一種柔性硅灰石纖維的改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)礦物纖維領(lǐng)域，特別涉及一種柔性硅灰石纖維的改性方法。
【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，而且對保護(hù)我國森林資源具有重要意義。
[0003]硅灰石纖維是一種天然產(chǎn)出的鏈狀偏硅酸鈣礦物，具有高白度、較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、較高的長徑比等特點(diǎn)，表現(xiàn)出纖維的某些特性，從理論上可以作為填料替代部分紙漿纖維進(jìn)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。雖然硅灰石纖維能夠與植物纖維結(jié)合，但由于其纖維表面幾乎沒有能與植物纖維表面產(chǎn)生相互作用的基團(tuán)，其與植物纖維之間的結(jié)合并沒有形成氫鍵結(jié)合，而是由于其長度比普通填料大填充在纖維之間，結(jié)合力遠(yuǎn)不如植物纖維之間結(jié)合力強(qiáng)，且其在紙頁中保留越多，對紙張強(qiáng)度性能影想越大。
[0004]研究表明對天然硅灰石礦物纖維進(jìn)行表面改性可進(jìn)一步提高硅灰石礦物纖維與植物纖維的相容性，減輕其對紙張抄造過程及成紙性能產(chǎn)生的不利影響，充分發(fā)揮了其纖維狀形態(tài)在紙張生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢。如中國專利公開號(hào)CN 103031761A公開了一種造紙用陽離子硅灰石礦物纖維漿的制備方法，首先將硅灰石礦與由陽離子聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯組成的復(fù)合改性劑A進(jìn)行粉碎混合得到初級(jí)改性硅灰石礦物纖維，添加適量的水后制備成漿狀礦物纖維，在攪拌狀態(tài)下加入由聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯亞胺、硫酸鋁、聚合氯化鋁組成的復(fù)合改性劑B和由二乙烯三胺、對甲苯磺酸、己二酸、硬脂酸、環(huán)氧氯丙烷以及鹽酸等合成的改性劑C，攪拌均勻后即成造紙用陽離子硅灰石礦物纖維漿，不僅能有效地提高礦物纖維在紙張中的留著率，同時(shí)也降低了礦物纖維的過量添加對成紙強(qiáng)度的影響，提高礦物纖維在紙漿中的添加量；中國專利公開號(hào)CN 102745909A公開了造紙用低磨耗硅灰石礦物纖維，是由改性硅灰石、復(fù)合改性劑和助留改性劑按照1000:8?15:1?2的重量份數(shù)比構(gòu)成，使用前將其用水配制成漿料，使復(fù)合改性劑和助留改性劑完全包覆在改性硅灰石表面。本發(fā)明的造紙用低磨耗硅灰石礦物纖維改性效果明顯，不但可以降低硅灰石對造紙網(wǎng)布的磨損程度，同時(shí)還可以提高硅灰石礦物纖維在紙漿中的留著率；中國專利公開號(hào)CN 102249530A公開了一種高長徑比硅灰石纖維及其制備方法，該纖維由硅灰石和陽離子改性劑組成，硅灰石表面上羥基活性與加入陽離子改性劑的官能團(tuán)其反應(yīng)，形成陽離子基團(tuán)，以實(shí)現(xiàn)粉碎、改性同步完成，極大地提高紙張的白度、平整度、不透明度、適印性能，可以最大至30%的比例替代植物纖維，有效地保持成紙的物理強(qiáng)度和降低生產(chǎn)成本。
[0005]綜上所述，目前對于硅灰石纖維的改性方法主要是采用陽離子改性劑進(jìn)行表面改性，雖然在一定程度上改善了硅灰石纖維與植物纖維的相容性，提高了礦物纖維在抄紙過程中的留著率，但由于硅灰石礦物纖維表面的活性基團(tuán)很少，因此與陽離子改性劑的結(jié)合有限，增加了改性劑的用量，降低了改性劑的用量；同時(shí)，簡單的陽離子改性的硅灰石纖維的添加在提高成紙灰分的同時(shí)，隨著添加量的增加會(huì)對成紙性能特別是強(qiáng)度指標(biāo)產(chǎn)生一定程度的不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對上述問題，提出一種柔性硅灰石纖維的改性方法。該方法是將硅灰石纖維加入到氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿性處理，使硅灰石纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu)，形成表面缺陷，有利于改性劑聚二甲基硅氧烷的滲透反應(yīng)，然后在引發(fā)劑的作用下通過γ射線輻照處理，將聚乙烯亞胺和聚馬來酸接枝到改性硅灰石纖維表面，增加硅灰石纖維表面活性官能團(tuán)的數(shù)量，然后加入陽離子表面改性劑進(jìn)行表面包覆，使硅灰石纖維表面帶有一定量的正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使硅灰石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合。本發(fā)明柔性硅灰石纖維具有較高的柔軟性和分散性，用于造紙時(shí)能明顯提高紙張的柔軟度，使紙張手感良好、質(zhì)輕。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種柔性硅灰石纖維的改性方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)將60?80重量份的娃灰石加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5-2%的氫氧化鈉溶液中攪拌30?50min，使硅灰石纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu)，然后過濾，加入5?15重量份的聚二甲基硅氧烷，繼續(xù)攪拌20?30min，得到改性娃灰石纖維；
(2)將步驟(I)中得到的改性硅灰石纖維投入到密閉攪拌反應(yīng)釜中，加入5?10重量份的聚乙烯亞胺和5?10重量份的聚馬來酸攪拌5?1min，使硅灰石纖維與聚合物混合均勻;將混合物置于輻射劑量率為3?10kGy/h的γ射線輻射裝置中，加入I?5重量份的引發(fā)劑，利用輸送系統(tǒng)動(dòng)態(tài)輻照處理，使聚乙烯亞胺和聚馬來酸發(fā)生共聚反應(yīng)，并接枝到表面改性后的硅灰石纖維表面；
(3)將步驟(3)中得到的改性硅灰石纖維加入其50?70倍重量的水中，于40?60°C攪拌15?30min，在攪拌狀態(tài)下加入I?10重量份的陽離子表面改性劑，繼續(xù)攪拌20?30min，使陽離子表面活性劑完全包覆在改性硅灰石纖維表面，過濾，干燥，即得一種柔性硅灰石纖維。
[0008]上述步驟(I)中所述的硅灰石為具有針狀纖維晶體結(jié)構(gòu)的硅灰石，通過適量濃度的堿溶液處理，硅灰石的纖維結(jié)構(gòu)表面完好，纖維均勻細(xì)長，且纖維表面分布著密集的線形微孔，使硅灰石纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀，降低纖維表面的光滑度，有利于改性劑的滲透反應(yīng)。
[0009]上述步驟(2)中所述的引發(fā)劑為N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。
[0010]上述步驟(2)中所述的γ射線輻射裝置采用鈷60輻射源裝置，γ射線的輻射劑量為30?lOOkGy。在γ射線作用下，硅灰石纖維中的S1-O-Si鍵發(fā)生斷裂，與聚二甲基硅氧烷的活性官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)鍵合，易于聚乙烯亞胺和聚馬來酸發(fā)生共聚接枝反應(yīng)，使硅灰石纖維表面的活性官能團(tuán)數(shù)量增加，同時(shí)增大了纖維分子鏈間的距離，削弱了纖維分子間的作用力，達(dá)到增加柔性的目的。
[0011]上述步驟(3)中所述的陽離子表面改性劑為陽離子淀粉、二甲基十八烷基烯丙基氯化銨、癸基三甲基溴化銨、三甲基正十四烷溴化銨、十二烷基苯并咪唑中的至少一種，通過陽離子表面活性劑對改性硅灰石纖維進(jìn)行表面包覆，使硅灰石纖維表面帶有一定量的正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使硅灰石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合。
[0012]本發(fā)明一種柔性硅灰石的改性方法，將硅灰石纖維加入到氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿性處理，使硅灰石纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu)，形成表面缺陷，使表面官能團(tuán)更多的裸露，增強(qiáng)它與高分子有機(jī)物的反應(yīng)活性，有利于改性劑聚二甲基硅氧烷的滲透反應(yīng)，然后在引發(fā)劑的作用下通過γ射線輻照處理，硅灰石纖維中的S1-O-Si鍵發(fā)生斷裂，與聚二甲基硅氧烷的活性官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)鍵合，易于聚乙烯亞胺和聚馬來酸發(fā)生共聚接枝反應(yīng)，增加硅灰石纖維表面的活性基團(tuán)，同時(shí)增大了纖維分子鏈間的距離，削弱了纖維分子間的作用力，提高硅灰石纖維的柔韌性和強(qiáng)度；同時(shí)添加陽離子表面改性劑對改性硅灰石纖維進(jìn)行表面包覆，使纖維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)，使硅灰石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合，極大改善了硅灰石纖維用于造紙技術(shù)的應(yīng)用性能。
[0013]本發(fā)明一種柔性硅灰石的改性方法，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)明一種柔性硅灰石纖維的制備方法，首先對硅灰石纖維進(jìn)行堿化處理，使纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu)，使表面官能團(tuán)更多的裸露，有利于改性劑的滲透反應(yīng);然后利用γ射線輻射處理，硅灰石纖維中的S1-O-Si鍵發(fā)生斷裂，與聚二甲基硅氧烷的活性官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)鍵合，易于聚乙烯亞胺和聚馬來酸發(fā)生共聚接枝反應(yīng)，使硅灰石纖維表面的活性官能團(tuán)數(shù)量增加，提高硅灰石纖維的柔韌性，易與帶負(fù)電荷的植物纖維緊密結(jié)合，提高硅灰石纖維在造紙工業(yè)中的利用率。
[0014]2、本發(fā)明一種柔性硅灰石纖維的制備方法，還添加陽離子表面改性劑對改性硅灰石纖維進(jìn)行表面包覆，使硅灰石纖維表面帶有一定量的正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使硅灰石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合，提高其作為造紙?zhí)盍系挠昧俊?br>[0015]3、本發(fā)明制備的柔性硅灰石纖維柔韌性好，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