本發(fā)明涉及有機納米材料提取制備技術領域，具體涉及一種有序性納米廢紙纖維，本發(fā)明還涉及一種該有序性納米廢紙纖維的制備方法。

背景技術：

近些年來，隨著世界造紙工業(yè)的發(fā)展，全球紙和紙板的產(chǎn)量不斷增長。從2013年開始全球紙與紙板產(chǎn)量總產(chǎn)量超過4億噸大關，達到4.02億噸，2014年增長至4.06億噸，2015年紙與紙板產(chǎn)量比上年微增0.4％，達到4.076億噸。而我國2015年全國紙及紙板生產(chǎn)量10710萬噸，較上年增長2.29％。2006～2015年，紙及紙板生產(chǎn)量年均增長率5.71％。我國每年產(chǎn)生大約1400萬噸的紙，回收利用率卻很低。有關統(tǒng)計表明，發(fā)達國家廢紙回收利用率達60％至70％，相比之下，我國目前廢紙回收利用率不足30％，每年廢舊紙張浪費量達到1000多萬噸，價值超過100億元。因此，我國廢紙的產(chǎn)生量大，利用率相對較低，廢紙資源利用大有潛力。然而，現(xiàn)階段我國廢紙資源化利用技術研究主要集中在利用脫墨漿生產(chǎn)紙或紙板等方面，技術較單一，產(chǎn)品附加值相對較低。為了更好地節(jié)約森林資源，保護生態(tài)環(huán)境，有必要探索廢紙資源化利用的新技術。

廢紙，也稱之為“二次纖維”，廢紙纖維結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與天然植物纖維相似，其具有相對低廉的價格、較小的密度、較高的彈性模量，生物降解性和可再生性等，使其在新型材料的研發(fā)方面?zhèn)涫車鴥?nèi)外關注。然而，與天然纖維以及微晶纖維相比，粒徑大小一般在1～100nm之間的納米纖維，可在水中分散形成穩(wěn)定的膠體，并且具有許多優(yōu)良性能，如較大的比表面積、高結(jié)晶度、高親水性、高模量、高強度、超精細結(jié)構(gòu)和高透明性等。因此納米纖維作為復合材料的增強相、組織工程支架和過濾介質(zhì)方面具有很好的應用價值。近年來對納米纖維的研究日益受到廣泛關注。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種有序性納米廢紙纖維，達到了廢紙回收再利用的目的，又提供了生產(chǎn)納米纖維的一種途徑。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種有序性納米廢紙纖維的制備方法。

本發(fā)明所采用的技術方案是，一種有序性納米廢紙纖維，按重量百分比，由以下組分組成：24.32％～28.56％辦公室廢紙、0.60％～0.93％雙氧水、0.36％～0.51％氫氧化鈉、0.98％～1.50％硅酸鈉、0.53％～0.76％十二烷基苯磺酸鈉、0.61％～0.83％op-10、68.06％～72.57％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％。

發(fā)明所采用的另一個技術方案是，一種有序性納米廢紙纖維的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按重量份分別稱取以下組分由以下組分組成：24.32％～28.56％辦公室廢紙、0.60％～0.93％雙氧水、0.36％～0.51％氫氧化鈉、0.98％～1.50％硅酸鈉、0.53％～0.76％十二烷基苯磺酸鈉、0.61％～0.83％op-10、68.06％～72.57％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％；

步驟2，將稱量好的雙氧水、氫氧化鈉、硅酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉及op-10配置成溶液a；

步驟3，將稱量好的廢紙粉碎，并在步驟2配置好的溶液a中浸泡；

步驟4，將步驟3浸泡好的廢紙脫墨并疏解得到廢紙纖維；

步驟5，清洗步驟4得到的廢紙纖維，烘干；

步驟6，將步驟5得到的廢紙纖維粉碎并細化；

步驟7，將質(zhì)量分數(shù)98％的濃硫酸稀釋至50％～65％濃度范圍，并將步驟6處理好的廢紙纖維加入到稀釋后的硫酸溶液中，水浴加熱，攪拌，得到酸化的懸濁液；

步驟8，將步驟7得到的懸濁液稀釋10倍，抽濾洗滌至中性，并加入去離子水分散于培養(yǎng)皿中，烘干，最終得到有序性納米廢紙纖維。

本發(fā)明的特點還在于：

步驟3中廢紙粉碎成15mm×4mm～20mm×10mm的碎片，在配置好的溶液a中浸泡的時間為30min～60min。

步驟4中紙漿解離機的轉(zhuǎn)速為8000～10000r/min，脫墨疏解紙纖維的時間為10min～15min。

步驟5中廢紙纖維的烘干時間為12h～24h，烘干溫度為70℃～80℃。

步驟6中廢紙纖維的粉碎時間為10s～30s。

步驟7中水浴加熱的溫度為45℃～50℃，攪拌轉(zhuǎn)速為230r/min～270r/min，攪拌時間為1h。

步驟8中烘干溫度為60℃～80℃，烘干時間為5h～8h。

本發(fā)明以辦公室廢紙為原料，通過酸性水解法制備納米廢紙纖維，既達到了廢紙回收再利用的目的，又提供了生產(chǎn)納米級廢紙纖維的一種途徑，拓寬了納米填料的范圍，而且其能有效制備成安全無毒的透明涂層，可應用于食品包裝領域。

附圖說明

圖1是酸化前廢紙的掃描電鏡圖；

圖2是本發(fā)明實施例2制備得到的納米廢紙纖維的掃描電鏡圖；

圖3是本發(fā)明實施例3制備得到的納米廢紙纖維的掃描電鏡圖；

圖4是本發(fā)明實施例5制備得到的納米廢紙纖維的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明一種有序性納米廢紙纖維，按重量百分比，由以下組分組成：24.32％～28.56％辦公室廢紙、0.60％～0.93％雙氧水、0.36％～0.51％氫氧化鈉、0.98％～1.50％硅酸鈉、0.53％～0.76％十二烷基苯磺酸鈉、0.61％～0.83％op-10、68.06％～72.57％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％。

上述一種有序性納米廢紙纖維的制備方法包括以下步驟：

步驟1，按重量份分別稱取以下組分：由以下組分組成：24.32％～28.56％辦公室廢紙、0.60％～0.93％雙氧水、0.36％～0.51％氫氧化鈉、0.98％～1.50％硅酸鈉、0.53％～0.76％十二烷基苯磺酸鈉、0.61％～0.83％op-10、68.06％～72.57％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％；

步驟2，將稱量好的雙氧水、氫氧化鈉、硅酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉及op-10配置成溶液a；

步驟3，將稱量好的廢紙粉碎，并在步驟2配置好的溶液a中浸泡；其中廢紙粉碎成15mm×4mm～20mm×10mm的碎片，在配置好的溶液a中浸泡的時間為30min～60min；

步驟4，將步驟3浸泡好的廢紙脫墨并疏解得到廢紙纖維；其中紙漿解離機的轉(zhuǎn)速為8000～10000r/min，脫墨疏解紙纖維的時間為10min～15min；

步驟5，清洗步驟4得到的廢紙纖維，烘干；其中廢紙纖維的烘干時間為12h～24h，烘干溫度為70℃～80℃；

步驟6，將步驟5得到的廢紙纖維粉碎并細化；其中廢紙纖維的粉碎時間為10s～30s；

步驟7，將質(zhì)量分數(shù)98％的濃硫酸稀釋至50％～65％濃度范圍，并將步驟6處理好的廢紙纖維加入到稀釋后的硫酸溶液中，水浴加熱，攪拌，得到酸化的懸濁液；其中水浴加熱的溫度為45℃～50℃，攪拌轉(zhuǎn)速為230r/min～270r/min，攪拌時間為1h；

步驟8，將步驟7得到的懸濁液稀釋10倍，抽濾洗滌至中性，并加入去離子水分散于培養(yǎng)皿中，烘干，最終得到納米級廢紙纖維薄膜；其中烘干溫度為60℃～80℃，烘干時間為5h～8h。

其中：廢紙，收集的辦公室廢打印a4紙；雙氧水(h2o2)，分析純，天津市富宇精細化工有限公司；氫氧化鈉(naoh)，分析純，天津市天力化學試劑有限公司；硅酸鈉(nasio3)，分析純，天津市天力化學試劑有限公司；十二烷基苯磺酸鈉，分析純，天津市天力化學試劑有限公司；op-10，分析純，天津永晟精細化工有限公司；98％的硫酸(h2so4)，分析純，天津市天力化學試劑有限公司；去離子水，分析純，東莞市納百川水處理設備有限公司。

實施例1

一種有序性納米廢紙纖維的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按重量份分別稱取以下組分：27.89％辦公室a4廢紙、0.84％雙氧水、0.42％氫氧化鈉、1.39％硅酸鈉、0.70％十二烷基苯磺酸鈉、0.70％op-10、68.06％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％；

步驟2，將稱量好的雙氧水、氫氧化鈉、硅酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉及op-10配置成溶液a；

步驟3，將稱量好的廢紙粉碎成15mm×4mm的碎片，放在步驟2配置好的溶液a中浸泡30min；

步驟4，將步驟3中浸泡好的廢紙進行脫墨并疏解得到廢紙纖維，紙漿解離機的轉(zhuǎn)速為8000r/min，脫墨疏解紙纖維的時間為10min；

步驟5，用去離子水反復清洗從廢紙纖維上脫離下來的油墨粒子，直至得到白度和純度較高的廢紙纖維，并將其在70℃的烘箱中干燥24h；

步驟6，將步驟5得到的廢紙纖維粉碎10s，得到較細的纖維；

步驟7，將質(zhì)量分數(shù)98％的濃硫酸稀釋至50％濃度，并將步驟6處理好的廢紙纖維加入到稀釋后的硫酸溶液中，水浴加熱45℃，攪拌轉(zhuǎn)速為230r/min，攪拌時間為1h，得到酸化的懸濁液；

步驟8，將步驟7得到的懸濁液稀釋10倍，抽濾洗滌至中性，并加入去離子水分散于培養(yǎng)皿中，在80℃的烘箱中干燥5h，最終得到廢紙纖維的膜。

實施例2

一種有序性納米廢紙纖維的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按重量份分別稱取以下組分：25.19％辦公室a4廢紙、0.60％雙氧水、0.39％氫氧化鈉、0.98％硅酸鈉、0.54％十二烷基苯磺酸鈉、0.61％op-10、71.69％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％；

步驟2，將稱量好的雙氧水、氫氧化鈉、硅酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉及op-10配置成溶液a；

步驟3，將稱量好的廢紙粉碎成20mm×10mm的碎片，放在步驟2配置好的溶液a中浸泡60min；

步驟4，將步驟3中浸泡好的廢紙進行脫墨并疏解得到廢紙纖維，紙漿解離機的轉(zhuǎn)速為10000r/min，脫墨疏解紙纖維的時間為15min；

步驟5，用去離子水反復清洗從廢紙纖維上脫離下來的油墨粒子，直至得到白度和純度較高的廢紙纖維，并將其在80℃的烘箱中干燥12h；

步驟6，將步驟5得到的廢紙纖維粉碎30s，得到較細的纖維；

步驟7，將質(zhì)量分數(shù)98％的濃硫酸稀釋至55％濃度，并將步驟6處理好的廢紙纖維加入到稀釋后的硫酸溶液中，水浴加熱45℃，攪拌轉(zhuǎn)速為230r/min，攪拌時間為1h，得到酸化的懸濁液；

步驟8，將步驟7得到的懸濁液稀釋10倍，抽濾洗滌至中性，并加入去離子水分散于培養(yǎng)皿中，在80℃的烘箱中干燥5h，最終得到廢紙纖維的膜。

實施例3

一種有序性納米廢紙纖維的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按重量份分別稱取以下組分：24.56％辦公室a4廢紙、0.60％雙氧水、0.36％氫氧化鈉、0.98％硅酸鈉、0.53％十二烷基苯磺酸鈉、0.61％op-10、72.36％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％；

步驟2，將稱量好的雙氧水、氫氧化鈉、硅酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉及op-10配置成溶液a；

步驟3，將稱量好的廢紙粉碎成17mm×7mm的碎片，放在步驟2配置好的溶液a中浸泡45min；

步驟4，將步驟3中浸泡好的廢紙進行脫墨并疏解得到廢紙纖維，紙漿解離機的轉(zhuǎn)速為9000r/min，脫墨疏解紙纖維的時間為12min；

步驟5，用去離子水反復清洗從廢紙纖維上脫離下來的油墨粒子，直至得到白度和純度較高的廢紙纖維，并將其在75℃的烘箱中干燥18h；

步驟6，將步驟5得到的廢紙纖維粉碎20s，得到較細的纖維；

步驟7，將質(zhì)量分數(shù)98％的濃硫酸稀釋至60％濃度，并將步驟6處理好的廢紙纖維加入到稀釋后的硫酸溶液中，水浴加熱45℃，攪拌轉(zhuǎn)速為230r/min，攪拌時間為1h，得到酸化的懸濁液；

步驟8，將步驟7得到的懸濁液稀釋10倍，抽濾洗滌至中性，并加入去離子水分散于培養(yǎng)皿中，在70℃的烘箱中干燥6h，最終得到廢紙纖維的膜。

實施例4

一種有序性納米廢紙纖維的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按重量份分別稱取以下組分：24.56％辦公室a4廢紙、0.60％雙氧水、0.36％氫氧化鈉、0.98％硅酸鈉、0.53％十二烷基苯磺酸鈉、0.61％op-10、72.36％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％；

步驟2，將稱量好的雙氧水、氫氧化鈉、硅酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉及op-10配置成溶液a；

步驟3，將稱量好的廢紙粉碎成15mm×4mm的碎片，放在步驟2配置好的溶液a中浸泡30min；

步驟4，將步驟3中浸泡好的廢紙進行脫墨并疏解得到廢紙纖維，紙漿解離機的轉(zhuǎn)速為10000r/min，脫墨疏解紙纖維的時間為15min；

步驟5，用去離子水反復清洗從廢紙纖維上脫離下來的油墨粒子，直至得到白度和純度較高的廢紙纖維，并將其在75℃的烘箱中干燥18h；

步驟6，將步驟5得到的廢紙纖維粉碎20s，得到較細的纖維；

步驟7，將質(zhì)量分數(shù)98％的濃硫酸稀釋至60％濃度，并將步驟6處理好的廢紙纖維加入到稀釋后的硫酸溶液中，水浴加熱45℃，攪拌轉(zhuǎn)速為270r/min，攪拌時間為1h，得到酸化的懸濁液；

步驟8，將步驟7得到的懸濁液稀釋10倍，抽濾洗滌至中性，并加入去離子水分散于培養(yǎng)皿中，在80℃的烘箱中干燥5h，最終得到廢紙纖維的膜。

實施例5

一種有序性納米廢紙纖維的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按重量份分別稱取以下組分：24.32％辦公室a4廢紙、0.62％雙氧水、0.31％氫氧化鈉、0.98％硅酸鈉、0.57％十二烷基苯磺酸鈉、0.63％op-10、72.57％質(zhì)量分數(shù)為98％的濃硫酸，上述組分重量百分比之和為100％；

步驟2，將稱量好的雙氧水、氫氧化鈉、硅酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉及op-10配置成溶液a；

步驟3，將稱量好的廢紙粉碎成18mm×8mm的碎片，放在步驟2配置好的溶液a中浸泡50min；

步驟4，將步驟3中浸泡好的廢紙進行脫墨并疏解得到廢紙纖維，紙漿解離機的轉(zhuǎn)速為10000r/min，脫墨疏解紙纖維的時間為15min；

步驟5，用去離子水反復清洗從廢紙纖維上脫離下來的油墨粒子，直至得到白度和純度較高的廢紙纖維，并將其在73℃的烘箱中干燥20h；

步驟6，將步驟5得到的廢紙纖維粉碎15s，得到較細的纖維；

步驟7，將質(zhì)量分數(shù)98％的濃硫酸稀釋至65％濃度，并將步驟6處理好的廢紙纖維加入到稀釋后的硫酸溶液中，水浴加熱45℃，攪拌轉(zhuǎn)速為270r/min，攪拌時間為1h，得到酸化的懸濁液；

步驟8，將步驟7得到的懸濁液稀釋10倍，抽濾洗滌至中性，并加入去離子水分散于培養(yǎng)皿中，在65℃的烘箱中干燥8h，最終得到廢紙纖維的膜。

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，實施例1的試樣為緊縮一起的塊狀廢紙纖維，實施例2的試樣部分成膜，實施例3和實施例5的試樣完全成膜，并呈透明狀。為了進一步了解其形貌結(jié)構(gòu)，使用場發(fā)射掃描電鏡對酸化前的廢紙(如圖1所示)以及實施例1，實施例2(如圖2所示)，實施例3(如圖3所示)和實施例5(如圖4所示)制備的廢紙纖維或其薄膜進行了微觀觀察。發(fā)現(xiàn)，酸化前的廢紙纖維為微米級，尺寸在3um～40um之間，50％和55％(實施例1和實施例2)硫酸水解可得到微米和納米級共存纖維，并且雜亂無章，縱橫交錯成網(wǎng)狀，濃度大于60％的硫酸可制備納米級廢紙纖維(實施例3和實施例5)，尺寸介于10nm～25nm之間，并且按照一定的取向性進行有序排列。

本發(fā)明的一種有序性納米廢紙纖維有如下優(yōu)點：以辦公室廢紙為原料，通過酸性水解法制備有序性納米廢紙纖維，既達到了廢紙回收再利用的目的，又提供了生產(chǎn)納米纖維的一種途徑，而且其能有效制備成安全無毒的透明涂層，可應用于食品包裝領域。