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为了保护自然生态环境,减少木材的耗量,目前造纸工业广泛利用二次纤维及草类植物纤维制浆造纸,但由于这些纤维本身的特性,都存在成纸强度差、纸质低等缺陷,已经成为目前制浆造纸行业亟需解决的问题。制浆造纸工业多年生产实践经验证明:纸浆中添加适量的增强剂是解决纸页强度的一种有效的途径。 在化学法制浆中产生的黑液,其中的固形物占整个造纸工业污染的90%,是主要的污染源,且主要采用燃烧法碱回收黑液处理工艺,有机物作为燃料回收,其利用价值不高。因此,无论从资源有效利用还是从解决环境污染问题的角度考虑,研究利用碱木素已经成为有较大经济价值和深远社会意义的课题。 本课题研究和探讨了改性木素、改性木素-脲醛树脂合成物、改性木素-三聚氰胺甲醛树脂的制备、增强效果及合成与增强机理。 碱木素基本结构单元分子类似于苯酚,含有酚羟基,醇羟基,甲氧基等活性基团,可以发生羟甲基化等改性反应。木素经过改性后,使之与UF,MF等增强作用树脂进行共聚,然后添加到纸浆中并留着,使之与纤维形成交联,则起到提高纸页或者纸板强度的效果。 根据木素结构特征,用甲醛对碱木素进行羟甲基化,反应产物改性木素与脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂合成增强剂(ML-UF、ML-MF),并优化出各个反应的最佳反应条件:①碱木素羟甲基化改性:甲醛用量6.33mmol·g-1lignin,pH值10.5,反应温度65℃,反应时间90min;②合成ML-UF:ML用量40%,pH值8.5,反应温度45℃,反应时间3.5h;③合成ML-MF:ML用量80%,pH值8.5,反应温度45℃,反应时间3.0h。 三种改性产品应用试验表明:控制纸浆pH值为4.5~5.5,增强剂用量为6%时,纸页抗张强度最大,可分别提高纸页的干强度为33.8%、59.1%、63.4%,而且纸页润湿后,其湿强度保持为干强度的40.2%、38.8%、42.5%。 红外光谱研究表明:改性木素结构基本保留原有木素的基团特征吸收,并且明显的增加了1060cm-1羟甲基的C—O振动吸收,证实碱木素己羟甲基化;同时通过ML-UF、ML-MF样品的红外光谱的研究,证实了改性木素与脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂已经进行了交联。 纸页扫描电镜观察研究证实:添加了ML、ML-UF与ML-MF的纸页,其平面上出现的孔洞数目大量减少,而且还出现较多纤维之间的桥连,可以推测,加入增强剂能增加纤维之间的结合力。 纸页热分析研究表明:TG图中,添加增强剂的纸页失重量大于未加助剂的纸页,而且各自的失重温度范围不同,可见两种纸页的挥发成分的耐热性不同;在DSC图中,加入增强剂的纸页的构象变化所需的能量大于空白样,说明增强剂的加入提高了纸张的热稳定性。 碱木素改性制纸页增强剂可有效提高纸页的强度,具有原料来源广,生产成本低,为制浆造纸黑液的合理利用提供有效途径。