本發(fā)明涉及石頭紙領(lǐng)域，具體講本發(fā)明提供了一種可用于石頭紙的硅酸鈣礦物纖維以及其制備方法。

背景技術(shù)：
蔡倫利用植物纖維造紙的技術(shù)是人類文明史上的一項(xiàng)杰出的發(fā)明創(chuàng)造，紙的出現(xiàn)為人類的生活、學(xué)習(xí)帶來了極大的便利。造紙技術(shù)經(jīng)過不斷變革發(fā)展至今，幾乎達(dá)到了完美的地步。但隨著紙張?jiān)诎b等領(lǐng)域的大量應(yīng)用，需求越來越大，生產(chǎn)需要消耗大量的森林資源，產(chǎn)生大量的廢水。因此利用植物纖維造紙的技術(shù)面領(lǐng)著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了減少造紙對(duì)植物纖維的需求，出現(xiàn)了利用礦物纖維替換部分植物纖維作為紙漿原料。中國發(fā)明專利CN1242116C公開了一種造紙用改性硅灰石礦物復(fù)合纖維及用其造紙的方法，該發(fā)明將硅灰石通過改性處理，在配漿過程中加入5-50%的改性硅灰石礦物復(fù)合纖維以及50-95%的植物纖維用于造紙，可有效地降低生產(chǎn)成本。但硅灰石纖維由于是剛性，紙張的性能仍然依靠柔性的植物纖維，替代量有限，另外硅灰石纖維替代植物纖維仍需要傳統(tǒng)的紙漿造紙工藝，并產(chǎn)生大量污水。因此，以纖維紙漿為主要原材料的造紙，由于紙漿制備工藝復(fù)雜水污染嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境造成極大的威脅。為了進(jìn)一步徹底擺脫造紙對(duì)植物纖維的依賴，消除造紙的廢水排放，一種由高分子聚合物與碳酸鈣等無機(jī)粉體材料組成，通過熱塑混煉、吹塑或壓延得到的石頭紙較好的解決了紙張對(duì)植物纖維紙漿的依賴，而且制作過程無需植物纖維，不砍伐樹木，不排放廢水，不需添加漂白劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。從目前已報(bào)道的專利文獻(xiàn)中，石頭紙都是先采用對(duì)無機(jī)礦物粉體進(jìn)行表面偶聯(lián)活化處理，改善其與聚合物的相容性，然后再利用螺桿反應(yīng)機(jī)擠出時(shí)產(chǎn)生的剪切作用或密煉機(jī)產(chǎn)生的捏合作用將無機(jī)礦物粉體分散于高分子聚合物中，通過吹塑、壓延得到石頭紙。中國專利公開號(hào)CN1378909A提出了一種環(huán)保紙，將56-80%的無機(jī)礦物粉體與43-18%的聚乙烯樹脂以及助劑通過擠壓造粒，在O型?？谕ㄟ^吹塑得到石頭紙；中國專利公開號(hào)CN1202166C報(bào)道了將超細(xì)碳酸鈣經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后，依次與抗靜電劑、著色劑、潤(rùn)滑劑和聚烯烴樹脂混煉擠出后送至延壓機(jī)延壓成型石頭紙的制造方法；中國專利公開號(hào)CN101462387A同樣報(bào)道了將超細(xì)無機(jī)粉體經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)處理后與高密度聚乙烯熔融擠出得到造紙用粒料的方法。以無機(jī)粉體為加工主體的石頭紙擺脫了對(duì)紙漿的依賴，生產(chǎn)過程不再產(chǎn)生廢水污染環(huán)境。但石頭紙由于大量使用碳酸鈣等粉體，紙張缺乏纖維的支撐性，手感較沉，缺乏紙感，印刷書寫性能差。為此，中國發(fā)明專利CN104119600A公開了一種礦物纖維填充高強(qiáng)度環(huán)保石頭紙，其原料由高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯樹脂、無機(jī)粉體、非金屬礦物纖維等組合而成，通過使用纖維以達(dá)到降比重、改善硬度、改善紙質(zhì)感、改善印刷效果和吸墨性等目的。但由于石頭紙是通過螺桿擠壓、壓延成型而成，因而礦物纖維用于制備石頭紙時(shí)其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)難以充分保留，因而使得礦物纖維在石頭紙中難以發(fā)揮纖維的網(wǎng)狀支撐性，從而導(dǎo)致石頭紙與傳統(tǒng)紙相比仍然存在手感較沉，缺乏紙感，從而阻礙了石頭紙的推廣應(yīng)用進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了使石頭紙的性能更接近于傳統(tǒng)植物纖維紙張，使其在制備過程中形成纖維狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有輕質(zhì)蓬松的特性，本發(fā)明提供一種石頭紙專用硅酸鈣纖維，該纖維由針狀硅灰石與硅藻土穿插連接形成，具有纖維狀的柔性纖維球網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，易在少量的高分子聚合物中分散形成輕質(zhì)蓬松的石頭紙。進(jìn)一步提供石頭紙專用硅酸鈣纖維的制備方法。本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種石頭紙專用硅酸鈣纖維，其特征是由針狀硅灰石與近似的硅藻土穿插連接形成的纖維狀柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，按照下列重量份數(shù)計(jì)的原料組成：硅灰石60-80份，硅藻土20-40份，上述組成中，所述的硅灰石選用纖維晶體結(jié)構(gòu)的硅灰石；所述的硅藻土選用粒徑小于30μm近似球形的顆粒，硅藻土具有獨(dú)特的有序排列的微孔結(jié)構(gòu)、孔隙率高、孔體積大、質(zhì)量輕、堆積密度小、比表面積大。硅灰石纖維狀單晶間的作用力主要是范德華力和氫鍵，在機(jī)械力的作用下，被分離和分解成一維單晶，其針狀束被拆散，通過與多孔的近似球形的硅藻土顆粒互穿形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使纖維形成具有一定彈性的纖維球。本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維的制備方法，以上述所述重量份的各成分為原料，按下述方式進(jìn)行制備：（1）將60-80重量份具有纖維晶體結(jié)構(gòu)的硅灰石在氣流磨中進(jìn)行懸浮解束，分級(jí)轉(zhuǎn)速控制在2000-2500rpm，通過氣流超音速解束、分級(jí)得到針狀硅灰石微粉；（2）將步驟（1）得到的針狀硅灰石微粉加入濃度為30-50%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液中浸泡24h，使針狀硅灰石的單束纖維被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅灰石；（3）將20-40重量份的硅藻土加入濃度為30-50%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使硅藻土被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅藻土；（4）將步驟（1）得到的改性硅灰石、步驟（2）得到的改性硅藻土與引發(fā)劑送入流化床反應(yīng)器，設(shè)定流化床反應(yīng)器溫度為80-100℃，通過空氣將改性硅灰石、改性硅藻土懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體之中，從而使針狀硅灰石穿插于硅藻土的微孔，通過引發(fā)劑使硅灰石單束纖維、硅藻土表面浸透的苯乙烯聚合并連接，形成具有纖維狀柔性纖維球網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的硅酸鈣纖維。上述制備方法中，步驟（1）所述的氣流磨選用渦旋氣流磨、扁平氣流磨，通過噴嘴把壓縮空氣變?yōu)楦咚贇饬?，?dāng)物料通過加料器送入粉碎室時(shí)受到高速氣流的懸浮剪切作用，使硅灰石在完全懸浮狀態(tài)下進(jìn)行細(xì)化解束，得到針狀硅灰石粉。上述制備方法中，步驟（4）所述的引發(fā)劑選用氧化羥基二異丙苯、四乙撐五胺中至少一種，引發(fā)劑使用量為硅灰石與硅藻土總質(zhì)量的0.3-0.5%。本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維，通過針狀硅灰石穿插在硅藻土孔道中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并通過纖維表面酸化、浸透的苯乙烯引發(fā)聚合從而使針狀硅灰石與硅藻土連接形成硅酸鈣纖維。通過穿插連接，形成的一種兼具球形和纖維狀的柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于石頭紙使可確保紙張良好的纖維支撐性和蓬松性，具有低密度特性。穿插的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過浸透的苯乙烯引發(fā)聚合，賦予通過具有非極性，因而與高分子聚合物加工時(shí)相容性良好，可以直接作為石頭紙專用原料。作為石頭紙專用料，可以以80-90%的質(zhì)量比例與10-20%的聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中至少一種通過螺桿擠出機(jī)加工，從而利用吹塑、壓延或者流延得到石頭紙。本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維，通過針狀硅灰石與硅藻土的穿插連接，確保了纖維的空間結(jié)構(gòu)，近似球形的硅藻土具有彈性緩沖，在石頭紙加工中可有效避免由于螺桿擠壓、壓延機(jī)壓延造成石頭紙密實(shí)的缺陷，使石頭紙中充分保留了具有纖維網(wǎng)狀支撐性和蓬松特性，使得石頭紙手感良好、質(zhì)輕，更接近于傳統(tǒng)植物纖維紙張。將本發(fā)明得到的纖維球與薄膜級(jí)HDPE以質(zhì)量比8:2在高速混合機(jī)中混合均勻，經(jīng)密煉式三螺桿反應(yīng)型擠出機(jī)擠出造粒，通過塑料通用薄膜吹塑機(jī)吹制得到厚度為0.04mm的石頭紙。其性能與同種厚度的傳統(tǒng)紙張對(duì)比如下表：檢測(cè)項(xiàng)目利用本發(fā)明礦物纖維制備的石頭紙同等厚度植物纖維紙厚度（mm）0.040.04定量（g/m2）3233密度g/cm30.800.82不透明度%8993平滑度（正反面平均）s10892挺度（橫向）mN·m0.420.28油墨吸收性%2220印刷表面強(qiáng)度m/s1.81.1通過測(cè)試分析，本發(fā)明礦物纖維用于制備石頭紙，使石頭紙綜合性能與植物纖維紙更加接近，尤其是支撐性挺度超過傳統(tǒng)纖維紙，密度接近植物纖維紙，而且具有植物纖維紙的輕質(zhì)蓬松感，印刷油墨吸收性、印刷表面強(qiáng)度高于植物纖維紙。本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維及其制備方法，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)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維，通過針狀硅灰石與硅藻土的穿插連接形成一種纖維球，確保了纖維的空間結(jié)構(gòu)，用于石頭紙加工時(shí)，不同于傳統(tǒng)的碳酸鈣、礦物纖維等粉體維在石頭紙中作為單一填料使用，而是具有纖維網(wǎng)狀支撐性和蓬松特性，使石頭紙密度降低，克服了普通石頭紙密度大、手感沉的缺陷，表現(xiàn)為石頭紙手感良好、質(zhì)輕，更接近于傳統(tǒng)植物纖維紙張。2、本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維，通過酸化、苯乙烯浸透、穿插和聚合，使得單束纖維分散良好，呈柔性，具有非極性，與高分子材料相容性良好。3、本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維，可以以80-90%的質(zhì)量比例與10-20%的聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中至少一種通過螺桿擠出機(jī)熱塑性加工，從而利用吹塑、壓延或者流延得到石頭紙。4、本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維的制備方法，制備工藝易控，可連續(xù)化封閉式生產(chǎn)，適合于大規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用。附圖說明圖1是本發(fā)明一種石頭紙專用硅酸鈣纖維由針狀硅灰石與近似球形多孔硅藻土顆粒穿插連接形成的纖維球結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式以下通過具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。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(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更,均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。實(shí)施例1（1）將60重量份具有纖維晶體結(jié)構(gòu)的硅灰石在扁平氣流磨中進(jìn)行懸浮解束，分級(jí)轉(zhuǎn)速控制在2000rpm，通過氣流超音速解束、分級(jí)得到針狀硅灰石微粉；（2）將步驟（1）得到的針狀硅灰石微粉加入濃度為40%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使針狀硅灰石的單束纖維被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅灰石；（3）將40重量份的硅藻土加入濃度為30%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使硅藻土被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅藻土；（4）將步驟（1）得到的改性硅灰石、步驟（2）得到的改性硅藻土與0.3重量份的氧化羥基二異丙苯送入流化床反應(yīng)器，設(shè)定流化床反應(yīng)器溫度為100℃，通過空氣將改性硅灰石、改性硅藻土懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體之中，從而使針狀硅灰石穿插于硅藻土的微孔，通過氧化羥基二異丙苯引發(fā)使硅灰石單束纖維和硅藻土浸透的苯乙烯聚合并連接，形成纖維球。將得到的纖維球與薄膜級(jí)HDPE以質(zhì)量比8:2在高速混合機(jī)中混合均勻，經(jīng)密煉式三螺桿反應(yīng)型擠出機(jī)擠出造粒，通過塑料通用薄膜吹塑機(jī)吹制得到厚度為0.04mm的石頭紙。實(shí)施例2（1）將80重量份具有纖維晶體結(jié)構(gòu)的硅灰石在渦旋氣流磨中進(jìn)行懸浮解束，分級(jí)轉(zhuǎn)速控制在2000rpm，通過氣流超音速解束、分級(jí)得到針狀硅灰石微粉；（2）將步驟（1）得到的針狀硅灰石微粉加入濃度為50%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使針狀硅灰石的單束纖維被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅灰石；（3）將20重量份的硅藻土加入濃度為50%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使硅藻土被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅藻土；（4）將步驟（1）得到的改性硅灰石、步驟（2）得到的改性硅藻土與0.4重量份的四乙撐五胺送入流化床反應(yīng)器，設(shè)定流化床反應(yīng)器溫度為80℃，通過空氣將改性硅灰石、改性硅藻土懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體之中，從而使針狀硅灰石穿插于硅藻土的微孔，通過引發(fā)劑使硅灰石單束纖維和硅藻土浸透的的苯乙烯聚合并連接，形成具有纖維狀柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的纖維球。將得到的纖維球與PET以質(zhì)量比9:1混合均勻，在密煉機(jī)中共混造粒，在SL1200壓流延機(jī)拉伸成型即可得到石頭紙。實(shí)施例3（1）將70重量份具有纖維晶體結(jié)構(gòu)的硅灰石在渦旋氣流磨中進(jìn)行懸浮解束，分級(jí)轉(zhuǎn)速控制在2300rpm，通過氣流超音速解束、分級(jí)得到針狀硅灰石微粉；（2）將步驟（1）得到的針狀硅灰石微粉加入濃度為30%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使針狀硅灰石的單束纖維被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅灰石；（3）將30重量份的硅藻土加入濃度為50%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使硅藻土被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅藻土；（4）將步驟（1）得到的改性硅灰石、步驟（2）得到的改性硅藻土與0.5重量份的氧化羥基二異丙苯送入流化床反應(yīng)器，設(shè)定流化床反應(yīng)器溫度為100℃，通過空氣將改性硅灰石、改性硅藻土懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體之中，從而使針狀硅灰石穿插于硅藻土的微孔，通過引發(fā)劑使硅灰石單束纖維和硅藻土浸透的的苯乙烯聚合并連接，形成具有纖維狀柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的纖維球。將得到的纖維球與聚丙烯HP624J以質(zhì)量比17:3混合均勻，直接在雙層擠出機(jī)的T型模頭擠出后用SYS6S-Ф230×630六輥壓延機(jī)組壓延得到石頭紙。實(shí)施例4（1）將80重量份具有纖維晶體結(jié)構(gòu)的硅灰石在渦旋氣流磨中進(jìn)行懸浮解束，分級(jí)轉(zhuǎn)速控制在2500rpm，通過氣流超音速解束、分級(jí)得到針狀硅灰石微粉；（2）將步驟（1）得到的針狀硅灰石微粉加入濃度為40%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使針狀硅灰石的單束纖維被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅灰石；（3）將20重量份的硅藻土加入濃度為40%的稀硫酸攪拌酸化2-3h，然后過濾，用過量的苯乙烯液浸泡24h，使硅藻土被苯乙烯液完全浸透，通過離心機(jī)濾干多余的苯乙烯得到改性硅藻土；（4）將步驟（1）得到的改性硅灰石、步驟（2）得到的改性硅藻土與0.4重量份的四乙撐五胺送入流化床反應(yīng)器，設(shè)定流化床反應(yīng)器溫度為100℃，通過空氣將改性硅灰石、改性硅藻土懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體之中，從而使針狀硅灰石穿插于硅藻土的微孔，通過引發(fā)劑使硅灰石單束纖維和硅藻土浸透的的苯乙烯聚合并連接，形成具有纖維狀柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的纖維球。將得到的纖維球與HDPE6098以質(zhì)量比10：1混合均勻，將混合均勻的物料引入擠出壓延拉伸設(shè)備，通過雙螺桿反應(yīng)擠出機(jī)反應(yīng)擠出、壓延、縱向拉伸1.5倍、橫向拉伸3倍得到石頭紙。