碱木素的表面施胶实验

李劲驹，陈洁婷，艾家伟，魏淑娃，梁翠玲，张炜斌，颜进华

（广东轻工职业技术学院，广东广州　510300）



碱木素的表面施胶实验

李劲驹，陈洁婷，艾家伟，魏淑娃，梁翠玲，张炜斌，颜进华

（广东轻工职业技术学院，广东广州510300）

摘要：该文对比了碱木素、羟甲基化木素、交联木素在表面施胶过程的效果：交联木素明显增加了表面施胶抗张指数和环压强度，黑液直接交联的木素也有相同结果；而添加少量木屑的增强处理，更进一步提高了交联木素的施胶效果。

关键词：碱木素；表面施胶；纸张强度

碱木素是碱法制浆过程脱除的木素经直接干燥而成，一般是混合物；其中，木素约占40%，灰分约占32%，水分约占12%，苯醇抽提物约占7%［1］37-38，由于成分复杂，碱木素需提纯后利用，如酸析提纯木素。通过酸析分离后，木素含量可增加到80%。碱木素具有碱溶酸析的特点，对pH范围体现不同的性质：如在pH=10以上时，碱木素完全溶解在水中，固含量50%流动性依然很好；pH=6以下时，木素开始出现沉淀；pH=5.5～5.9时，出现最大的木素沉淀量。木素沉淀说明此时材料具有不亲水的特性，具有一定的抗水性能。曾有研究发现，硫酸盐木素进行浆内施胶，获得了与松香施胶的相同效果，且成纸强度更高［1］37-38。另外，碱木素采用羟甲基化改性作为纤维板胶粘剂的方法已得到认可，羟甲基化碱木素在偏酸性条件下以醚键连接，具有增强剂的作用［2］。

表面施胶是成纸常用的表面处理方法，能明显改善纸品质量；对于包装纸表面施胶，常采用氧化淀粉及防水剂等混合物在弱酸性状态下处理纸基，以获得良好的抗水性及各项强度的提高，如抗张强度、环压强度和挺度。

本实验以碱木素和羟甲基化木素为原料，利用其在偏酸性条件下的特殊性，以获得其对表面施胶应用的有用信息，拓展碱木素的应用领域，为综合利用制浆造纸资源提供简易可行的方法。

1　实验

实验材料：碱木素（广州丛中笑化工公司），羟甲基化木素（自制），交联木素（自制），氧化淀粉（市购），施胶剂（纸厂提供），明矾（试剂）。

实验过程：将氧化淀粉配成8%质量分数的水乳液后在温度95℃下糊化30 min，之后加入一定量的木素，按淀粉比例1∶20质量比加入施胶剂和明矾，混合均匀后施胶于纸板表面。室温干燥后以熨斗煨烫1 min，按国家标准检测成纸指标：抗指强度（GB/T12914—2008）和环压强度（GB/T 2679.8—1995）。

2　结果与分析

2.1直接添加碱木素的施胶效果

尽管通过淀粉氧化及明矾添加将施胶混合液pH调节为5左右，但施胶效果并未改善。不添加碱木素，施胶后成纸的抗张指数为57.1 N·m/g，环压指数为6.6 N·m/g，吸水值为32 g/m2。

添加10%碱木素，施胶后成纸的抗张指数为51.9 N·m/g，环压指数为6.8 N·m/g，吸水值为32.7 g/m2。可见，直接添加碱木素并不能增效施胶。

2.2羟甲基化碱木素的施胶效果

将羟甲基化改性木素直接用于表面施胶过程中，比直接添加碱木素效果稍好。图1和图2分别显示了不同程度羟甲基化的碱木素以不同添加量（对淀粉质量，下同）表面施胶后成纸的抗张指数与环压指数［图1和图2中：改性碱木素1、2和3号指羟甲基化所用甲醛量分别为5%、10%和15%（对碱木素质量）］。

图1　改性木素代替不同淀粉用量对成纸抗张指数的影响

从图1可看出，添加改性碱木素，抗张指数稍有降低。这是因为羟甲基化并不能增加纸基的结合点，也不能自身网络交联，对增强没帮助。

从图2可看出，随改性木素量增多，环压指数稍有提高。因为在偏酸性施胶条件下，木素具有从溶解态转为胶态和固态的变化过程，而淀粉的糊化网络象分散剂一样阻止其凝固成大块，因而木素微小颗粒分散在淀粉膜中，象塑料成形中添加填料一样，故有一定的增强效果；但总体上，单纯羟甲基化不能实现施胶增强。

2.3交联木素的表面施胶结果

对羟甲基化木素进一步采用交联处理，所得的交联木素具有形成网络交联的能力，因而增强底物很明显。

图2　改性木素代替不同淀粉用量对成纸环压指数的影响

图3和图4分别是碱木素不同处理方法，在表面施胶中添加不同用量时成纸抗张指数和环压指数的对比。

从图3可看出，交联木素抗张指数已明显高于不交联木素（羟甲基化木素）。从图4的环压指数曲线可看出，交联木素也明显好于不交联木素（羟甲基化木素）。实验表明，木素改性增强施胶纸需要交联处理。

图3　不同碱木素种类施胶后成纸的抗张指数

图4　不同碱木素种类施胶后成纸的环压指数

2.4黑液直接交联处理后施胶结果

采用未干燥黑液，也就是碱回收前的浓缩黑液，直接采用甲醛羟甲基化后再交联处理，添加不同用量时的施胶结果如图5所示。

从图5可见，黑液交联后表面施胶的成纸抗张指数和环压指数均增加。这进一步说明，交联处理的木素在表面施胶过程中具有增强效果。

图5　黑液交联改性后施胶的成纸抗张指数和环压指数

2.5交联木素施胶的增强处理

交联木素具有增强表面施胶的效果，为了进一步提高表面施胶后的纸品强度，从交联木素增强纤维板的应用中得到启发，在交联木素表面施胶过程中添加少量木屑，以增强交联木素的表面施胶效果，结果见图3和图4。图3和图4中均是交联增强木素的强度指数最高，其抗张指数和环压指数曲线均位于4条曲线的最上部。抗张指数远高于一般改性木素，环压指数比直接黑液交联处理的效果要好得多。另外，我们也检测了交联增强木素的施胶样品吸水性，Cobb吸水值60 s与不加木素的施胶结果相当。这说明交联增强木素具有非常好的表面施胶增强效果。

从经济角度分析，在添加不同用量的改性木素中，对施胶淀粉的不同比例，即是施胶液中代替了相应比例的淀粉用量，从价格上来看，改性木素远低于淀粉，因而经济上具有较大的吸引力。

3　结论

通过以上实验，可以获得以下几点结论：

（1）单纯羟甲基化改性木素还不能增强施胶效果；

（2）交联木素可以明显改善施胶强度；

（3）交联处理黑液也可以提高施胶强度；

（4）添加少量木屑作为增强剂，可以进一步提高交联木素施胶强度。

碱木素是制浆过程的副产品，采用交联改性方法将其应用于表面施胶过程中，采用的改性方法简单，不产生二次污染，增强效果非常明显，且节约淀粉用量，经济上也具有明显的吸收力。

参考文献：

［1］陈均志，唐宏科.碱木素作为纸板施胶增强剂的研究［J］.造纸科学与技术，2003，22（1）.

［2］何修善，范赵仔.利用羟甲基化纸浆黑液作为纤维板增强剂的试验［J］.林业科技，1987（1）：39-42.

本文文献格式：李劲驹，陈洁婷，艾家伟，等．碱木素的表面施胶实验［J］．造纸化学品，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

中图分类号：TS753.9

文献标识码：A

文章编号：1007-2225（2016）03-0010-03

收稿日期：2016-03-22（修回）

作者简介：李劲驹先生（1996-），造纸专业在读大专生；现负责广东省大学生“攀登计划”项目，主要研究植物资源改性与利用；E-mail：528015482@qq.com。