堿木素的表面施膠實驗

李勁駒，陳潔婷，艾家偉，魏淑娃，梁翠玲，張煒斌，顏進華

（廣東輕工職業(yè)技術學院，廣東廣州　510300）

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堿木素的表面施膠實驗

李勁駒，陳潔婷，艾家偉，魏淑娃，梁翠玲，張煒斌，顏進華

（廣東輕工職業(yè)技術學院，廣東廣州510300）

摘要：該文對比了堿木素、羥甲基化木素、交聯(lián)木素在表面施膠過程的效果：交聯(lián)木素明顯增加了表面施膠抗張指數(shù)和環(huán)壓強度，黑液直接交聯(lián)的木素也有相同結果；而添加少量木屑的增強處理，更進一步提高了交聯(lián)木素的施膠效果。

關鍵詞：堿木素；表面施膠；紙張強度

堿木素是堿法制漿過程脫除的木素經(jīng)直接干燥而成，一般是混合物；其中，木素約占40%，灰分約占32%，水分約占12%，苯醇抽提物約占7%［1］37-38，由于成分復雜，堿木素需提純后利用，如酸析提純木素。通過酸析分離后，木素含量可增加到80%。堿木素具有堿溶酸析的特點，對pH范圍體現(xiàn)不同的性質：如在pH=10以上時，堿木素完全溶解在水中，固含量50%流動性依然很好；pH=6以下時，木素開始出現(xiàn)沉淀；pH=5.5～5.9時，出現(xiàn)最大的木素沉淀量。木素沉淀說明此時材料具有不親水的特性，具有一定的抗水性能。曾有研究發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽木素進行漿內(nèi)施膠，獲得了與松香施膠的相同效果，且成紙強度更高［1］37-38。另外，堿木素采用羥甲基化改性作為纖維板膠粘劑的方法已得到認可，羥甲基化堿木素在偏酸性條件下以醚鍵連接，具有增強劑的作用［2］。

表面施膠是成紙常用的表面處理方法，能明顯改善紙品質量；對于包裝紙表面施膠，常采用氧化淀粉及防水劑等混合物在弱酸性狀態(tài)下處理紙基，以獲得良好的抗水性及各項強度的提高，如抗張強度、環(huán)壓強度和挺度。

本實驗以堿木素和羥甲基化木素為原料，利用其在偏酸性條件下的特殊性，以獲得其對表面施膠應用的有用信息，拓展堿木素的應用領域，為綜合利用制漿造紙資源提供簡易可行的方法。

1　實驗

實驗材料：堿木素（廣州叢中笑化工公司），羥甲基化木素（自制），交聯(lián)木素（自制），氧化淀粉（市購），施膠劑（紙廠提供），明礬（試劑）。

實驗過程：將氧化淀粉配成8%質量分數(shù)的水乳液后在溫度95℃下糊化30 min，之后加入一定量的木素，按淀粉比例1∶20質量比加入施膠劑和明礬，混合均勻后施膠于紙板表面。室溫干燥后以熨斗煨燙1 min，按國家標準檢測成紙指標：抗指強度（GB/T12914—2008）和環(huán)壓強度（GB/T 2679.8—1995）。

2　結果與分析

2.1直接添加堿木素的施膠效果

盡管通過淀粉氧化及明礬添加將施膠混合液pH調節(jié)為5左右，但施膠效果并未改善。不添加堿木素，施膠后成紙的抗張指數(shù)為57.1 N·m/g，環(huán)壓指數(shù)為6.6 N·m/g，吸水值為32 g/m2。

添加10%堿木素，施膠后成紙的抗張指數(shù)為51.9 N·m/g，環(huán)壓指數(shù)為6.8 N·m/g，吸水值為32.7 g/m2。可見，直接添加堿木素并不能增效施膠。

2.2羥甲基化堿木素的施膠效果

將羥甲基化改性木素直接用于表面施膠過程中，比直接添加堿木素效果稍好。圖1和圖2分別顯示了不同程度羥甲基化的堿木素以不同添加量（對淀粉質量，下同）表面施膠后成紙的抗張指數(shù)與環(huán)壓指數(shù)［圖1和圖2中：改性堿木素1、2和3號指羥甲基化所用甲醛量分別為5%、10%和15%（對堿木素質量）］。

圖1　改性木素代替不同淀粉用量對成紙抗張指數(shù)的影響

從圖1可看出，添加改性堿木素，抗張指數(shù)稍有降低。這是因為羥甲基化并不能增加紙基的結合點，也不能自身網(wǎng)絡交聯(lián)，對增強沒幫助。

從圖2可看出，隨改性木素量增多，環(huán)壓指數(shù)稍有提高。因為在偏酸性施膠條件下，木素具有從溶解態(tài)轉為膠態(tài)和固態(tài)的變化過程，而淀粉的糊化網(wǎng)絡象分散劑一樣阻止其凝固成大塊，因而木素微小顆粒分散在淀粉膜中，象塑料成形中添加填料一樣，故有一定的增強效果；但總體上，單純羥甲基化不能實現(xiàn)施膠增強。

2.3交聯(lián)木素的表面施膠結果

對羥甲基化木素進一步采用交聯(lián)處理，所得的交聯(lián)木素具有形成網(wǎng)絡交聯(lián)的能力，因而增強底物很明顯。

圖2　改性木素代替不同淀粉用量對成紙環(huán)壓指數(shù)的影響

圖3和圖4分別是堿木素不同處理方法，在表面施膠中添加不同用量時成紙抗張指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)的對比。

從圖3可看出，交聯(lián)木素抗張指數(shù)已明顯高于不交聯(lián)木素（羥甲基化木素）。從圖4的環(huán)壓指數(shù)曲線可看出，交聯(lián)木素也明顯好于不交聯(lián)木素（羥甲基化木素）。實驗表明，木素改性增強施膠紙需要交聯(lián)處理。

圖3　不同堿木素種類施膠后成紙的抗張指數(shù)

圖4　不同堿木素種類施膠后成紙的環(huán)壓指數(shù)

2.4黑液直接交聯(lián)處理后施膠結果

采用未干燥黑液，也就是堿回收前的濃縮黑液，直接采用甲醛羥甲基化后再交聯(lián)處理，添加不同用量時的施膠結果如圖5所示。

從圖5可見，黑液交聯(lián)后表面施膠的成紙抗張指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)均增加。這進一步說明，交聯(lián)處理的木素在表面施膠過程中具有增強效果。

圖5　黑液交聯(lián)改性后施膠的成紙抗張指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)

2.5交聯(lián)木素施膠的增強處理

交聯(lián)木素具有增強表面施膠的效果，為了進一步提高表面施膠后的紙品強度，從交聯(lián)木素增強纖維板的應用中得到啟發(fā)，在交聯(lián)木素表面施膠過程中添加少量木屑，以增強交聯(lián)木素的表面施膠效果，結果見圖3和圖4。圖3和圖4中均是交聯(lián)增強木素的強度指數(shù)最高，其抗張指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)曲線均位于4條曲線的最上部。抗張指數(shù)遠高于一般改性木素，環(huán)壓指數(shù)比直接黑液交聯(lián)處理的效果要好得多。另外，我們也檢測了交聯(lián)增強木素的施膠樣品吸水性，Cobb吸水值60 s與不加木素的施膠結果相當。這說明交聯(lián)增強木素具有非常好的表面施膠增強效果。

從經(jīng)濟角度分析，在添加不同用量的改性木素中，對施膠淀粉的不同比例，即是施膠液中代替了相應比例的淀粉用量，從價格上來看，改性木素遠低于淀粉，因而經(jīng)濟上具有較大的吸引力。

3　結論

通過以上實驗，可以獲得以下幾點結論：

（1）單純羥甲基化改性木素還不能增強施膠效果；

（2）交聯(lián)木素可以明顯改善施膠強度；

（3）交聯(lián)處理黑液也可以提高施膠強度；

（4）添加少量木屑作為增強劑，可以進一步提高交聯(lián)木素施膠強度。

堿木素是制漿過程的副產(chǎn)品，采用交聯(lián)改性方法將其應用于表面施膠過程中，采用的改性方法簡單，不產(chǎn)生二次污染，增強效果非常明顯，且節(jié)約淀粉用量，經(jīng)濟上也具有明顯的吸收力。

參考文獻：

［1］陳均志，唐宏科.堿木素作為紙板施膠增強劑的研究［J］.造紙科學與技術，2003，22（1）.

［2］何修善，范趙仔.利用羥甲基化紙漿黑液作為纖維板增強劑的試驗［J］.林業(yè)科技，1987（1）：39-42.

本文文獻格式：李勁駒，陳潔婷，艾家偉，等．堿木素的表面施膠實驗［J］．造紙化學品，2016，28（3）∶10-12．

Alkaline Lignin Application in Surface Sizing

LI Jin-ju，CHEN Jie-ting，AI Jia-wei，WEI Shu-wa，LIANG Cui-ling，ZHANG Wei-bin，YAN Jin-hua
（Guangdong Industry Technical College，Guangzhou 510300，China）

Abstract：Alkaline lignin is separated from the black liquor which is the washing solution after cooking. Three kinds of lignin was applied in surface sizing in the paper，alkaline lignin，lignin hydroxymethylation，lignin crossing. Crossed lignin was performed great in tensile strength and ring crush. Crossed lignin from black liquor also showed the positive results in improving strength in surface sizing. Furthermore，small amount of saw dust was strengthening the crossed lignin in surface sizing.

Key words：alkaline lignin；surface sizing；strength of paper

中圖分類號：TS753.9

文獻標識碼：A

文章編號：1007-2225（2016）03-0010-03

收稿日期：2016-03-22（修回）

作者簡介：李勁駒先生（1996-），造紙專業(yè)在讀大專生；現(xiàn)負責廣東省大學生“攀登計劃”項目，主要研究植物資源改性與利用；E-mail：528015482@qq.com。