本發(fā)明屬于生物質(zhì)改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性半纖維素基紙張增強劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，如何有效和充分使用豐富、可再生和環(huán)保的半纖維素資源，緩解嚴(yán)峻的能源與環(huán)境問題，得到了研究者的廣泛關(guān)注。

木質(zhì)素作為自然界最廣泛存在的資源之一，是植物界含量僅次于纖維素的第二大無定型態(tài)的多糖。它是一種可再生，綠色、環(huán)保的天然高分子材料。半纖維素作為造紙工業(yè)的副產(chǎn)品，很少被進(jìn)一步的加工和利用，造成了資源的浪費，甚至?xí)憝h(huán)境問題。半纖維素分子具有豐富的羥基，因而可進(jìn)一步改性而加以使用。將自然界廣泛存在的半纖維素作為原料引起了各國研究者的廣泛重視。目前，人們使用的造紙增強劑一般為改性淀粉化合物，淀粉是人們的重要的一種糧食資源，造紙工業(yè)使用改性淀粉作為造紙的增強劑，存在著“與人爭糧”的潛在問題。國內(nèi)外對以半纖維素作為原料制備造紙工業(yè)紙張增強劑的研究較少，主要存在的問題是半纖維素接枝改性困難，所制備的半纖維素基增強劑性能較低，使其在應(yīng)用中受限，本發(fā)明以期解決半纖維素基造紙增強劑難以利用這一問題，加快以半纖維素作為原料的造紙增強劑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種改性半纖維素基紙張增強劑的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的改性半纖維素基紙張增強劑。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種改性半纖維素基紙張增強劑的制備方法，包括如下制備步驟：

將半纖維素、聚乙二醇和異氰酸酯加入到n，n-二甲基甲酰胺和四氫呋喃的混合溶劑中，攪拌混合均勻，氮氣保護(hù)下升溫至80～110℃反應(yīng)8～12h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥，得到所述改性半纖維素基紙張增強劑。

優(yōu)選地，所述混合溶劑中n，n-二甲基甲酰胺和四氫呋喃體積比1:9～5:5。

優(yōu)選地，所述攪拌混合均勻的時間為10～20min，攪拌過程在氮氣氣氛下進(jìn)行。

優(yōu)選地，所述的洗滌是指用乙醚洗滌。

一種改性半纖維素基紙張增強劑，通過上述方法制備得到。

本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明的以改性半纖維素為原料的紙張增強劑是以低成本、可再生、可降解的半纖維素作為原料，與以往原材料相比，具有原材料易得的優(yōu)勢，充分考慮了節(jié)能和環(huán)保原則，這對于資源和環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展具有重要的意義；

(2)本發(fā)明所得改性半纖維素基紙張增強劑具有良好的分散性能，可提高使用性能；

(3)本發(fā)明所得改性半纖維素基紙張增強劑具有良好的增強性能，在造紙工業(yè)等領(lǐng)域中有較好的應(yīng)用價值；

(4)本發(fā)明的制備方法簡單，具有良好的實際應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為實施例1所得改性半纖維素基紙張增強劑增強的紙張的微觀形貌掃描電鏡圖；

圖2為實施例1所得改性半纖維素基紙張增強劑和細(xì)小纖維協(xié)同增強的紙張的微觀形貌掃描電鏡圖；

圖3為經(jīng)不同增強劑增強后所得紙張的拉伸強度變化圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

(1)稱量物質(zhì)的量(摩爾比)為0.29:0.1:1的半纖維素、聚乙二醇(分子量為2000)和異氰酸酯。

(2)配置體積比為1:9的n，n-二甲基甲酰胺和四氫呋喃混合液體做為改性半纖維素的反應(yīng)溶劑；

(3)將步驟(1)的反應(yīng)物及步驟(2)的溶劑轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，置于加熱攪拌器之上，氮氣氣氛下攪拌10min，使反應(yīng)物混合均勻；

(4)將反應(yīng)溫度設(shè)置為90℃，反應(yīng)時間為8h，反應(yīng)過程中使用氮氣進(jìn)行保護(hù)。

(5)將產(chǎn)物用乙醚洗滌3次，室溫干燥，得到本實施例的一種改性半纖維素基紙張增強劑。

本實施例所得改性半纖維素基紙張增強劑的應(yīng)用性能測試：

稱取0.1g本實施例所得改性半纖維素基紙張增強劑，使用19.9g去離子水作為溶劑進(jìn)行分散，得到含改性半纖維素的紙張增強劑溶液。

稱取1.6g(以絕干質(zhì)量計算)造紙二次纖維，然后加入3.2g紙張增強劑溶液、分散、抄紙得到改性半纖維素基紙張增強劑增強的紙張。按同樣的方法，按表1所列增強劑加入量制備成紙張，測試所得紙張的拉伸強度，結(jié)果如表1所示。

表1

經(jīng)本實施所得改性半纖維素基紙張增強劑增強的紙張的微觀形貌掃描電鏡圖如圖1所示，由圖1可以看出：以本實施所得改性半纖維素基紙張增強劑增強的紙張形貌良好，同時改性半纖維素具有較好的分散性能。

經(jīng)本實施所得改性半纖維素基紙張增強劑(1％)和細(xì)小纖維(1％)協(xié)同增強的紙張的微觀形貌掃描電鏡圖如圖2所示，由圖2可以看出：以改性半纖維素為紙張增強劑協(xié)同細(xì)小纖維添加的紙張形貌良好，同時改性半纖維素和細(xì)小纖維具有較好的分散性能。

所得紙張的拉伸強度變化圖如圖3所示(wp：原造紙二次纖維；wp-ffs：添加1％的細(xì)小纖維；wp-1％hsp：添加1％改性半纖維素基紙張增強劑；wp-ffs-1％hsp：添加1％的細(xì)小纖維和1％的改性半纖維素基紙張增強劑)。

實施例2

(1)稱量物質(zhì)的量比為0.29:0.1:1的半纖維素、聚乙二醇(分子量為2000)和異氰酸酯。

(2)配置體積比為1:5的n，n-二甲基甲酰胺和四氫呋喃混合液體做為改性半纖維素的反應(yīng)溶劑；

(3)將步驟(1)的反應(yīng)物及步驟(2)的溶劑轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，置于加熱攪拌器之上，氮氣氣氛下攪拌15min，使反應(yīng)物混合均勻；

(4)將反應(yīng)溫度設(shè)置為100℃，反應(yīng)時間為10h，反應(yīng)過程中使用氮氣進(jìn)行保護(hù)。

(5)將產(chǎn)物用乙醚洗滌3次，室溫干燥，得到本實施例的一種改性半纖維素基紙張增強劑。

實施例3

(1)稱量物質(zhì)的量比為0.29:0.1:1的半纖維素、聚乙二醇(分子量為2000)和異氰酸酯。

(2)配置體積比為5:5的n，n-二甲基甲酰胺和四氫呋喃混合液體做為改性半纖維素的反應(yīng)溶劑；

(3)將步驟(1)的反應(yīng)物及步驟(2)的溶劑轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，置于加熱攪拌器之上，氮氣氣氛下攪拌20min，使反應(yīng)物混合均勻；

(4)將反應(yīng)溫度設(shè)置為110℃，反應(yīng)時間為8h，反應(yīng)過程中使用氮氣進(jìn)行保護(hù)。

(5)將產(chǎn)物用乙醚洗滌3次，室溫干燥，得到本實施例的一種改性半纖維素基紙張增強劑。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。