一种改性木粉材料及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明属于植物资源再利用的新材料领域，具体公开了一种改性木粉材料及其制备方法和应用。所述改性木粉材料由以下质量份数的成分制备得到：木粉100份、改性剂5～50份、催化剂5～50份、水50～300份。本发明制得的改性木粉材料可以添加5～30％(对纸浆用量)在抄纸中，增强纸张干强度和挺度，帮助留着；或添加5～40％(对施胶淀粉用量)在表面施胶淀粉中，节约淀粉，改善纸表面性质，特别是明显提高成纸强度。
【专利说明】
一种改性木粉材料及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于植物资源再利用的新材料领域，具体涉及一种改性木粉材料及其制备 方法和应用。
【背景技术】
[0002] 木粉是木材深加工的副产物，包括木材边角料及枝丫材粉碎及锯末等，木材加工 过程产生20 %以上的木粉废料，可见来源非常丰富，价格很低廉，很多被废弃或作为燃料取 能，部分作为纤维填料，深加工较少。木粉材料化学组成与造纸机械浆相同，只是由于尺寸 细小、结构紧密，这种类似无机填料的性质完全可以利用在造纸过程中。但是，木粉既不同 于纸浆也不同于无机填料，开发在造纸中的应用必须进行改性，以增加木粉与纸浆的相互 作用。目前木粉暂没有改性产品用于造纸抄造过程和表面施胶过程的技术文献。
[0003]造纸抄纸过程是将纸浆和其它化学品在水性体系中通过网部拦截成片材的过程， 要求是水性体系中所加的填料、增强剂、施胶剂、染料等等成分尽量多地保留在纸中，这样 需要添加助留剂，这类材料一方面是帮助添加材料的保留，另一方面自身能提高纸品的强 度，这类高分子材料成本很高。表面施胶是在成纸表面进行涂布处理，从而使纸张获得一定 的强度和防水性的方法。由于具有不会干扰纸浆中湿部化学品的添加，不会干扰纤维与纤 维之间的氢键结合，没有施胶剂的随水流失，能减少造纸废水的负荷，能降低纸的两面差， 胶液利用效率高等特点，尤其是具有明显提高纸的强度和抗水性等优点，使表面施胶方法 得到广泛应用。但淀粉是人们的粮食来源，且价格并不低，如能开发部分代替施胶淀粉的新 材料，保证成纸强度和防水性质量，同时价格低廉，原料来源丰富，使用方便，安全环保，将 具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种改性木粉材 料。
[0005] 本发明的另一目的在于提供上述改性木粉材料的干法改性方法。
[0006] 本发明的再一目的在于提供上述改性木粉材料的应用。
[0007] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0008] -种改性木粉材料，由以下质量份数的成分制备得到： 木粉 100份 改性剂 5~50份
[0009] 催化剂 5~50份 水 50~300份。
[0010] 所述改性木粉材料优选由以下质量份数的成分制备得到： 木粉 100汾 改性剂 20~30份
[0011] 催化剂 10~40份 水 50~丨00份。
[0012] 所述的木粉选自各种木材加工后产生的粉料，细度50~500目。
[0013] 所述的改性剂为具有醚化功能的化学品，这里指3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵 (CTA)〇
[0014] 所述的催化剂为具有碱性的物质，包括弱酸强碱盐，金属氢氧化物，优先氢氧化 钠。
[0015] 所述的水优选蒸馏水。
[0016] 上述改性木粉材料的制备方法，包含以下步骤：
[0017] (1)醚化剂反应生成:将改性剂与催化剂反应，生成具有醚化功能的环氧化物，加 入水，制得醚化剂；
[0018] (2)木粉改性:将步骤（1)中制得的醚化剂加入木粉中，于50~95°C保温1~3小时， 制得改性木粉材料，降温出料。
[0019]本发明制备过程一直保持低速搅拌，转速100~200rpm，得到具有一定增强交联能 力的木粉。
[0020] 上述改性木粉材料的应用，所述改性木粉材料可以添加5~30% (对纸浆用量)在 抄纸中，增强纸张干强度和挺度，帮助留着;或添加5~40 % (对施胶淀粉用量)在表面施胶 淀粉中，节约淀粉，改善纸表面性质，特别是明显提高成纸强度。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0022]本发明制得的改性木粉材料可以添加5~30% (对纸浆用量)在抄纸中，增强纸张 干强度和挺度，帮助留着;或添加5~40% (对施胶淀粉用量)在表面施胶淀粉中，节约淀粉， 改善纸表面性质，特别是明显提高成纸强度。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 本发明实施例中的木粉购于江门市新会区双水镇木江伟华香料厂。
[0024] 实施例1
[0025]以下各物质成分均按质量份计。
[0026] (1)醚化剂反应生成:将20份CTA与30份NaOH反应，生成具有醚化功能的环氧化物， 加水50份，制得醚化剂。
[0027] (2)木粉改性：将步骤（1)制得的醚化剂加入100份100目木粉中，于80°C保温2小 时，制得改性木粉材料，降温出料。
[0028]施胶液制备:将常规表面施胶剂与氧化淀粉混合，两者比例为20:1(重量比），同时 添加硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂质量比1:1，作为对比施胶液;将本实施例所制得改 性木粉材料加入氧化淀粉中，加入量10% (对氧化淀粉质量比），混合均匀后即得施胶液。
[0029] 分别将上述对比施胶液和本实施例制得的施胶液在原纸上施涂后测试，施涂量选 择lg/m2。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸（105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用 Cobb值1分钟测量。结果如下：
[0030] 本实施例制得的施胶液：施涂后吸水值31GSM，抗张指数58.4N · m/g，环压指数 11.5N · m/g；
[0031] 对比施胶液（不加改性木粉材料相同条件下）：施涂后吸水值31GSM，抗张指数 54.8N · m/g，环压指数 10.5N · m/g。
[0032] 实施例2
[0033]以下各物质成分均按质量份计。
[0034] (1)醚化剂反应生成:将30份CTA与40份NaOH反应，生成具有醚化功能的环氧化物， 加水100份，制得醚化剂。
[0035] (2)木粉改性:将步骤（1)制得的醚化剂加入100份200目木粉中，于60°C保温3小 时，制得改性木粉材料，降温出料。
[0036] 抄纸过程：阔叶浆板疏解后，添加0.2%的助留剂(对纸浆质量比），将本实施例所 制得改性木粉材料加入浆料中，加入量20% (对纸浆质量比），混合均匀后按80GSM抄片； [0037]阔叶浆板疏解后，添加0.2%的助留剂(对纸浆质量比），按80GSM抄片，作为空白1; [0038]阔叶浆板疏解后，按80GSM抄片，作为空白2。
[0039] 对比只添加助留剂不加改性木粉材料的抄片结果(空白1)以及不加助留剂也不加 改性木粉材料的抄片结果(空白2)。结果如下：
[0040] 加入本实施例制得的改性木粉材料的抄片结果：抗张指数17.5N · m/g，挺度 9.6mN · m；
[0041 ]空白 1，抗张指数 16 · 5N · m/g，挺度7 · 4mN · m;
[0042] 空白2,抗张指数14.5N · m/g，挺度5.9mN · m。
[0043] 实施例3
[0044] 以下各物质成分均按质量份计。
[0045] (1)醚化剂反应生成：将5份CTA与10份NaOH反应，生成具有醚化功能的环氧化物， 加水100份，制得醚化剂。
[0046] (2)木粉改性:将步骤（1)制得的醚化剂加入100份300目木粉中，于50°C保温3小 时，制得改性木粉材料，降温出料。
[0047]施胶液制备:将常规表面施胶剂与氧化淀粉混合，两者比例为20:1(重量比），同时 添加硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂质量比1:1，作为对比施胶液;将本实施例所制得改 性木粉材料加入氧化淀粉中，加入量10% (对氧化淀粉质量比），混合均匀后即得施胶液。
[0048] 分别将上述对比施胶液和本实施例制得的施胶液在原纸上施涂后测试，施涂量选 择lg/m2。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸（105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用 Cobb值1分钟测量。结果如下：
[0049] 本实施例制得的施胶液：施涂后吸水值29GSM，抗张指数61.4N · m/g，环压指数 11.9N · m/g；
[0050] 对比施胶液（不加改性木粉材料相同条件下）：施涂后吸水值31GSM，抗张指数 54.8N · m/g，环压指数 10.5N · m/g。
[0051 ] 实施例4
[0052]以下各物质成分均按质量份计。
[0053] (1)醚化剂反应生成:将50份CTA与50份ΝΑ0Η反应，生成具有醚化功能的环氧化物， 加水50份，制得醚化剂。
[0054] (2)木粉改性:将步骤（1)制得的醚化剂加入100份500目木粉中，于70°C保温3小 时，制得改性木粉材料，降温出料。
[0055]抄纸过程：阔叶浆板疏解后，添加0.2%的助留剂(对纸浆质量比），将本实施例所 制得改性木粉材料加入浆料中，加入量30% (对纸浆质量比），混合均匀后按80GSM抄片； [0056]阔叶浆板疏解后，添加0.2%的助留剂(对纸浆质量比），按80GSM抄片，作为空白1; [0057]阔叶浆板疏解后，按80GSM抄片，作为空白2。
[0058] 对比只添加助留剂不加改性木粉材料的抄片结果(空白1)以及不加助留剂也不加 改性木粉材料的抄片结果(空白2)。结果如下：
[0059] 加入本实施例制得的改性木粉材料的抄片结果：抗张指数17. 1N · m/g，挺度 10.5mN · m；
[0060] 空白 1，抗张指数 16 · 5N · m/g，挺度7 · 4mN · m;
[0061] 空白2,抗张指数17.6N · m/g，挺度10.9mN · m。
[0062] 实施例5
[0063] 以下各物质成分均按质量份计。
[0064] (1)醚化剂反应生成:将50份CTA与50份NaOH反应，生成具有醚化功能的环氧化物， 加水300份，制得醚化剂。
[0065] (2)木粉改性:将步骤（1)制得的醚化剂加入100份100目木粉中，于80°C保温3小 时，制得改性木粉材料，降温出料。
[0066]施胶液制备:将常规表面施胶剂与氧化淀粉混合，两者比例为20:1(重量比），同时 添加硫酸铝溶液，硫酸铝与表面施胶剂质量比1:1，作为对比施胶液;将本实施例所制得改 性木粉材料加入氧化淀粉中，加入量25% (对氧化淀粉质量比），混合均匀后即得施胶液。 [0067]分别将上述对比施胶液和本实施例制得的施胶液在原纸上施涂后测试，施涂量选 择lg/m 2。施涂原纸为工厂提供的瓦楞原纸（105GSM)，采用绕丝涂布棒进行，吸水值采用 Cobb值1分钟测量。结果如下：
[0068]本实施例制得的施胶液：施涂后吸水值31GSM，抗张指数58.6N · m/g，环压指数 11.6N · m/g；
[0069] 对比施胶液（不加改性木粉材料相同条件下）：施涂后吸水值31GSM，抗张指数 54.8N · m/g，环压指数 10.5N · m/g。
[0070] 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上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、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。
【主权项】
1. 一种改性木粉材料，其特征在，由W下质量份数的成分制备得到： 木粉 100份 改性剂 5~50份 催化剂 5~50份 氷 50~300份。2. 根据权利要求1所述的改性木粉材料，其特征在于，所述改性木粉材料由W下质量份 数的成分制备得到： 木粉 1㈱做 改性剂 20~30份 催化剂 10~40份 水 50~100份。3. 根据权利要求1所述的改性木粉材料，其特征在于，所述的木粉选自各种木材加工后 产生的粉料，细度50~500目。4. 根据权利要求1所述的改性木粉材料，其特征在于，所述的改性剂为3-氯-2-径丙基 =甲基氯化锭。5. 根据权利要求1所述的改性木粉材料，其特征在于，所述的催化剂为弱酸强碱盐或金 属氨氧化物。6. 根据权利要求1所述的改性木粉材料，其特征在于，所述的催化剂为氨氧化钢。7. 根据权利要求1所述的改性木粉材料，其特征在于，所述的水为蒸馈水。8. 权利要求1至7任一项所述的改性木粉材料的制备方法，其特征在于，包含W下步骤： (1) 酸化剂反应生成:将改性剂与催化剂反应，生成具有酸化功能的环氧化物，加入水， 制得酸化剂； (2) 木粉改性:将步骤（1)中制得的酸化剂加入木粉中，于50~95°C保溫1~3小时，制得 改性木粉材料。9. 权利要求1至7任一项所述的改性木粉材料的应用，其特征在于，所述改性木粉材料 添加在纸浆中抄纸，或是添加在施胶淀粉中用于表面施胶。10. 根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述改性木粉材料添加在纸浆中时，添加 量为纸浆用量的5~30%;所述改性木粉材料添加在施胶淀粉中时，添加量为施胶淀粉用量 的5~40 %。
【文档编号】D21H21/10GK105906820SQ201610237216
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】颜进华, 黄丁源, 艾家伟, 魏淑娃
【申请人】封开县嘉诚纸业有限公司