一种提高纸张强度的多功能助剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种提高纸张强度的多功能助剂及其制备方法


背景技术：

2.食品在贮存、运输和销售过程中极易受到氧气、水分、光线、灰尘以及化学和微生物的污染，导致不可食用从而产生巨大的食物浪费。食品工业中常用食品包装来保护食品免受不必要的环境干扰，而国内外占据食品包装业的多为石油基一次性包装，所用材料不易生物降解，易在环境中积累，导致严重的环境污染和食品安全问题。纸作为一种可生物降解的材料，由于其成本低、使用方便且能较好地保护被包装产品，现已广泛应用于食品包装领域。但是普通的纸基材料功能性的不足使其应用受到了极大的限制。为了扩大纸基材料的应用范围，通常采用涂布、浸渍、浆内添加、纤维接枝改性等方法来改善纸张性能。其中，涂布法是最经济有效的方法，受到越来越多的关注。
3.磷石膏是磷化工企业在生产磷铵化肥或湿法生产磷酸过程中排放的以caso4·
2h2o为主要成分的工业副产物。将磷石膏制成磷石膏晶须在造纸行业中的应用主要可考虑两个主攻方向，即用作纸张填料或用作涂布颜料.磷石膏晶须用于纸张填料，可提高纸张的松厚度并降低生产成本，但磷石膏晶须溶解度较大，填料留着率较低，并在白水循环过程中加重白水负荷；将磷石膏晶须用于造纸涂布颜料，不仅可以提高磷矿废弃物的综合利用率，保护天然矿产资源，而且使用过程中基本上不考虑晶须的溶解度问题，有利于造纸工业新型涂布颜料的开发，促进造纸涂布技术的发展。但是如何提高涂布材料与纸张的结合性能以及涂布材料中各组分的界面性能成为涂布技术研究的关键。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种提高纸张强度的多功能助剂及其制备方法，本发明首先采用木质素和单宁与六亚甲基二异氰酸酯进行预聚合，然后加入聚乙二醇进行交联反应，使得木质素和单宁酸分子作为活性链段进入到聚氨酯分子中，然后加入改性磷石膏晶须，制得的多功能助剂与纸张基体结合性能好，可有效改善纸张的强度。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
6.一种提高纸张强度的多功能助剂，所述多功能助剂是单宁酸、木质素与六亚甲基二异氰酸酯预聚合后加入聚乙二醇进行交联反应最后再与改性磷石膏晶须混合制得；所述改性磷石膏晶须是预处理后的磷石膏晶须依次采用磷酸和氨水进行处理。
7.作为上述技术方案的优选，所述改性磷石膏晶须的制备方法为：将磷石膏采用清水清洗后重新分散在水中并加入生石灰搅拌处理，过滤；预处理后的磷石膏分散在水中制得浓度为0.15
‑
0.25g/ml的分散液，向分散液中加入磷酸调节分散液的ph为1，然后搅拌条件下加入氨水调节分散液的ph为9
‑
10，滴加结束后搅拌反应1
‑
3h，之后过滤，将得到的沉淀
洗涤，制得改性磷石膏晶须。
8.作为上述技术方案的优选，所述磷石膏、生石灰的质量比为50：(1
‑
2)；所述搅拌处理的时间为30
‑
60min。
9.为了更好的解决上述技术问题，本发明还提供了如下技术方案：
10.一种提高纸张强度的多功能助剂的制备方法，包括以下步骤：
11.将木质素、单宁酸分别溶解于二甲基亚砜中制得木质素溶液、单宁酸溶液，分别向木质素溶液、单宁酸溶液中加入六亚甲基二异氰酸酯进行预聚合制得预聚物a、预聚物b；将预聚物a、预聚物b混合后加入聚乙二醇室温下搅拌交联反应，然后加入改性磷石膏晶须的二甲基亚砜分散液，搅拌混合制得多功能助剂。
12.作为上述技术方案的优选，所述木质素的平均分子量为5170，其多分散系数为2.16；所述聚乙二醇为聚乙二醇400。
13.作为上述技术方案的优选，所述木质素溶液、单宁酸溶液的浓度分别为15
‑
20wt％、3
‑
5wt％。
14.作为上述技术方案的优选，所述预聚合的温度为50
‑
60℃，预聚合的时间为30
‑
40min。
15.作为上述技术方案的优选，所述六亚甲基二异氰酸酯、聚乙二醇、木质素、单宁酸的质量比为3.5：3：(1
‑
2)：(0.2
‑
0.4)。
16.作为上述技术方案的优选，所述搅拌交联反应的转速为1500
‑
3500转/分，搅拌交联反应的时间为1
‑
3h.
17.作为上述技术方案的优选，所述改性磷石膏晶须的二甲基亚砜分散液的浓度为5
‑
10wt％，改性磷石膏晶须与木质素的质量比为(0.25
‑
0.45)：1，所述搅拌混合的时间为30
‑
60min。
18.由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
19.本发明采用木质素与六亚甲基二异氰酸酯混合进行预聚合反应，木质素中的羟基可与六亚甲基二异氰酸酯中的异氰酸酯基团交联反应；本发明还采用单宁和六亚甲基二异氰酸酯混合进行预聚合反应，单宁分子末端的羟基也可与六亚甲基二异氰酸酯中的异氰酸酯基团交联反应，最后再加入聚乙二醇进行室温交联制得单宁酸以及木质素改性的聚氨酯基体，单宁酸、木质素以活性链段的形式引入到改性的聚氨酯中，从而提高了聚氨酯的性能。本发明还加入了改性的磷石膏晶须，其在单宁酸的作用下可在聚氨酯基体中实现很好的分散。
20.本发明制得的多功能助剂用于纸张涂布时可有效渗透到纸纤维之间，提高纤维之间的结合力，从而改善纸张的强度。而且木质素和单宁酸的改性还提高了纸张的耐紫外线性能。
具体实施方式
21.下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
22.实施例1
23.将50g磷石膏采用500ml清水清洗后重新分散在500ml水中并加入1g生石灰搅拌处
理30min，过滤；预处理后的磷石膏分散在水中制得浓度为0.15g/ml的分散液，向分散液中加入磷酸调节分散液的ph为1，然后搅拌条件下加入氨水调节分散液的ph为9，滴加结束后搅拌反应1h，之后过滤，将得到的沉淀洗涤，制得直径为1μm、长度为13μm的改性磷石膏晶须；
24.将木质素、单宁酸分别溶解于二甲基亚砜中制得浓度为20wt％的木质素溶液、浓度为5wt％的单宁酸溶液，分别向10g木质素溶液、8g单宁酸溶液中加入3.5g六亚甲基二异氰酸酯在50℃下进行预聚合30min制得预聚物a、预聚物b；将预聚物a、预聚物b混合后加入3g聚乙二醇室温、1500转/分的转速下搅拌交联反应1h，然后加入7g浓度为10wt％的改性磷石膏晶须的二甲基亚砜分散液，搅拌混合30min制得多功能助剂。
25.实施例2
26.将50g磷石膏采用500ml清水清洗后重新分散在500ml水中并加入1.5g生石灰搅拌处理60min，过滤；预处理后的磷石膏分散在水中制得浓度为0.2g/ml的分散液，向分散液中加入磷酸调节分散液的ph为1，然后搅拌条件下加入氨水调节分散液的ph为9，滴加结束后搅拌反应1.5h，之后过滤，将得到的沉淀洗涤，制得直径为1.5μm、长度为13.5μm的改性磷石膏晶须；
27.将木质素、单宁酸分别溶解于二甲基亚砜中制得浓度为20wt％的木质素溶液、浓度为5wt％的单宁酸溶液，分别向10g木质素溶液、8g单宁酸溶液中加入3.5g六亚甲基二异氰酸酯在50℃下进行预聚合30min制得预聚物a、预聚物b；将预聚物a、预聚物b混合后加入3g聚乙二醇室温、2000转/分的转速下搅拌交联反应2h，然后加入7g浓度为10wt％的改性磷石膏晶须的二甲基亚砜分散液，搅拌混合40min制得多功能助剂。
28.实施例3
29.将50g磷石膏采用500ml清水清洗后重新分散在500ml水中并加入1g生石灰搅拌处理40min，过滤；预处理后的磷石膏分散在水中制得浓度为0.2g/ml的分散液，向分散液中加入磷酸调节分散液的ph为1，然后搅拌条件下加入氨水调节分散液的ph为10，滴加结束后搅拌反应3h，之后过滤，将得到的沉淀洗涤，制得直径为1μm、长度为13.5μm的改性磷石膏晶须；
30.将木质素、单宁酸分别溶解于二甲基亚砜中制得浓度为20wt％的木质素溶液、浓度为5wt％的单宁酸溶液，分别向10g木质素溶液、8g单宁酸溶液中加入3.5g六亚甲基二异氰酸酯在55℃下进行预聚合30min制得预聚物a、预聚物b；将预聚物a、预聚物b混合后加入3g聚乙二醇室温、2500转/分的转速下搅拌交联反应1h，然后加入7g浓度为10wt％的改性磷石膏晶须的二甲基亚砜分散液，搅拌混合30min制得多功能助剂。
31.实施例4
32.将50g磷石膏采用500ml清水清洗后重新分散在500ml水中并加入2g生石灰搅拌处理50min，过滤；预处理后的磷石膏分散在水中制得浓度为0.15g/ml的分散液，向分散液中加入磷酸调节分散液的ph为1，然后搅拌条件下加入氨水调节分散液的ph为10，滴加结束后搅拌反应2h，之后过滤，将得到的沉淀洗涤，制得直径为2μm、长度为13μm的改性磷石膏晶须；
33.将木质素、单宁酸分别溶解于二甲基亚砜中制得浓度为20wt％的木质素溶液、浓度为5wt％的单宁酸溶液，分别向10g木质素溶液、8g单宁酸溶液中加入3.5g六亚甲基二异
氰酸酯在55℃下进行预聚合30min制得预聚物a、预聚物b；将预聚物a、预聚物b混合后加入3g聚乙二醇室温、3500转/分的转速下搅拌交联反应2h，然后加入7g浓度为10wt％的改性磷石膏晶须的二甲基亚砜分散液，搅拌混合30min制得多功能助剂。
34.实施例5
35.将50g磷石膏采用500ml清水清洗后重新分散在500ml水中并加入2g生石灰搅拌处理60min，过滤；预处理后的磷石膏分散在水中制得浓度为0.25g/ml的分散液，向分散液中加入磷酸调节分散液的ph为1，然后搅拌条件下加入氨水调节分散液的ph为10，滴加结束后搅拌反应3h，之后过滤，将得到的沉淀洗涤，制得直径为1.5μm、长度为13.2μm的改性磷石膏晶须；
36.将木质素、单宁酸分别溶解于二甲基亚砜中制得浓度为20wt％的木质素溶液、浓度为5wt％的单宁酸溶液，分别向10g木质素溶液、8g单宁酸溶液中加入3.5g六亚甲基二异氰酸酯在50℃下进行预聚合30min制得预聚物a、预聚物b；将预聚物a、预聚物b混合后加入3g聚乙二醇室温、3500转/分的转速下搅拌交联反应3h，然后加入7g浓度为10wt％的改性磷石膏晶须的二甲基亚砜分散液，搅拌混合60min制得多功能助剂。
37.对比例
38.将50g磷石膏采用500ml清水清洗后重新分散在500ml水中并加入2g生石灰搅拌处理60min，过滤；预处理后的磷石膏分散在水中制得浓度为0.25g/ml的分散液，向分散液中加入磷酸调节分散液的ph为1，然后搅拌条件下加入氨水调节分散液的ph为10，滴加结束后搅拌反应3h，之后过滤，将得到的沉淀洗涤，制得直径为1.5μm、长度为13.2μm的改性磷石膏晶须；
39.将木质素、单宁酸分别溶解于二甲基亚砜中制得浓度为20wt％的木质素溶液、浓度为5wt％的单宁酸溶液，将10g木质素溶液、8g单宁酸溶液、3.5g六亚甲基二异氰酸酯、3g聚乙二醇混合，然后加入0.07g二月桂酸二丁基锡在50℃下反应210min，然后冷却至室温，加入7g浓度为10wt％的改性磷石膏晶须的二甲基亚砜分散液，搅拌混合60min制得多功能助剂。
40.将上述实施例以及对比例中制得的多功能助剂采用zy
‑
yb
‑
b4涂布机涂布在纤维纸表面，涂布量为10g/m3，固化处理，对制得的涂布纸进行性能测试。结果如表1所示。
41.表1
[0042][0043][0044]
从上述测试结果可以看出，本发明采用木质素、单宁酸与六亚甲基二异氰酸酯预先聚合制得的多功能助剂能有效改善纸张的强度。
[0045]
此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。