本發(fā)明屬于無機礦物纖維領(lǐng)域，特別涉及一種造紙專用高強度柔性海泡石纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

造紙工業(yè)在全球經(jīng)濟和文明中扮演著重要角色，產(chǎn)值占世界工業(yè)總產(chǎn)值的2.5%，占世界貿(mào)易總量的2%。木材是造紙工業(yè)的主要原料，占造紙原料的93%以上，而我國是一個森林資源缺乏的國家，造紙主要應(yīng)用的草類植物纖維在制漿過程中廢液回收處理和污染防治難度大，費用高，對環(huán)境有嚴重的影響，因而尋求新的非植物纖維替代品，有著十分重大的意義。我國具有較豐富的礦物纖維資源，利用礦物纖維替換部分植物纖維作為紙漿原料，不僅能降低生產(chǎn)成本，而且對保護我國森林資源具有重要意義。

海泡石是一種具有層鏈狀結(jié)構(gòu)及纖維狀外形的含水富鎂硅酸鹽，纖維直徑通常為0.1～0.3μm，具有較高的纖維長度，結(jié)構(gòu)與植物纖維類似，理論上可以作為填料替代部分植物纖維進行抄紙，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且可以大幅度緩解我國植樹造林的壓力，減少森林資源的采伐。海泡石纖維屬礦物纖維，作為主料造紙與一般植物纖維相比具有纖維間結(jié)合力低、本身細料多、濾水較困難、抄造薄頁紙難度大等缺點，因此目前海泡石纖維主要用作造紙的填充料。如中國專利公開號cn1357667公開了海泡石薄頁紙及其抄造方法，將海泡石經(jīng)粉碎、酸化處理后和纖維打漿，加少量紙漿纖維、樹脂膠、助留助濾劑、沉淀劑和水，送長網(wǎng)機抄造，得到一種海泡石薄頁紙，解決造紙污染大、成本高、不耐高溫、吸水性小的問題；中國專利公開號cn102505573a公開了一種功能包裝材料的制造方法，將海泡石進行鹽酸酸化處理后得到活化海泡石，與硬脂酸改性的電氣石粉、硅藻土攪拌混合均勻得到混合物，與硫酸鎂加入到紙漿漿料中混合均勻，抄造成為紙張或硬紙板，干燥，得到紙質(zhì)或硬紙板質(zhì)的功能包裝材料，具有一定的濕度調(diào)節(jié)能力；中國專利公開號cn102286896a公開了一種具有凈化空氣功能吸附紙的制備方法，在鹽酸溶液環(huán)境中，將海泡石進行活化處理，再對活化海泡石進行有機化處理與改性貝殼粉末在一定溫度下攪拌混合插層處理，然后在馬弗爐中煅燒幾個小時，制備的分子篩與陽離子聚丙烯酰胺和羧甲基纖維素鈉一起加入到紙漿中，與現(xiàn)有吸附紙相比，具有吸附率高，吸附容量大，熱穩(wěn)定性強等優(yōu)點，使得吸附紙獲得廣泛的應(yīng)用。

綜上所述，目前海泡石纖維主要作為造紙的填料應(yīng)用，其改性活化方法主要是采用酸化處理，解決海泡石纖維的分散問題。海泡石纖維的脆性強，在加工和紙頁成形過程中纖維結(jié)構(gòu)極易被破壞，導(dǎo)致纖維長度變短，會阻礙纖維間的氫鍵結(jié)合，使得海泡石纖維難以發(fā)揮纖維的網(wǎng)狀支撐性，使紙頁的強度性能降低，且隨著海泡石纖維添加量的增加也會對成紙性能特別是強度指標(biāo)產(chǎn)生一定程度的不利影響。因此需要對海泡石纖維進行柔性活化處理，提高海泡石纖維替代植物纖維的用量，為海泡石纖維用于造紙?zhí)峁┝思夹g(shù)保證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了避免海泡石纖維在造紙過程受機械力的破壞，提高海泡石纖維的在造紙原料中的用量，且不影響紙張的柔軟度和強度，本發(fā)提出一種造紙專用高強度柔性海泡石纖維。該海泡石纖維由層狀纖維海泡石與碳納米管、環(huán)糊精穿插形成的具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的柔性纖維，具有較高的柔韌性和強度，避免造紙過程中機械力對纖維結(jié)構(gòu)的破壞，同時纖維表面引入大量的活性官能團，有利于海泡石纖維與植物纖維的緊密結(jié)合，在不影響紙張性能的條件下提高海泡石纖維的用量，節(jié)約成本。本發(fā)明海泡石纖維具有較高的柔軟性和分散性，用于造紙時能明顯提高紙張的柔軟度，使紙張手感良好、質(zhì)輕。進一步提供造紙專用海泡石纖維的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種造紙專用高強度柔性海泡石纖維，其特征是由層狀纖維海泡石與碳納米管、環(huán)糊精穿插形成的具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高強柔性纖維，按照如下重量份的原料組成：

海泡石60~80份

碳納米管10~20份

環(huán)糊精10~20份

其中，所述的海泡石為直徑d=10~100μm，長度l=100~1000μm的層狀纖維狀海泡石；所述的碳納米管為多壁碳納米管，直徑為20~40nm，長度為10~50μm；所述的環(huán)糊精為β-環(huán)糊精及其衍生物，其中β-環(huán)糊精的衍生物為羧甲基β-環(huán)糊精、甲基β-環(huán)糊精、羥乙基β-環(huán)糊精、羥丙基β-環(huán)糊精中的至少一種。

本發(fā)明一種造紙專用高強度柔性海泡石纖維的制備方法，以上述所述重量份的各成分為原料，按下述方式進行制備：

（1）將10~20重量份的碳納米管加入濃度為40~60%的硫酸溶液中攪拌2~3h，洗滌至溶液ph值為5~7，過濾干燥得到酸化的碳納米管；

（2）將60~80重量份的具有層狀纖維的海泡石纖維配成1~10%的礦漿濃度，浸泡24h，加入步驟（1）中得到的酸性碳納米管，加入分散劑，利用超聲波超聲分散30~40min，離心過濾得到改性海泡石纖維；

（3）將步驟（2）中得到的改性海泡石纖維與10～20重量份的環(huán)糊精投入到等離子體設(shè)備中，設(shè)置功率為80w，壓強為20~30pa，放電5~10min，得到環(huán)糊精改性的海泡石纖維，加入到質(zhì)量分數(shù)為10~20%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌混合10~20min，使陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨完全包覆在改性海泡石纖維表面，過濾，干燥，即得一種造紙專用海泡石纖維。

上述步驟（2）中所述的分散劑為六偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉、磷酸三鈉中的任意一種，分散劑使用量為海泡石與碳納米管總質(zhì)量的0.5~1%。

上述步驟（3）中所述的等離子體為氧等離子體，所用的等離子體設(shè)備為轉(zhuǎn)動式等離子體設(shè)備，利用磁力攪拌，使粉末物質(zhì)在等離子體設(shè)備中轉(zhuǎn)動起來，使得等離子體處理更均勻。利用氧等離子體處理改性海泡石纖維，在纖維的表面引入含氧官能團，與環(huán)糊精的羥基發(fā)生反應(yīng)，使環(huán)糊精與海泡石纖維緊密結(jié)合，提高纖維的分散性，增加纖維的柔韌性，有利于海泡石纖維與植物纖維緊密交織，增強紙張的強度。

本發(fā)明一種造紙專用高強度柔性海泡石纖維及其制備方法，由層狀纖維海泡石與碳納米管、環(huán)糊精穿插形成具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的柔性纖維，利用碳納米管的超強力學(xué)性能，通過超聲分散使酸化碳納米管穿插在海泡石纖維的層狀結(jié)構(gòu)中，增大了纖維分子鏈間的距離，削弱了纖維分子間的作用力，酸化碳納米管表面的含氧官能團與海泡石纖維表面的si-oh基反應(yīng)，使兩者緊密結(jié)合，保護纖維結(jié)構(gòu)免受機械力的破壞；利用氧等離子體處理改性后的海泡石纖維，使纖維表面引入大量的含氧官能團，與多羥基的環(huán)糊精發(fā)生反應(yīng)，使環(huán)糊精分子包裹在海泡石纖維的表面，增加海泡石纖維表面的活性基團，同時提高海泡石纖維的柔韌性和強度，使海泡石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合，極大改善了海泡石纖維用于造紙技術(shù)的應(yīng)用性能。

本發(fā)明一種造紙專用高強度柔性海泡石纖維及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比突出的特點和有益的效果在于：

1、本發(fā)明通過酸化碳納米管穿插在海泡石纖維的層狀結(jié)構(gòu)中，確保了纖維的空間結(jié)構(gòu)，避免纖維結(jié)構(gòu)的破壞，在氧等離子體的作用下與環(huán)糊精發(fā)生反應(yīng)，增加纖維的強度和韌性，同時海泡石纖維表面的活性官能團數(shù)量增加，易與植物纖維緊密結(jié)合，提高海泡石纖維在造紙工業(yè)中的利用率。

2、本發(fā)明海泡石纖維分散良好，具有高強度，呈柔性，具有非極性，與植物纖維相容性良好，因此在提高其用量的同時不會影響紙張的性能。

3、本發(fā)明制備的海泡石纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，柔韌性好，用其制造的紙張表面光滑，柔軟度明顯提高，可以代替植物纖維作為造紙的原料，節(jié)約成本。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細的闡述，并不限制于本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或改進，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

實施例1

（1）將10重量份的碳納米管加入濃度為40%的硫酸溶液中攪拌2~3h，洗滌至溶液為5~7，過濾干燥得到酸化的碳納米管；

（2）將70重量份的具有層狀纖維的海泡石纖維配成10%的礦漿濃度，浸泡24h，加入步驟（1）中得到的酸性碳納米管，加入8重量份的六偏磷酸鈉，利用超聲波超聲分散30~40min，離心過濾得到改性海泡石纖維；

（3）將步驟（2）中得到的改性海泡石纖維與10重量份的β-環(huán)糊精投入到等離子體設(shè)備中，設(shè)置功率為80w，壓強為30pa，放電5min，得到環(huán)糊精改性的海泡石纖維，加入到質(zhì)量分數(shù)為10%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌混合10~20min，使陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨完全包覆在改性海泡石纖維表面，過濾，干燥，即得一種造紙專用海泡石纖維。

實施例2

（1）將10重量份的碳納米管加入濃度為40%的硫酸溶液中攪拌2~3h，洗滌至溶液為5~7，過濾干燥得到酸化的碳納米管；

（2）將70重量份的具有層狀纖維的海泡石纖維配成10%的礦漿濃度，浸泡24h，加入步驟（1）中得到的酸性碳納米管，加入8重量份的多聚磷酸鈉，利用超聲波超聲分散30~40min，離心過濾得到改性海泡石纖維；

（3）將步驟（2）中得到的改性海泡石纖維與20重量份的羧甲基β-環(huán)糊精投入到等離子體設(shè)備中，設(shè)置功率為80w，壓強為20pa，放電10min，得到環(huán)糊精改性的海泡石纖維，加入到質(zhì)量分數(shù)為20%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌混合10~20min，使陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨完全包覆在改性海泡石纖維表面，過濾，干燥，即得一種造紙專用海泡石纖維。

實施例3

（1）將20重量份的碳納米管加入濃度為60%的硫酸溶液中攪拌2~3h，洗滌至溶液為5~7，過濾干燥得到酸化的碳納米管；

（2）將60重量份的具有層狀纖維的海泡石纖維配成5%的礦漿濃度，浸泡24h，加入步驟（1）中得到的酸性碳納米管，加入5重量份的三磷酸鈉，利用超聲波超聲分散30~40min，離心過濾得到改性海泡石纖維；

（3）將步驟（2）中得到的改性海泡石纖維與10重量份的甲基β-環(huán)糊精投入到等離子體設(shè)備中，設(shè)置功率為80w，壓強為20pa，放電10min，得到環(huán)糊精改性的海泡石纖維，加入到質(zhì)量分數(shù)為10%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌混合10~20min，使陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨完全包覆在改性海泡石纖維表面，過濾，干燥，即得一種造紙專用海泡石纖維。

實施例4

（1）將10重量份的碳納米管加入濃度為40%的硫酸溶液中攪拌2~3h，洗滌至溶液為5~7，過濾干燥得到酸化的碳納米管；

（2）將80重量份的具有層狀纖維的海泡石纖維配成3%的礦漿濃度，浸泡24h，加入步驟（1）中得到的酸性碳納米管，加入6重量份的多聚磷酸鈉，利用超聲波超聲分散30~40min，離心過濾得到改性海泡石纖維；

（3）將步驟（2）中得到的改性海泡石纖維與20重量份的羥乙基β-環(huán)糊精投入到等離子體設(shè)備中，設(shè)置功率為80w，壓強為30pa，放電5min，得到環(huán)糊精改性的海泡石纖維，加入到質(zhì)量分數(shù)為20%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌混合10~20min，使陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨完全包覆在改性海泡石纖維表面，過濾，干燥，即得一種造紙專用海泡石纖維。

實施例5

（1）將20重量份的碳納米管加入濃度為60%的硫酸溶液中攪拌2~3h，洗滌至溶液為5~7，過濾干燥得到酸化的碳納米管；

（2）將60重量份的具有層狀纖維的海泡石纖維配成10%的礦漿濃度，浸泡24h，加入步驟（1）中得到的酸性碳納米管，加入8重量份的六偏磷酸鈉，利用超聲波超聲分散30~40min，離心過濾得到改性海泡石纖維；

（3）將步驟（2）中得到的改性海泡石纖維與20重量份的羥丙基β-環(huán)糊精投入到等離子體設(shè)備中，設(shè)置功率為80w，壓強為30pa，放電5min，得到環(huán)糊精改性的海泡石纖維，加入到質(zhì)量分數(shù)為10~20%的十六烷基三甲基溴化銨溶液，攪拌混合10~20min，使陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨完全包覆在改性海泡石纖維表面，過濾，干燥，即得一種造紙專用海泡石纖維。