一種石膏纖維柔性改性劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)礦物纖維領(lǐng)域，特別涉及一種石膏纖維柔性改性劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]造紙工業(yè)在全球經(jīng)濟(jì)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?jiān)系?3%以上，隨著造紙業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致大規(guī)模地砍伐森林，使全世界森林面積銳減，荒漠化加劇，同時(shí)還帶來嚴(yán)重的污染環(huán)境，影響人類健康。目前我國造紙生產(chǎn)總量不斷，造紙?jiān)蠂?yán)重短缺，迫使我們積極尋找廉價(jià)的紙漿纖維的替代品。由于我國具有較豐富的礦物纖維資源，因此將礦物纖維代替部分植物纖維用于造紙，不僅能降低生產(chǎn)成本，而且對(duì)保護(hù)我國森林資源具有重要意義。
[0003]石膏纖維也稱之為石膏晶須，是一種性能優(yōu)良且價(jià)格低廉的礦物纖維。石膏纖維是以天然石膏礦物為原料進(jìn)行加工制成的一種硫酸鈣纖維狀單晶體，具有完整的晶體結(jié)構(gòu)，較強(qiáng)的力學(xué)性能，優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，如高絕緣性、高阻燃性、耐磨耗、耐高溫、耐酸堿、耐腐蝕等諸多優(yōu)良的理化性能。因此，石膏纖維可以廣泛地用作造紙?jiān)?，它不但可以用作填料，也可以部分或全部代替植物纖維，用于生產(chǎn)各類工業(yè)紙張。但石膏纖維用于造紙也存在著一些缺陷，例如石膏纖維的硬度大、脆性強(qiáng)、表面無有機(jī)基團(tuán)、很難與植物纖維結(jié)合，因此必須對(duì)石膏纖維進(jìn)行軟化、改性處理。
[0004]中國專利公開號(hào)CN103352396A公開了一種通過有機(jī)/無機(jī)復(fù)合包覆改性制備石膏晶須的方法，采用離子交換法進(jìn)行石膏晶須表面的無機(jī)改性;殼聚糖溶液對(duì)石膏晶須進(jìn)行表面有機(jī)改性。通過對(duì)石膏晶須進(jìn)行改性處理，有效解決其在抄紙過程中出現(xiàn)的留著率低、與紙漿的附著力不佳等問題，在降低石膏晶須溶解度的同時(shí)，不改變其優(yōu)異的理化性能，并且能增加石膏晶須與紙漿的親和力。
[0005]中國專利公開號(hào)CN102852031A公開了一種改性硫酸鈣晶須造紙?zhí)盍霞捌渲苽浞椒ê蛻?yīng)用，采用溶解抑制改性劑如聚丙烯酸鈉、檸檬酸鈉、酒石酸鉀鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、磷酸三鈉、六偏磷酸鈉、葡萄糖酸鈉、硅酸鈉中的任一種以上對(duì)硫酸鈣晶須進(jìn)行改性處理，抄紙留住率高，白水負(fù)荷低，消除了管道結(jié)垢問題，完全能夠替代碳酸鈣、瓷土、滑石粉等造紙?zhí)盍霞安糠种参锢w維原料。
[000?]中國專利公開號(hào)CN104651945A公開了一種硫酸I丐晶須表面改性的方法，將硫酸I丐晶須進(jìn)行超聲振蕩后用鋁酸鈉溶液進(jìn)行化學(xué)包裹改性，改性過后的硫酸鈣晶須作為造紙工藝中的填料，不僅在紙張中的留著率達(dá)到碳酸鈣填料的水準(zhǔn)，而且所得的紙張物理化學(xué)性能優(yōu)異。
[0007]中國專利公開號(hào)CNl03074800A公開了無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法及其應(yīng)用，先用分散劑進(jìn)行分散處理，然后加入水、乙醇、氨水、有機(jī)硅源和表面活性劑的混合溶液進(jìn)行攪拌改性，提高了硫酸鈣晶須的留著率，同時(shí)減少植物纖維的使用，減少木材浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能減排的低碳化生產(chǎn)工藝。
[0008]目前，關(guān)于石膏纖維的改性處理主要集中解決抄紙留著率的問題，只是簡單的進(jìn)行表面包覆，解決其溶解性的問題，對(duì)于石膏纖維表面柔性化改性的研究較少，石膏纖維的柔性化改性可以增強(qiáng)石膏纖維與植物纖維之間的結(jié)合作用力，提高石膏纖維替代植物纖維的用量，為石膏纖維用于造紙?zhí)峁┝思夹g(shù)保證。因此，研究石膏纖維的柔性改性具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種石膏纖維柔性改性劑及其制備方法。該石膏纖維柔性改性劑是由聚乙烯醇接枝改性后的淀粉和膨脹石墨經(jīng)過陽離子改性形成的一種具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物凝膠，其中添加水溶性植物膠和分散劑，與石膏纖維混合后可以吸附包裹在石膏纖維的表面，增加石膏纖維表面的活性基團(tuán)，提高石膏纖維的柔韌性，且凝膠表面帶有正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使石膏纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合，使石膏纖維較大比例的代替植物纖維用于造紙。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供石膏纖維柔性改性劑的制備方法。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種石膏纖維柔性改性劑，其特征在于由聚乙烯醇接枝改性后的淀粉和膨脹石墨經(jīng)過陽離子改性形成的一種具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物凝膠，按重量份計(jì)包括以下組分:
預(yù)糊化淀粉 50-60份，
聚乙烯醇10-20份，
膨脹石墨5-10份，
陽離子改性劑 5?15份，
水溶性植物膠 5-10份，
分散劑2-3份，
其中所述的預(yù)糊化淀粉為小麥預(yù)糊化淀粉、玉米預(yù)糊化淀粉、木薯預(yù)糊化淀粉、紅薯預(yù)糊化淀粉中的至少一種；
所述的陽離子改性劑為季銨鹽表面活性劑，包括十六烷基二甲基丙烯基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、2，3_ 二羥丙基雙酯氯化銨、甜菜堿酯、天冬氨酸酯、烷基咪唑啉季銨鹽中的至少一種；
所述的水溶性植物膠為洋槐、瓜爾豆膠、羅望子膠、果膠、魔芋膠中的至少一種;所述的分散劑為六偏磷酸鈉、磷酸淀粉鈉、硫代磷酸鈉、多聚磷酸鈉中的至少一種。
[0011]本發(fā)明一種石膏纖維柔性改性劑的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟:
(1)將50?60重量份的預(yù)糊化淀粉投入攪拌反應(yīng)釜中，邊加水邊攪拌，至預(yù)糊化淀粉完全溶解，形成淀粉溶液；
(2)將10?20重量份的聚乙烯醇加入適量水，在60?80°C攪拌溶解，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?20%的聚乙烯醇溶液；
(3)將步驟(2)中得到的聚乙烯醇溶液加入到步驟(I)得到的淀粉溶液中，通入氮?dú)?0?15min，將反應(yīng)爸中的氧氣排除，利用紫外射線福射5?1min，得到聚乙稀醇接枝改性的淀粉凝膠；
(4)將5?10重量份的膨脹石墨加入到步驟(3)得到的凝膠溶液中，在500-1000rpm高速攪拌條件下攪拌5?1min，然后加入5?15重量份的陽離子改性劑繼續(xù)攪拌反應(yīng)10?20min，攪拌速度300?500 rpm，得到聚合物凝膠；
(5)將5?10重量份的水溶性植物膠和2?3重量份的分散劑加入到步驟(4)得到的聚合物凝膠中，繼續(xù)攪拌5?lOmin，過濾，干燥，即得一種石膏纖維柔性改性劑。
[0012]上述制備步驟(2)中所述的輻射劑量為20~30kGy。在紫外射線作用下，聚乙烯醇與淀粉之間通過自由基而交聯(lián)在一起，縮短了接枝聚合時(shí)間，有利于聚乙烯醇與淀粉完全接枝聚合。
[0013]本發(fā)明一種石膏纖維柔性改性劑使用時(shí)用水分散開，加入到石膏纖維懸浮液中，其用量為石膏纖維的0.3%?1%，超聲攪拌20?30min，使石膏纖維和柔性改性劑混合均勻，過濾干燥即得柔性改性的石膏纖維。
[0014]本發(fā)明一種石膏纖維柔性改性劑由聚乙烯醇接枝改性后的淀粉和膨脹石墨經(jīng)過陽離子改性形成的一種具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物凝膠，與石膏纖維混合后可以吸附包裹在石膏纖維的表面，增加石膏纖維表面的活性基團(tuán)，提高石膏纖維的柔韌性。本發(fā)明中利用膨脹石墨的層狀疏松結(jié)構(gòu)，使改性淀粉均勻分散在石墨中，形成一種致密的柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于陽離子改性劑與淀粉發(fā)生反應(yīng)，使凝膠表面帶有一定的正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使石膏纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合；同時(shí)改性劑中添加一定量的水溶性植物膠和分散劑，增強(qiáng)改性劑與石膏纖維間的相互作用，提高石膏纖維在水中的分散性，極大改善了石膏纖維用于造紙技術(shù)的應(yīng)用性能。
[0015]本發(fā)明一種石膏纖維柔性改性劑及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比突出的特點(diǎn)和有益的效果在于:
1、本發(fā)明一種石膏纖維柔性改性劑，以聚乙烯醇改性的預(yù)糊化淀粉為主要材料，與膨脹石墨經(jīng)陽離子改性形成一種表面帶正電荷的具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物凝膠，可以吸附包裹在石膏纖維的表面，增加石膏纖維纖表面的活性基團(tuán)，提高石膏纖維的柔韌性，易與帶負(fù)電荷的植物纖維緊密結(jié)合，提高石膏纖維在造紙工業(yè)中的利用率。
[0016]2、本發(fā)明一種石膏纖維柔性改性劑中添加的水溶性植物膠具有一定的粘結(jié)性，有利于改性劑與石膏纖維的相互作用，同時(shí)改性劑中添加的分散劑提高了石膏纖維在水中的分散性能，增加了其與植物纖維的相容性，改善了石膏纖維紙張的強(qiáng)度。
[0017]3、本發(fā)明柔性改性劑改性后的石膏纖維柔韌性好，用其制造的紙張表面光滑，柔軟度明顯提高。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的