探析微纤化纤维素在造纸中的应用

探析微纤化纤维素在造纸中的应用

杨文君 李银菊 范道豹

濮阳龙丰纸业有限公司 河南濮阳 457000

摘要：原材料产业作为造纸业的基础产业，关系到我国经济的不断发展，造纸行业是我国经济发展当中的重要组成部分，并且发挥着很大的作用，在平时的生活当中，和人们息息相关。根据研究统计，由于我国的人口众多，因此我国对于纸类产品的消耗非常大，占全球纸张用量的百分之三十，纸和纸板已经被我我国广泛使用到了各行各业当中。在我国近几年的纸张材料选择当中，竹材方面已经成为现在讨论的热点内容，与传统的原材料相比，其存在很多的优点，其中存在纤维素是一种可再生资源，并且在自然界当中存在很多，主要分布在植物当中，尤其是木材当中。在对纤维素的使用当中，其被广泛开发成了纳米纤维素，以及纤维素等新型材料，在造纸领域当中主要的对其存在的特点进行广泛使用。本文就对微纤化纤维素在造纸中的应用进行全面分析。

关键词：微纤化纤维素；造纸；应用

随着我国经济的不断发展，我国对纸类产品的使用逐渐增多，使得存在的自然资源在不断地消耗，导致大部分资源已经出现匮乏状况。所以，在现在时代不断发展的情况下，人们逐渐关注可再生资源在各行各业中的应用，造纸行业也不例外。微纤化纤维素英文名是MicrofibrillatedCellulose，简称是MFC，其实一种新型材料，具有纳米级别的纤维功能。该纤维素的直径在1-100纳米之间，其长度不超过20微米，形态是一种胶状体。微纤化纤维素的优点是，结晶度很大，保水值很高，具有良好的可靠性和分散性^[1].并且还存在优秀的力学性能和光学性能，可降解性强。生产时，原料来源广泛，在竹子、木头、棉花和海藻之类的植物中都能提取出大量的微纤化纤维素，并且这些微纤化纤维素可再生性比较强。所以近几年来微纤化纤维素的制备和应用已经受到了国内外的很多研究人员的广泛关注。随着近几年的不断发展，已经逐渐地走向了产业化，微纤化纤维素在医学制药、食品加工、造纸等方面得到了很大程度的推广。

1. 微纤化纤维素的制备

微纤化纤维素制备方法存在很多种，可以分为机械法、化学法、生物法。制备微纤化纤维素时，使用的最主要的方法是机械处理，在一个是使用预处理和机械法相结合的方式。使用机械方法制备微纤化纤维素时，主要包括高压均质处理、微射流均质处理、研磨法、超声波处理法等方法。目前而言，比较常用的预处理方法主要分为化学法和生物法两种。化学法使用时，主要分为TEMPO 氧化法预处理、羧甲基化预处理、磺化预处理三种方式。生物法使用时，主要使用酶预处理的方式。

2. 技术领域

微纤化纤维素的制备是植物纤维素可再生资源的使用领域，是一种新型微纤化纤维素的制备技术，所制备的产品可以使用在造纸行业当中，能够减少造纸过程中对资源的消耗，不但能够提高纸类产品的性能，还能节约成本，提高效益，保护环境。

3. 背景技术

20世纪80年代，佐治亚理工学院的众多教授，在实验当中以漂白针叶木浆为原材料，使用高压均质化处理法，对其进行反复处理，最终获得了宽度为5-20纳米，长度2000纳米左右的微纤化纤维素产品。微纤化纤维素主要存在分散液当中，浓度为0.5%-2%之间，形态是半透明凝胶状，其具有凝胶溶液的全面特点，存在很高的触变性，高比表面积、高直径长比等特点。微纤化纤维素在医药、造纸、食品加工等众多行业当中有着很大的应用前景。目前存在的主要问题是，因为植物纤维素之间是使用纤维丝以及大量的氢键进行连接的，这就导致植物纤维细胞壁具有很紧密的特点，造成微纤化纤维素在提取时要使用大量的能量。

目前来说，以降低成本作为生产的根本目的，国内外的研究人员除了在漂白木浆之中进行提取，还在不断地研究在竹子、棉花等各种种类植物当中进行微纤化纤维素提取研究。这些植物属于非木材植物，其中的木材素含量较少，在提取过程中更加容易脱落。在预处理时，传统的机械打浆技术已经不能满足现在的需求，因此在预处理时，将机械打浆和化学预处理的方式进行结合使用，在使用化学预处理法时，使用的物质是酸、碱、有机溶剂等。其能更好地打断纤维丝之间存在的氢键结合，能够在低能耗的情况下对微纤化纤维素进行制备。但是制备过程中，会产生很大的酸碱类物质，后续分离工作当中，比较复杂对水的消耗量比较高，因此这种方式还处在实验阶段。总而言之，研究开发微纤化纤维素制备方法，要以低能耗作为基本要求，这也是实现微纤化纤维素广泛使用的重要条件。

4、微纤化纤维素在造纸行业当中的应用，

4.1、对结合强度有着很大的影响

微纤化纤维素的优点是，结晶度很大，保水值很高，具有良好的可靠性和分散性。能够提高纸张额物理性能^[1]。造纸过程中，微纤化纤维素是其中造纸浆中的主要添加剂，因为其具有较大的比面积，能够在造纸过程当中获得很多的羟基，在纤维之间，能够增强纤维中氢键的结合，进而增强纸张的抗张强度，对于纸张表面来说有着很大的改善。

4.1.1、实验设备及原材料

实验原材料是漂白针叶木硫酸盐浆、漂白布拉茨阔叶木浆以及微纤化纤维素。

实验设备是打浆机、高频分散器、抄片器

监测设备：

抗张力强度测试仪；厚度测试仪；电动纸张硬度测试仪

4.1.2、实验过程

使用打浆机将漂白针叶木硫酸盐浆和漂白布拉茨阔叶木浆进行混合打浆，保证将其浓度在百分之一到45°SR。

将微纤化纤维素按照百分之一的浓度进行分组准备，以待后面使用、

在针叶木浆加入百分之三的微纤化纤维素，在阔叶木浆当中添加百分之六的微纤化纤维素，配置完成之后，进行抄片处理，并对其的物理指标进行监测。

4.1.3、检测结果

如下表1、表2以及图1、图2所示。

从中可以看出微纤化纤维素加入之后对纸张抗张指数和耐破指数的影响，具有明显提高的作用。

由表1表2可以看出，针叶木浆在加入微纤化纤维素时，资深的抗张强度明显得到提高，提高了9.8%，阔叶木浆在加入微纤化纤维素后，自身的抗张强度得到了24.7%的提高，所以可以得出微纤化纤维素在对短纤维抗张强度有着明显的提高作用。

随着微纤化纤维素用量的不断提高，对纸张性能的增强也在不断地提高，但是提高的幅度在逐渐变小。

4.2、对滤水性的影响

从表3当中可以看得出来，在实验当中在木浆当中添加了百分之三的微纤化纤维素，对绿水性的影响，微纤化纤维素加入后浆料的绿水性明显降低。

4.3、用于表面施胶对成纸性能的影响

在70g的双胶纸表面涂上0.5%的微纤化纤维素，对纸张的性能进行检测，如表4.

从实验结果中可以看出，微纤化纤维素能够保证纸张拥有良好的成膜性能，并且具备一定的填平作用，涂抹了微纤化纤维素后对纸张的平滑度有着一定的改善作用。微纤化纤维素用在施胶剂当中还能提高纸张的表面强度，以及降低纸张表面的吸水性。纸张印刷对纸张表面 强度要求较高，因此可以看出微纤化纤维素对于纸张印刷来说有着很大的作用。

结语：

随着现在科学技术的不断发展，微纤化纤维素在研究方面已经等得到了很大的重视，其作为一种绿色环保的新型材料，有希望在以后市场发展当中成为一个新兴的产业。微纤化纤维素在浆内添加，表面施胶等方面存在很大应用，有着广阔的发展前景。这种新型的技术材料，对于现在的市场发展来说，不谋而合，也实现了对环境的保护。在未来的造纸行业当中微纤化纤维素的是使用一定会越来越广泛。

参考文献：

[1] 吴开丽．纳米纤维素晶体的制备及其在造纸中的应用[D]．咸阳：陕西中医学院，2010．