一种利用废旧棉纺织品制备具有抗菌阻油性能包装纸的方法

技术领域

本发明属于制浆造纸技术领域，尤其涉及一种利用废旧棉纺织品制备具有抗菌阻油性能包装纸的方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，纺织工业的发展和物质的极大丰富，人们对服装的消费量快速提高，致使纺织品的使用周期缩短，造成废旧纺织品产生的数量不断攀升。据统计目前世界废旧纺织品的年产生量已经接近亿吨级规模。目前，废旧纺织品仍然大部分被焚烧和掩埋，不仅造成资源浪费，还产生了大量的环境污染，废旧纺织品的回收再利用成了人们关注的重点问题。

我国是世界产棉量大国，棉纤维是最重要的纺织原料之一，也是产量最高的天然纤维。由于棉纤维具有良好的吸湿透气性、优越的手感和强度等特点，棉纺织品受到人们的喜爱。因此，纯棉及含棉纺织品在废旧纺织品中占了很大比例。近年来，随着人们环保意识的加强，棉织物及绵纱线的回收利用引起了国内外极大地关注。

由于废旧棉纺织品中含有大量的染料；存在的主要染料有酸性染料、碱性染料、直接染料等。其中酸性染料和碱性染料通过非共价键作用与纺织品结合在一起，直接染料通过共价键与纺织品的活性基团连接在一起，给废旧棉纺织品的脱色利用造成很大困难。此外，纺织品中还含有各种染色助剂、金属离子等。这些问题对废旧棉纺织品回收再利用造成了一定的困难。

因此，需要根据废旧棉纺织品原料的特点设计回收利用过程；亟需发展针对废旧棉纺织品原料特性的回收利用方法。

发明内容

本发明针对废旧棉纺织品再利用过程中存在原料中染料及金属离子残留高的问题，提出一种可以实现废旧棉纺织品中纤维快速漂白及利用其中残留金属离子进行高性能抗菌材料制备的方案，以期缩短废旧棉纺织品的处理工艺流程，提高废旧棉纺织品的再生效率，提高废旧棉纺织品的综合利用的经济效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用废旧棉纺织品制备具有抗菌阻油性能包装纸的方法，包括以下工艺步骤：

（1）将废旧棉纺织品拆解后加入质量分数0.04%−1%碱液（优选氢氧化钠或氢氧化钾）中在常温下浸泡一夜,滤干后备用，然后将处理后的废旧棉纤维在质量分数0.04−1%的碱液中40-120℃下蒸煮1小时，最后将废旧棉纺织品处理所得的浆粕压榨、粉碎、过筛后得到所需的初步原料；

（2）加入铜离子作为催化剂，在pH 3−6条件下利用过氧化氢将（1）所得的浆粕进行漂白处理，得到初级漂白产物，将溶液调节到碱性后压榨备用；

（3）利用TEMPO氧化法将纤维氧化，将压榨后的浆粕与TEMPO试剂和溴化钠混合（纤维固含量不高于1%），充分搅拌混合均匀后加入次氯酸钠，过程中保持溶液的pH在10−11范围内，机械搅拌下反应不少于3小时，加入乙醇终止反应，将pH调至7−8，分离纤维后进行进一步机械处理，直至纤维完全分散，透明度不再变强；

（4）将纤维分散后在机械搅拌的条件下加入钙离子溶液，由于钙离子与羧基螯合作用的强度大于纤维间氢键作用，通过羧基与钙离子的螯合作用增强纤维分子间网络结构的强度加入钙离子的量与纤维原料有关，需要控制纤维粘度开始增加前即可，钙离子浓度过低对网络结构强度的增强作用不明显，钙离子浓度过高会导致网络结构疏松，不利于疏油性的控制；

（5）持续机械搅拌，并加入聚乙烯亚胺，一方面，聚乙烯亚胺是一种带正电的高分子，能增强纸张的抗菌性能；另一方面，聚乙烯亚胺的加入能中和纤维所带的正电荷，有利于所制的纤维分散液在纸张表面的均匀涂覆；

（6）将上述混合液滴加到纸张表面，并用涂布器涂布均匀，在常温常压下晾干；

（7）用水将纸张打湿，然后再烘干，以防表面出现凹凸不平现象。

本发明中重金属离子通过和纤维素中的羧基，以及聚乙烯亚胺中-N-、-NH-、-NH

可提供所述钙离子溶液的钙化合物有：氯化钙，硝酸钙等化合物，它们的水溶液中包含游离的钙离子，游离的钙离子能与TEMPO氧化后的纤维素中的羧基络合。所述钙离子的浓度为0.05−0.2M。

所述聚乙烯亚胺的用量以“使纤维混合液带正电”为准，其具体用量大约为：0.5–1g/mL。

漂白处理时加入铜离子作为催化剂，利用Fenton催化过氧化氢产生氢氧自由基，而氢氧自由基的氧化活性远大于过氧化氢，因此，漂白效果更好。铜离子的具体用量为：在最终反应溶液中的浓度为0.5–2mg/L。

有益效果

本发明公开了一种利用废旧棉纺织品制备具有抗菌阻油性能包装纸的方法，本发明缩短了废旧棉纺织品制备的工艺流程，节约了废旧棉纺织品处理的成本，通过将废旧棉纺织品用于制备具有抗菌、阻油性能的包装纸的方法，充分利用了废旧棉纺织品中可能存在重金属离子（如铁离子，钙离子等），使之转化为可以用于抗菌的新材料；解决了金属离子处理的难题，提高了金属离子的利用。

通过将纤维表面的羟基转化为羧基，增加纤维素亲水疏油性能，纤维的氧化和机械分散过程能使纤维形成尺寸较小的纳米纤维素结构，这一结构能填充到纸张表面的孔隙中，降低纸张表面粗糙度，提高纸张的阻隔性能；钙离子的加入进一步增加纤维分子间网络结构的致密性，使纸张表面的疏油性能进一步提高。

附图说明

图1：本发明所述抗菌阻油性能包装纸的表面宏观形貌图；

图2：原纸的SEM图；

图3：本发明所述抗菌阻油性能包装纸的SEM图；

图4：纸张抑制金黄色葡萄球菌生长的抑菌圈图。

具体实施方式

以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。

以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。

实施例1

一种利用废旧棉纺织品制备具有抗菌阻油性能包装纸的方法，包括以下工艺步骤：

（1）将废旧棉纺织品拆解后加入0.04%氢氧化钠溶液中在常温下浸泡一夜,滤干后备用，然后将处理后的废旧棉纤维在0.04%氢氧化钠溶液中40℃下蒸煮1小时，最后将废旧棉纺织品处理所得的浆粕压榨、粉碎、过筛后得到所需的初步原料；

（2）加入铜离子在pH 3条件下利用过氧化氢将（1）所得的浆粕进行漂白处理，得到初级漂白产物，将溶液调节到碱性后压榨备用；

（3）利用TEMPO氧化法将纤维氧化，分离纤维后进行进一步机械处理，直至纤维完全分散，透明度不再变强；

（4）将纤维分散后在机械搅拌的条件下加入钙离子溶液，通过羧基与钙离子的螯合作用增强纤维分子间网络结构的强度，加入钙离子的量与纤维原料有关，需要控制纤维粘度开始增加前即可，钙离子浓度的高低都会降低后续实验效果；

（5）持续机械搅拌，并加入聚乙烯亚胺，使纤维混合液带正电；

（6）将上述混合液滴加到纸张表面，并用涂布器涂布均匀，在常温常压下晾干；

（7）用水将纸张打湿，然后再烘干，以防表面出现凹凸不平现象，得到所述的抗菌阻油性能包装纸。

所述钙离子溶液为氯化钙的水溶液，包含游离的钙离子，游离的钙离子能与TEMPO氧化后的纤维素中的羧基络合。所述钙离子的浓度为0.05M。

所述聚乙烯亚胺的用量以“使纤维混合液带正电”为准，其具体用量大约为：0.5g/mL。

漂白处理时加入铜离子作为催化剂，利用Fenton催化过氧化氢产生氢氧自由基，而氢氧自由基的氧化活性远大于过氧化氢，因此，漂白效果更好。铜离子的具体用量为：在最终反应溶液中的浓度为0.5mg/L。

将制得的包装纸进行性能测试，具体测试方法和测试数据如下：

（1）利用KIT值法检测纸张的疏油性能，配置1到12号非极性依次增强的溶液，将溶液滴加到纸张表面20s后，将液滴擦拭后观察试剂是否进入纸张，kit的数值由原纸的1增加到9−10。

（2）利用扫描电镜观察纸张表面的形貌变化，确定纸张阻隔性能变化的原因；原纸和本发明所述抗菌阻油性能包装纸的SEM图分别如图2、图3所示。

（3）通过对抑菌圈的检测，判断纸张的抑菌性能。纸张抑制金黄色葡萄球菌生长的抑菌圈如图4所示，图中A为原纸，B为本发明所述抗菌阻油性能包装纸。

实施例2

一种利用废旧棉纺织品制备具有抗菌阻油性能包装纸的方法，包括以下工艺步骤：

（1）将废旧棉纺织品拆解后加入1%氢氧化钾溶液中在常温下浸泡一夜,滤干后备用，然后将处理后的废旧棉纤维在1%氢氧化钾溶液中120℃下蒸煮1小时，最后将废旧棉纺织品处理所得的浆粕压榨、粉碎、过筛后得到所需的初步原料；

（2）加入铜离子在pH 6条件下利用过氧化氢将（1）所得的浆粕进行漂白处理，得到初级漂白产物，将溶液调节到碱性后压榨备用；

（3）利用TEMPO氧化法将纤维氧化，分离纤维后进行进一步机械处理，直至纤维完全分散，透明度不再变强；

（4）将纤维分散后在机械搅拌的条件下加入钙离子溶液，通过羧基与钙离子的螯合作用增强纤维分子间网络结构的强度，加入钙离子的量与纤维原料有关，需要控制纤维粘度开始增加前即可，钙离子浓度的高低都会降低后续实验效果；

（5）持续机械搅拌，并加入聚乙烯亚胺，使纤维混合液带正电性；

（6）将上述混合液滴加到纸张表面，并用涂布器涂布均匀，在常温常压下晾干；

（7）用水将纸张打湿，然后再烘干，以防表面出现凹凸不平现象。

所述钙离子溶液为硝酸钙的水溶液，包含游离的钙离子，游离的钙离子能与TEMPO氧化后的纤维素中的羧基络合。所述钙离子的浓度为0.2M。

所述聚乙烯亚胺的用量为：1g/mL。

漂白处理时加入铜离子作为催化剂，利用Fenton催化过氧化氢产生氢氧自由基，而氢氧自由基的氧化活性远大于过氧化氢，因此，漂白效果更好。铜离子的具体用量为：2mg/L。

实施例3

一种利用废旧棉纺织品制备具有抗菌阻油性能包装纸的方法，包括以下工艺步骤：

（1）将废旧棉纺织品拆解后加入0.5%氢氧化钾溶液中在常温下浸泡一夜,滤干后备用，然后将处理后的废旧棉纤维在0.5%氢氧化钾溶液中90℃下蒸煮1小时，最后将废旧棉纺织品处理所得的浆粕压榨、粉碎、过筛后得到所需的初步原料；

（2）加入铜离子在pH 5条件下利用过氧化氢将（1）所得的浆粕进行漂白处理，得到初级漂白产物，将溶液调节到碱性后压榨备用；

（3）利用TEMPO氧化法将纤维氧化，分离纤维后进行进一步机械处理，直至纤维完全分散，透明度不再变强；

（4）将纤维分散后在机械搅拌的条件下加入钙离子溶液，通过羧基与钙离子的螯合作用增强纤维分子间网络结构的强度，加入钙离子的量与纤维原料有关，需要控制纤维粘度开始增加前即可，钙离子浓度的高低都会降低后续实验效果；

（5）持续机械搅拌，并加入聚乙烯亚胺，使纤维混合液带正电性；

（6）将上述混合液滴加到纸张表面，并用涂布器涂布均匀，在常温常压下晾干；

（7）用水将纸张打湿，然后再烘干，以防表面出现凹凸不平现象。

所述钙离子溶液为氯化钙的水溶液，包含游离的钙离子，游离的钙离子能与TEMPO氧化后的纤维素中的羧基络合。所述钙离子的浓度为0.1M。

所述聚乙烯亚胺的用量为：0.8g/mL。

漂白处理时加入铜离子作为催化剂，利用Fenton催化过氧化氢产生氢氧自由基，而氢氧自由基的氧化活性远大于过氧化氢，因此，漂白效果更好。铜离子的具体用量为：1mg/L。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。