的同批次纸张进行强度指标对比，添加有该种造纸用改性纤维的纸张的强度明显提高，如表1所示。对比例l:(1)将实施例1步骤(1)中制得的PVA纤维切短至4mm长，并按照实施例1中步骤(3)所述的相同方法抄造成纸。(2)对添加有该种PVA纤维的纸张和添加有造纸用改性纤维的同批次纸张进行强度指标对比，如表1所示。对比例2:不向纸浆桨料中添加造纸用改性纤维，其它均按照实施例1中的步骤(3)所述的相同方法抄造成纸张，成纸强度指标如表l所示。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>纤维分散程度实验例:以针叶浆制备定量80g/n^的手抄片为例，观察造纸用改性纤维的分散程度。取1.25g造纸用改性纤维和625g质量浓度为4%的针叶木浆并加1500g自来水，连同造纸用改性纤维和浆料一起倒入标准疏解器(300r/min)中疏解5min后取出，用自来水稀释一定浓度后，在Rapid-K6thenBlattbildner-sheetFormer(PTI公司产，RK-3A型)抄片器上抄造并烘干成定量为80g/n^的手抄片，所得手抄片用放大镜迎光观察造纸用改性纤维的分散程度，可以看到造纸用改性纤维在纸张中能够均匀分散。权利要求1、一种造纸用改性纤维，该纤维是采用改性剂对聚乙烯醇纤维进行表面改性而得到的改性纤维，其中，所述改性剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、盐酸、磷酸、乙酸、双氧水、过氧乙酸和高锰酸钾中的一种或几种。2、如权利要求l所述的造纸用改性纤维，其中，进行表面改性的聚乙烯醇纤维是以聚合度为1500-3000，醇解度为90mol。/。-99.9mol。/。的聚乙烯醇为原料制备的。3、权利要求l-2任一项所述的造纸用改性纤维的制备方法，其包括将聚乙烯醇纤维投入改性剂溶液中进行改性处理的过程，其中，所述改性处理的处理温度为20°C-80°C，处理时间为20min-120min。4、如权利要求3所述的制备方法，其中，所述改性剂溶液的质量百分比浓度为0.05%-2.0%。5、如权利要求4所述的制备方法，其中，所述改性处理的处理浓度为0.10/0-2.0%。6、一种含有造纸用改性纤维的纸制品，其中，该纸制品纸页中含有权利要求l-2任一项所述的造纸用改性纤维，相对于绝干浆，所述造纸用改性纤维在纸页中的质量含量为1-30%。7、如权利要求6所述的纸制品，其中，相对于绝干浆，所述造纸用改性纤维在纸页中的质量含量为3-15%。8、如权利要求6或7所述的纸制品，其中，所述造纸用改性纤维的纤维细度为0.8dtex-4.0dtex。9、如权利要求8所述的纸制品，其中，所述造纸用改性纤维的纤维细度为1.5dtex-2.5dtex。10、如权利要求6或7所述的纸制品，其中，所述造纸用改性纤维的长度为2mm曙15mm。11、如权利要求10所述的纸制品，其中，所述造纸用改性纤维的长度为3mm-6mm。12、如权利要求6所述的纸制品，该纸制品为钞票纸、证件纸、票据纸或包装纸。13、权利要求6-12任一项所述的纸制品的制备方法，其特征在于，在纸张抄造过程中将所述造纸用改性纤维加入纸浆浆料中。全文摘要本发明涉及造纸用改性纤维及其制备方法、以及含有该纤维的纸制品。本发明首先提供了一种造纸用改性纤维，该纤维是采用改性剂对聚乙烯醇纤维进行表面改性而得到的改性纤维，其中，所述改性剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、盐酸、磷酸、乙酸、双氧水、过氧乙酸和高锰酸钾中的一种或几种。本发明还提供了上述造纸用改性纤维的制备方法以及含有造纸用改性纤维的纸制品。通过采用改性剂对PVA纤维进行表面改性，提高了其表面的活性、亲水性和浸润性；将上述造纸用改性纤维与纸浆浆料混匀用于纸张抄造，造纸用改性纤维与其他纤维以及造纸助剂反应形成良好的结合，能够显著提高所制备的纸制品的各项强度指标。文档编号D21H15/02GK101377064SQ2008102239公开日2009年3月4日申请日期2008年10月13日优先权日2008年10月13日发明者刘义龙,刘文琪,吴梅竹,曹秀痕,朱西赏,王存增,王进喜申请人:中国印钞造币总公司