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CN103980545B - 利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法 - Google Patents

利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及废纸的再生利用技术，具体是一种利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法。包括以下步骤：步骤一，选用无机填料含量5%以上的废纸为原料，制备成废纸浆料；步骤二，将废纸浆料和去离子水混合得混合液，将混合液搅拌均匀，经碾磨，再机械均质化处理，得到无机填料纳米纤维素混合液；步骤三，将步骤二制备的混合液，采用超滤法获得纳米纤维素复合材料湿膜，经压榨、干燥处理后得到无机纳米纤维素复合材料膜。本发明方法利用废纸为原料，不仅制备成本低，也解决了废弃物的处理问题；本发明方法所制备的无机纳米纤维素复合材料具有良好的力学性能。

Description

利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法
技术领域
本发明涉及废纸的再生利用技术，具体是一种利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法。
背景技术
目前，纳米纤维素被广泛应用于各种材料制备。纳米纤维素制备的透明材料、阻隔材料、增强聚合热稳定性和机械强度材料等，具有很好的机械强度、光学性能及阻隔性能。
现有技术中制备纳米纤维素的原料有木材、农业废弃物及各种植物原料，还有海鞘、藻类、细菌等产生的纤维素。
机械法被广泛应用于纳米纤维素的制备，常用的设备有：高压均质机、高压微射流纳米均质机和超微粒磨碎机、冷冻粉碎机，高强度超声处理等。纳米纤维素的制备可以单独采用某一设备，也可以采用各种设备组合使用。为了降低能耗，纤维原料一般需要经过预处理，以降低制备过程中的能耗。常用的纳米纤维素预处理的方法有碱预处理、氧化预处理以及纤维素酶预处理等。
采用仿生矿化的方法制备的无机/有机杂化材料备受关注。功能性无机纳米纤维素材料具有机械强度高和阻隔性能好等特点。无机填料嵌入纳米纤维素网状结构，形成复杂的无机填料-纳米纤维素复合材料结构。由于纳米纤维素和无机成分相互作用。功能性无机纳米纤维素复合材料具有优异的力学性能、热稳定性和气体阻隔性能，具有许多潜在的应用价值。
废纸作为可再生的离弃物，是一种潜在的生物质原料。回收的混合办公废纸和旧瓦楞纸箱等含有约50〜70％纤维素，废纸中无机成分如石灰石(CaCO3)、粘土(Al2Si2O5(OH)4)等所占废纸总重量的比重可高达15％。目前尚无将其用作制备纳米纤维素原料的记载。
发明内容
本发明所要解决技术问题是，提供一种能够以废纸为原料，制备性能优良的功能性无机纳米纤维素复合材料的方法。
本发明利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法包括以下步骤：
步骤一，废纸浆料制备：选用无机填料含量5%以上的废纸为原料，制备成废纸浆料，在此过程中不对浆料进行脱墨或漂白处理；
步骤二，制备无机填料纳米纤维素混合液：将废纸浆料和去离子水混合得混合液，将混合液搅拌均匀，经碾磨，再机械均质化处理，得到无机填料纳米纤维素混合液；
步骤三，制备功能性无机纳米纤维素复合膜：将步骤二制备的混合液，采用超滤法获得纳米纤维素复合材料湿膜，经压榨、干燥处理后得到无机纳米纤维素复合材料膜。
所述步骤一选用的原料为办公废纸或废新闻纸。
所述步骤二中碾磨在超微粒磨碎机中进行。
所述步骤三中通过真空超滤获得纳米纤维素复合材料湿膜，用两块金属平板夹持纳米纤维素复合材料湿膜，在55－65℃干燥20－24小时得到无机纳米纤维素复合材料膜。
或者，所述步骤三中通过真空超滤获得纳米纤维素复合材料湿膜，用两张吸水纸夹持纳米纤维素复合材料湿膜在200 kPa－350kPa下压榨6－7分钟，然后置于干燥箱中干燥20－24小时得到无机纳米纤维素复合材料膜。
本发明方法利用废纸为原料，不仅制备成本低，也解决了废弃物的处理问题；本发明方法所制备的无机纳米纤维素复合材料具有良好的力学性能，比抗张强度可达到50 kN•m/kg，比弹性模量可达到8 MN•m/kg；无机纳米纤维素复合材料具有良好的热稳定性及防火性能，具有广泛的应用价值，如包装材料和阻燃复合材料。本发明操作简单，可以进行大批量生产。
具体实施方式
实施例 1
1）废纸浆料的制备
先称取混合办公废纸100 g，至于2 L容器中，加900 mL水浸泡20h，配成浓度为10%混合液，疏解15 min，400目尼龙网过滤后得到废纸浆料。
2）废纸浆料的机械均质处理
将废纸浆料配制2%的混合液，利用蠕动泵将浆料连续不断的喂入超微粒粉碎机，转速设定为1500 r/min，盘磨间距为50 µm，持续碾磨1－2 h。
3）功能性无机纳米纤维素膜的制备
取200 mL经机械处理无机填料纳米纤维素混合液；利用真空超滤，样品过滤而成纳米纤维素湿膜，直径为144 mm；用两块金属平板夹持纳米纤维素湿膜放入60℃干燥箱中干燥24小时。获得的无机填料纳米纤维素膜的比抗张强度为50 kN•m/kg，比弹性模量为8 MN•m/kg。
实施例 2
1）废纸浆料的制备
先称取废新闻纸200 g，至于5 L容器中，加1800 ml水浸泡过夜，室温下用碎浆机处理20 min，400目尼龙网过滤后得到废纸浆料；
2）废纸浆料的机械均质处理
将废纸浆料配制1.5%的悬浊液，利用蠕动泵将浆料连续不断的喂入超微粒粉碎机，转速设定为1400 r/min，盘磨间距为100 µm；废纸浆料通过超微粒粉碎机10次；之后在高压均质机中均质5次，得到纳米纤维素混合液；
3）功能性无机纳米纤维素膜的制备
将机械分离后的纸浆纤维素纳米纤丝取200 ml，利用真空超滤成纳米纤维素湿膜，直径为144 mm；用两张吸水纸夹持纳米纤维素膜分别在207 kPa和345 kPa压榨3分钟，然后置于干燥箱中干燥24小时，得到功能性无机填料纳米纤维素膜。获得的无机填料纳米纤维素膜的比抗张强度为53 kN•m/kg，比弹性模量为9.2 MN•m/kg。

Claims (5)

1.一种利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法，其特征是：包括以下步骤，
步骤一，废纸浆料制备：选用无机填料含量5%以上的废纸为原料，制备成废纸浆料；
步骤二，制备无机填料纳米纤维素混合液：将废纸浆料和去离子水混合得混合液，将混合液搅拌均匀，经碾磨，再机械均质化处理，得到无机填料纳米纤维素混合液；
步骤三，制备功能性无机纳米纤维素复合膜：将步骤二制备的混合液，采用超滤法获得纳米纤维素复合材料湿膜，经压榨、干燥处理后得到无机纳米纤维素复合材料膜。
2.根据权利要求1所述的利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法，其特征是：所述步骤一选用的原料为办公废纸或废新闻纸。
3.根据权利要求1所述的利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法，其特征是：所述步骤二中碾磨在超微粒磨碎机中进行。
4.根据权利要求1所述的利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法，其特征是：所述步骤三中通过真空超滤获得纳米纤维素复合材料湿膜，用两块金属平板夹持纳米纤维素复合材料湿膜，在55－65℃干燥20－24小时得到无机纳米纤维素复合材料膜。
5.根据权利要求1所述的利用废纸制备功能性无机纳米纤维素复合材料的方法，其特征是：所述步骤三中通过真空超滤获得纳米纤维素复合材料湿膜，用两张吸水纸夹持纳米纤维素复合材料湿膜在200 kPa－350kPa下压榨6－7分钟，然后置于干燥箱中干燥20－24小时得到无机纳米纤维素复合材料膜。
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