專利名稱：一種無機纖維的改性方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種纖維改性方法，具體涉及一種無機纖維的改性方法。
背景技術：
無機纖維不僅可以代替昂貴的植物纖維用于造紙，節(jié)約大量的植物纖維，降低造紙成本，同時減少植物纖維制漿造成的污染問題?？捎糜谠旒埖臒o機纖維主要有白泥纖維，玻璃纖維，石棉纖維，碳纖維，陶瓷纖維和粉煤灰纖維等。無機纖維原料成本極低，不能細纖維化，其表面又不含能相互作用或與植物纖維作用的基團，另外無機纖維脆性大，剛性強，纖維短，在制漿過程中經(jīng)打漿、分散、輸送較易斷裂為小段纖維，不僅造成在后續(xù)應用過程中出現(xiàn)小段纖維交織、堵塞設備等現(xiàn)象，同時使用過多將使紙張強度大幅度下降。所以必須選用易成柔性膜的成膜劑涂覆在無機纖維的表面將其包裹起來，增強其強度和柔韌性。然而無機纖維表面不含能與有機材料作用的基團，成膜物質不易包裹在無機纖維的表面。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種提高柔軟性和強度的無機纖維的改性方法，經(jīng)過該方法處理的無機纖維用于造紙時能夠提高紙張性能。為了達到上述目的，本發(fā)明的采用的技術方案包括以下步驟:I)按照1: (8-12)的質量比將聚乙烯醇與水在80_90°C下攪拌至聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在80-90°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: (100-200)，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的3%-7% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1: (0.3-0.8)的質量比混合，然后在90-110°C下反應，使Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷接枝到處理后的聚乙烯醇上，再調節(jié)pH值=7 9，得到無機纖維軟化增強劑；3)將無機纖維加入水中，攪拌使無機纖維分散，然后加入無機纖維軟化增強劑，反應30min-60min，抽濾，得到的濾餅即為改性無機纖維；其中，所加入的無機纖維軟化增強劑與無機纖維的質量比為2: (5-10)。所述的步驟I)中攪拌時間為30min。所述的步驟2)反應時間為30min。所述的步驟3)在反應30min-60min前還要加入質量濃度為0.5%-1%的陽離子聚丙烯酰胺溶液和質量濃度為0.5%-1%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻；其中，所加入的陽離子聚丙烯酰胺溶液與十六烷基三甲基溴化銨溶液的體積比為(3-10): (3-10)，且每加入5-10g的無機纖維軟化增強劑需要加入3-10mL的陽離子聚丙烯酰胺溶液。所述的步驟3)中的無機纖維為白泥纖維、粉煤灰纖維、玄武巖纖維或煤矸石纖維。所述的步驟3)中每100_200mL水加入2g的無機纖維。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明首先用雙氧水對聚乙烯醇進行降解，然后在處理后的聚乙烯醇上接枝Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，接枝后的聚乙烯醇上的官能團能夠與無機纖維之間產(chǎn)生作用，因此，本發(fā)明制得的無機纖維軟化增強劑對無機纖維處理后，無機纖維的柔軟性和強度明顯提高，而且經(jīng)過該方法處理的無機纖維用于造紙時能夠提高紙張性能。進一步，本發(fā)明向無機纖維中加入無機纖維軟化增強劑后，還加入使聚乙烯醇陽離子化的陽離子聚丙烯酰胺和十六烷基三甲基溴化銨，因此聚乙烯醇帶有正電荷。而帶有正電荷的聚乙烯醇與表面帶有負電荷的無機纖維相互作用，使無機纖維得到改性，其柔軟性和強度明顯提高。
具體實施例方式實施例1:I)按照1:9的質量比將聚乙烯醇與水混合，并攪拌加熱至85°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在85°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1:150，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的4% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.4的質量比混合，然后在90°C下反 應30min，調節(jié)pH=7，得到無機纖維軟化增強劑；3)將2g的白泥纖維加入IOOmL的水中，攪拌使白泥纖維分散，然后加入5g的無機纖維軟化增強劑，充分攪拌均勻，再依次加入5mL質量濃度為0.6%的陽離子聚丙烯酰胺溶液、6mL質量濃度為0.8%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻，并反應30min，抽濾，得到的濾餅即為改性白泥纖維。實施例2:I)按照1:8的質量比將聚乙烯醇與水混合，并攪拌加熱至90°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在90°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1:100，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的5% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.7的質量比混合，然后在110°c下反應30min，調節(jié)pH=8，得到無機纖維軟化增強劑；3)將2g的白泥纖維加入150mL的水中，攪拌使白泥纖維分散，然后加入7g的無機纖維軟化增強劑，充分攪拌均勻，再依次加入7mL質量濃度為0.5%的陽離子聚丙烯酰胺溶液，4mL質量濃度為0.7%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻，并反應40min，抽濾，得到的濾餅即為改性白泥纖維。實施例3:I)按照1:11的質量比將聚乙烯醇與水混合，并攪拌加熱至80°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在80°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1:200，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的7% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.6的質量比混合，然后在100°c下反應30min，調節(jié)pH=9，得到無機纖維軟化增強劑；3)將2g的白泥纖維加入200mL的水中，攪拌使白泥纖維分散，然后加入IOg的無機纖維軟化增強劑，充分攪拌均勻，再依次加入3mL質量濃度為1%的陽離子聚丙烯酰胺溶液和IOmL質量濃度為0.5%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻，并反應50min，抽濾，得到的濾餅即為改性白泥纖維。實施例4:I)按照1:10的質量比將聚乙烯醇與水混合，并攪拌加熱至87°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在87°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 100，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的7% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.8的質量比混合，然后在105°C下反應30min，調節(jié)pH=7，得到無機纖維軟化增強劑；3)將2g的白泥纖維加入125mL的水中，攪拌使白泥纖維分散，然后加入6g的無機纖維軟化增強劑，充分攪拌 均勻，再依次加入6mL質量濃度為0.8%的陽離子聚丙烯酰胺溶液、5mL質量濃度為0.9%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻，并反應60min，抽濾，得到的濾餅即為改性白泥纖維。實施例5:I)按1:12的質量比將聚乙烯醇與水混合，并攪拌加熱至83°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在83°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1:130，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的3% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.5的質量比混合，然后在95°C下反應30min，調節(jié)pH=9，得到無機纖維軟化增強劑；3)將2g的白泥纖維加入175mL的水中，攪拌使白泥纖維分散，然后加入8g的無機纖維軟化增強劑，充分攪拌均勻，再依次加入4mL質量濃度為0.9%的陽離子聚丙烯酰胺溶液和3mL質量濃度為1%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻，并反應30min，抽濾，得到的濾餅即為改性白泥纖維。實施例6:I)按1:10的質量比將聚乙烯醇與水混合，并攪拌加熱至87°C下使聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在87°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1:100，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的6% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.3的質量比混合，然后在105°C下反應30min，調節(jié)pH=7，得到無機纖維軟化增強劑；3)將2g的粉煤灰纖維加入115mL的水中，攪拌使粉煤灰纖維分散，然后加入6g的無機纖維軟化增強劑，充分攪拌均勻，再依次加入6mL質量濃度為0.8%的陽離子聚丙烯酰胺溶液、5mL質量濃度為0.9%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻，并反應60min，抽濾，得到的濾餅即為改性粉煤灰纖維。實施例7:
I)按1:12的質量比將聚乙烯醇與水混合，并攪拌加熱至83°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在83°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1:130，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的3% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.5的質量比混合，然后在95°C下反應30min，調節(jié)pH=9，得到無機纖維軟化增強劑；3)將2g的玄武巖纖維加入185mL的水中，攪拌使玄武巖纖維分散，然后加入8g的無機纖維軟化增強劑，充分攪拌均勻，再依次加入4mL質量濃度為0.9%的陽離子聚丙烯酰胺溶液和3mL質量濃度為1%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻，并反應30min，抽濾，得到的濾餅即為改性玄武巖纖維。實施例8:I)按1:8的質量比將聚乙烯醇與水混合，并攪拌加熱至90°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在90°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1:100，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的5% ；2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.7的質量比混合，然后在110°c下反應30min，調節(jié)pH=8，得到無機纖維軟化增強劑；3)將2g的煤矸石纖維加入160mL的水中，攪拌使煤矸石纖維分散，然后加入7g的無機纖維軟化增強劑，充分攪拌均勻，再依次加入7mL質量濃度為0.5%的陽離子聚丙烯酰胺溶液，4mL質量濃度為0.7%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻，并反應40min，抽濾，得到的濾餅即為改性煤矸石纖維。本發(fā)明的無機纖維優(yōu)選為白泥纖維，白泥纖維屬于無機纖維的一種，它是制漿造紙廠在堿回收過程中產(chǎn)生的大量苛化白泥經(jīng)過重熔、纖維化而制成的以無機礦物為基本成分的無機質纖維，其具有無機纖維的脆性，故需要對白泥纖維進行軟化處理，以增強纖維及其網(wǎng)絡結合物的強度。下面將本發(fā)明制備的改性白泥纖維添加到紙漿纖維中進行抄紙實驗，測試改性白泥纖維對紙張性能的影響。抄紙實驗:在不加任何助劑的條件下，將改性白泥纖維與紙漿纖維混合，在400r.rniiT1的條件下攪拌lmin，然后在紙樣抄取器上進行抄片，得到的濕紙頁經(jīng)壓榨并干燥lOmin，抄造的紙頁經(jīng)48h吸水平衡后，按國家標準方法測試各種物理性能(實驗結果如表2所示)，本實驗中的纖維添加量是以改性白泥纖維的質量占總纖維質量的百分比來表示的，總纖維質量是指改性白泥纖維和紙漿纖維的總質量。另外，將改性白泥纖維的抄紙實驗條件中的改性白泥纖維替換成未改性白泥纖維，即得到未改性白泥纖維的抄紙實驗條件(實驗結果如表I所示)，且纖維添加量是以未改性白泥纖維的質量占總纖維質量的百分比來表示的，總纖維質量是指未改性白泥纖維和紙漿纖維的總質量。 表I不同未改性白泥纖維添加量對紙張性能的影響
權利要求
1.一種無機纖維的改性方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)按照1:(8-12)的質量比將聚乙烯醇與水在80-90°C下攪拌至聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氫氧化鈉和質量濃度為30%的雙氧水，在80-90°C下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；其中，所加入的雙氧水與聚乙烯醇水溶液的質量比為1:(100-200)，所加入的氫氧化鈉的質量是雙氧水質量的3%-7% ； 2)將處理后的聚乙烯醇與Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:(0.3-0.8)的質量比混合，然后在90-110°C下反應，使Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷接枝到處理后的聚乙烯醇上，再調節(jié)pH值=7 9，得到無機纖維軟化增強劑； 3)將無機纖維加入水中，攪拌使無機纖維分散，然后加入無機纖維軟化增強劑，反應30min-60min，抽濾，得到的濾餅即為改性無機纖維；其中，所加入的無機纖維軟化增強劑與無機纖維的質量比為2: (5-10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的無機纖維的改性方法，其特征在于:所述的步驟I)中攪拌時間為30min。
3.根據(jù)權利要 求1所述的無機纖維的改性方法，其特征在于:所述的步驟2)反應時間為 30min。
4.根據(jù)權利要求1所述的無機纖維的改性方法，其特征在于:所述的步驟3)在反應30min-60min前還要加入質量濃度為0.5%_1%的陽離子聚丙烯酰胺溶液和質量濃度為0.5%-1%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌均勻；其中，所加入的陽離子聚丙烯酰胺溶液與十六烷基三甲基溴化銨溶液的體積比為(3-10): (3-10)，且每加入5-10g的無機纖維軟化增強劑需要加入3-10mL的陽離子聚丙烯酰胺溶液。
5.根據(jù)權利要求1所述的無機纖維的改性方法，其特征在于:所述的步驟3)中的無機纖維為白泥纖維、粉煤灰纖維、玄武巖纖維或煤矸石纖維。
6.根據(jù)權利要求1所述的無機纖維的改性方法，其特征在于:所述的步驟3)中每100-200mL水加入2g的無機纖維。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無機纖維的改性方法，將聚乙烯醇與水在80-90℃下攪拌至聚乙烯醇完全溶解，然后加入氫氧化鈉，再加入雙氧水，在80-90℃下反應4h，得到處理后的聚乙烯醇；將處理后的聚乙烯醇與γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷混合，堿性條件下在90-110℃反應，使γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷接枝到處理后的聚乙烯醇上，然后調節(jié)pH值=7～9，得到無機纖維軟化增強劑；將無機纖維加入水中攪拌分散，然后加入無機纖維軟化增強劑攪拌均勻，待體系反應后，抽濾得到改性的無機纖維。采用本發(fā)明能夠提高無機纖維柔軟性和強度，且經(jīng)過本發(fā)明處理的無機纖維在用于造紙時能夠提高紙張性能。
文檔編號D21H17/36GK103215844SQ20131012820
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權日2013年4月12日
發(fā)明者蘇秀霞, 毛敏, 張海寧, 張丹, 王楠, 郭明媛, 董偉, 曹鵬妮, 張云, 周麗 申請人:陜西科技大學