專利名稱：一種粉煤灰纖維應用于造紙過程中的增強改性方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于造紙的粉煤灰纖維與木纖維混和造紙的增強改性方法。
背景技術(shù)：
木漿纖維或草漿纖維是一種束狀結(jié)構(gòu)，每一束由很多更細小的纖維組成，造紙過 程中通過打漿，將束狀的纖維打散成細小的纖維，細小的纖維表面帶有大量的親水性的羥 基，這些羥基可以使纖維在水中能更好的分散，也使纖維之間可以通過氫鍵而相互結(jié)合。粉 煤灰纖維是用粉煤灰加助熔劑在高溫熔融下成纖，粉煤灰纖維結(jié)構(gòu)單一，表面較光滑，不能 打散成更細的纖維，粉煤灰纖維表面的羥基含量也比木漿纖維或草漿纖維少很多。這就造 成粉煤灰纖維彼此間及粉煤灰纖維與木漿纖維或草漿纖維間的結(jié)合力差，如何提高粉煤灰 纖維的結(jié)合力成了粉煤灰纖維應用于造紙成敗的關鍵。聚乙烯醇是一種用途廣泛的水溶性高分子，無毒無害，優(yōu)異的粘結(jié)性、平滑性、耐 油性、耐溶性等特性。聚乙烯醇分子鏈上帶有大量羥基基團，形成氫鍵從而使纖維之間的結(jié) 合力增強。但由于聚乙烯醇是非離子性的，直接加入漿內(nèi)，留著率較低，達不到運用效果。中國專利CN1580391公開了一種粉煤灰纖維紙漿及其為原料的造紙方法，本發(fā)明 公開了一種粉煤灰纖維紙漿及其為原料的造紙方法。該發(fā)明的粉煤灰纖維紙漿的組分和重 量百分比含量包括軟化劑1 10%，分散劑1 8 %，表面改性劑1 10%，粉煤灰纖維 20 80%，有機纖維20 80 %，水余量。將上述的粉煤灰纖維紙漿采用常規(guī)的方法輸送至 造紙機上配抄紙品，即可制得紙張材料。采用相應的國家標準對本發(fā)明所制備的各種紙張 制品進行檢測，物理性能達到植物纖維紙張的同等性能，在耐水性、耐腐蝕和防火性方面優(yōu) 于植物纖維紙張。本發(fā)明適用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，粉煤灰超細纖維漿液制造過程無污染物排 放，并降低造紙成本。本發(fā)明的方法賦予工業(yè)廢物以功能化利用，取代木菜，節(jié)省原木耗費， 對保護森林資源意義顯著。中國專利CN101503280公開了一種無機纖維軟化增強劑及其制備方法，將H2O2、聚 乙烯醇和氫氧化鉀在50°C 60°C反應2 4h，反應結(jié)束后加入醚化劑，在50°C 70°C下反 應4 他，調(diào)節(jié)溶液pH = 7 8得到無機纖維軟化增強劑。該發(fā)明的軟化增強劑適用于通 過物理或熱熔法生產(chǎn)的各種無機纖維材料，包括玄武巖纖維、硅灰石纖維、海泡石纖維、石 膏纖維、粉煤灰纖維以及玻璃纖維的軟化增強劑處理。通過這種軟化增強劑可提高無機纖 維的柔軟性和強度，改善無機纖維在打漿、分散、輸送過程易于斷裂的弊端，改變無機纖維 表面的電荷性，增強無機纖維與植物纖維的結(jié)合力，極大改善無機纖維用于濕法造紙制作 紙張、保溫棉板等的應用性能。中國專利CN101215807公開了陽離子聚乙烯醇紙張增強劑的制備方法。該發(fā)明 公開了一種陽離子聚乙烯醇紙張增強劑的制備方法，首先將聚乙烯醇固體顆粒和去離子水 加入到反應器中，加熱至一定溫度并保溫使反應器中聚乙烯醇完全融解后，降溫冷卻，加入 陽離子醚化劑對聚乙烯醇進行陽離子化；最后向陽離子聚乙烯醇溶液中加入聚合交聯(lián)單 體，體系pH值調(diào)節(jié)至酸性，保溫一段時間后調(diào)節(jié)pH值至弱酸性后，得到透明液體。采用本
3發(fā)明可避免排出物不含有機鹵化物和甲醛，離子化改性后的交聯(lián)產(chǎn)品的留著率得到大幅度 提高，它不僅能提高紙張的干強和濕強，而且能增加紙張的耐折度，如將其用于紙張表面涂 布，亦可大幅度提高紙張的表面強度。同時，該產(chǎn)品制備工藝簡單，原料成本較低，可擴大 聚乙烯醇的應用范圍。上所述的發(fā)明對于粉煤灰纖維造紙有一定幫助，但卻不能根本改善粉煤灰纖維和 木漿纖維的結(jié)合能力。本發(fā)明從改善粉煤灰纖維的表面化學性能為出發(fā)點，通過從本源上 解決兩者的結(jié)合能力，通過粉煤灰纖維表面改性和添加增強劑來增加粉煤灰纖維與植物纖 維的結(jié)合力。本發(fā)明解決這一問題的創(chuàng)新方法為粉煤灰纖維表面帶有一定的羥基和負氧 基團，采用Y-氨丙基三乙氧基硅烷處理粉煤灰纖維形成硅氧鍵而結(jié)合在纖維表面，加入 羧基化聚乙烯醇與Y-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基形成化學鍵。在聚乙烯醇的分子鏈上接 上羧基基團，一方面能改善聚乙烯醇的親水能力，另一方面羧基基團能與Y -氨丙基三乙 氧基硅烷的氨基基團形成化學鍵，提高聚乙烯醇的留著率，使在粉煤灰纖維表面帶有了大 量的羥基，提高纖維之間的結(jié)合能力，從而增強了粉煤灰纖維成紙紙張的抗張強度。

發(fā)明內(nèi)容
一種粉煤灰纖維應用于造紙過程中的增強改性方法，其特征在于首先對聚乙烯 醇進行羧基化改性。將聚乙烯醇和去離子水按質(zhì)量比1 95加入到干燥的帶攪拌反應器 中，加熱至80 90°C，保溫1 2小時使聚乙烯醇完全溶解后，降溫至65 75°C，加入氯 乙酸到反應器中，加入堿調(diào)節(jié)溶液pH = 10 13，保溫4 6小時，再加入酸調(diào)節(jié)溶液pH = 1 4，冷卻至室溫。得到分子鏈帶有羧基基團的聚乙烯醇溶液。然后用Y-氨丙基三乙氧基硅烷對粉煤灰纖維改性，將粉煤灰纖維分散在水中， 加入Y-氨丙基三乙氧基硅烷打漿5 10分鐘，再加入上述羧基化改性的聚乙烯醇溶液， 并添加木質(zhì)纖維漿料，繼續(xù)打漿5 10分鐘，漿料混合均勻后，在紙頁成型機上造紙，最后 得到粉煤灰纖維和木質(zhì)纖維的混合成紙紙張。所述的聚乙烯醇采用1799、1788、M99中的一種。所述的氯乙酸的加入量為聚乙烯醇絕干重量的50 100%。所述的堿采用NaOH，酸采用HCl。所述的在粉煤灰纖維水相中加入Y-氨丙基三乙氧基硅烷，其加入量為為粉煤灰 纖維絕干重量的20 60%。所述的在粉煤灰纖維水相中加入羧基化聚乙烯醇，其加入量為造紙總纖維絕干重
量的1 5%。改性粉煤灰纖維與木漿或草漿纖維混合，以干漿計改性粉煤灰纖維木漿或草漿 纖維為1 2 5。
具體實施例方式實施例1在250毫升帶攪拌、加熱的反應釜中加入95g水、5gl799聚乙烯醇，開啟攪拌加熱 反應釜至溫度85°C使其完全溶解，溶解以后降溫至65°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解5g 氯乙酸，加入到反應釜中，并用NaOH溶液調(diào)整反應體系PH = 11，恒溫6小時，用HCl溶液調(diào)整PH = 4，冷卻至室溫，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。將0. 9g粉煤灰纖維分散在300ml水中，加入0. 5gKH550，打漿5分鐘，再加入上述 羧基化的聚乙烯醇溶液2. 7g，并添加1. Sg木質(zhì)纖維，繼續(xù)打漿10分鐘，將漿料轉(zhuǎn)至紙頁成 型器上造紙，得到粉煤灰纖維和木質(zhì)纖維混合的成紙紙張。實施例2在250毫升帶攪拌、加熱的反應釜中加入95g水、5gl788聚乙烯醇，開啟攪拌加熱 反應釜至溫度80°C使其完全溶解，溶解以后降溫至70°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解 3g氯乙酸，加入到反應釜中，并用NaOH溶液調(diào)整反應體系PH = 11，恒溫4小時，用HCl溶 液調(diào)整PH = 4，冷卻至室溫，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。將0. 45g粉煤灰纖維分散在300ml水中，加入0. 27gKH550，打漿5分鐘，再加入上 述羧基化的聚乙烯醇溶液2. 7g，并添加2. 25g木質(zhì)纖維，繼續(xù)打漿10分鐘，將漿料轉(zhuǎn)至紙頁 成型器上造紙，得到粉煤灰纖維和木質(zhì)纖維混合的成紙紙張。實施例3在250毫升帶攪拌、加熱的反應釜中加入95g水、5g2499聚乙烯醇，開啟攪拌加熱 反應釜至溫度85°C使其完全溶解，溶解以后降溫至75°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解5g 氯乙酸，加入到反應釜中，并用NaOH溶液調(diào)整反應體系PH = 13，恒溫6小時，用HCl溶液調(diào) 整PH = 2，冷卻至室溫，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。將0. 9g粉煤灰纖維分散在300ml水中，加入0. 5gKH550，打漿10分鐘，再加入上述 羧基化的聚乙烯醇溶液1. 8g，并添加1. 8g木質(zhì)纖維，繼續(xù)打漿10分鐘，將漿料轉(zhuǎn)至紙頁成 型器上造紙，得到粉煤灰纖維和木質(zhì)纖維混合的成紙紙張。實施例4在250毫升帶攪拌、加熱的反應釜中加入95g水、5gl799聚乙烯醇，開啟攪拌加熱 反應釜至溫度80°C使其完全溶解，溶解以后降溫至70°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解3g 氯乙酸，加入到反應釜中，并用NaOH溶液調(diào)整反應體系PH = 12，恒溫5小時，用HCl溶液調(diào) 整PH = 2，冷卻至室溫，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。將0. 9g粉煤灰纖維分散在300ml水中，加入0. 5gKH550,打漿5分鐘，再加入上述 羧基化的聚乙烯醇溶液1. 2g，并添加1. 8g木質(zhì)纖維，繼續(xù)打漿10分鐘，將漿料轉(zhuǎn)至紙頁成 型器上造紙，得到粉煤灰纖維和木質(zhì)纖維混合的成紙紙張。實施例5在250毫升帶攪拌、加熱的反應釜中加入95g水、5gl799聚乙烯醇，開啟攪拌加熱 反應釜至溫度90°C使其完全溶解，溶解以后降溫至75°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解 2. 5g氯乙酸，加入到反應釜中，并用NaOH溶液調(diào)整反應體系PH = 13，恒溫6小時，用HCl 溶液調(diào)整PH = 1，冷卻至室溫，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。將0. 9g粉煤灰纖維分散在300ml水中，加入0. 54gKH550,打漿10分鐘，再加入上 述羧基化的聚乙烯醇溶液2. 7g，并添加1. Sg木質(zhì)纖維，繼續(xù)打漿10分鐘，將漿料轉(zhuǎn)至紙頁 成型器上造紙，得到粉煤灰纖維和木質(zhì)纖維混合的成紙紙張。實施例6在250毫升帶攪拌、加熱的反應釜中加入95g水、5gl799聚乙烯醇，開啟攪拌加熱 反應釜至溫度80°C使其完全溶解，溶解以后降溫至65°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解5g氯乙酸，加入到反應釜中，并用NaOH溶液調(diào)整反應體系PH = 10，恒溫4小時，用HCl溶液調(diào) 整PH = 4，冷卻至室溫，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。 將0. 9g粉煤灰纖維分散在300ml水中，加入0. 18gKH550，打漿5分鐘，再加入上述 羧基化的聚乙烯醇溶液0. 54g,并添加1. Sg木質(zhì)纖維，繼續(xù)打漿5分鐘，將漿料轉(zhuǎn)至紙頁成 型器上造紙，得到粉煤灰纖維和木質(zhì)纖維混合的成紙紙張。
權(quán)利要求
1.一種粉煤灰纖維應用于造紙過程中的增強改性方法，其特征在于首先對聚乙烯醇 進行羧基化改性，將聚乙烯醇和去離子水按質(zhì)量比1 95加入到帶攪拌反應器中，加熱至 80 90°C，保溫1 2小時使聚乙烯醇完全溶解后，降溫至65 75°C，加入氯乙酸到反應 器中，加入堿調(diào)節(jié)溶液PH = 10 13，保溫4 6小時，再加入酸調(diào)節(jié)溶液pH = 1 4，冷 卻至室溫，得到分子鏈帶有羧基基團的聚乙烯醇溶液；然后用Y-氨丙基三乙氧基硅烷對粉煤灰纖維改性，將粉煤灰纖維分散在水中，加入 Y -氨丙基三乙氧基硅烷打漿5 10分鐘，再加入上述羧基化改性的聚乙烯醇溶液，并添加 木質(zhì)纖維漿料，繼續(xù)打漿5 10分鐘，漿料混合均勻后，在紙頁成型機上造紙，最后得到粉 煤灰纖維和木質(zhì)纖維的混合成紙紙張。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中聚乙烯醇采用1799、1788、M99中的一種。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中氯乙酸的加入量為聚乙烯醇絕干重量的50 100%。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中堿采用NaOH，酸采用HCl。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中在粉煤灰纖維水相中加入Y-氨丙基三乙氧基硅烷，其 加入量為為粉煤灰纖維絕干重量的20 60%。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中在粉煤灰纖維水相中加入羧基化聚乙烯醇，其加入量 為造紙總纖維絕干重量的1 5%。
7.改性粉煤灰纖維與木漿或草漿纖維混合，以干漿計改性粉煤灰纖維木漿或草漿纖 維為1 2 5。
全文摘要
一種粉煤灰纖維應用于造紙過程中的增強改性方法，造紙用聚丙烯酸酰胺化改性劑的制備及應用方法，其特征在于先在反應器中對聚乙烯醇進行羧基化改性，將聚乙烯醇和去離子水加入到反應器中，加熱使聚乙烯醇完全溶解后，加入氯乙酸到反應器中，先加入堿調(diào)節(jié)溶液pH＝10～13，4～6小時后，再加入酸調(diào)節(jié)溶液pH＝1～4，得到分子鏈帶有羧基基團的聚乙烯醇溶液。然后將粉煤灰纖維分散在水中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷打漿5～10分鐘，再加入上述羧基化改性的聚乙烯醇溶液，并添加木質(zhì)纖維漿料，漿料混合均勻后，在紙頁成型機上造紙，最后得到粉煤灰纖維和木質(zhì)纖維的混合成紙紙張。用本方法對粉煤灰纖維改性能提高粉煤灰纖維成紙紙張的強度。
文檔編號C03C25/40GK102086610SQ20101055642
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者王彥華, 陳建定, 馬迅 申請人:華東理工大學