一种粉煤灰纤维用于替代部分废纸的增强改性工艺的制作方法

本发明涉及一种粉煤灰纤维用于替代部分废纸的增强改性工艺。

背景技术：

在中国，每年约有5亿吨粉煤灰来自燃煤发电厂，粉煤灰主要用作中国南方混凝土和水泥的添加剂，仅占整体产出量的20％-30％，目前粉煤灰使用率非常低下，大部分粉煤灰还没有得到有效的利用，造成了严重的经济和环境问题，粉煤灰有效利用已经成为国际性的问题。而且现阶段废纸和造纸木纤维资源愈发紧缺，因此将粉煤灰及粉煤灰纤维用于造纸，既节约了造纸成本又有利于环境保护，对解决环境污染、资源浪费等诸多问题意义重大。

粉煤灰纤维是以粉煤灰、煤巧石这类工业固体废弃物为主要原料，辅以氧化钙等配料制成块状混合原料，再在高温下经熔融、甩/喷丝、冷却等工序制成。

粉煤灰纤维的生产主要分为3个阶段：成纤过程、纤维收集过程、产品纤维制浆过程，如图1所示。

目前国内外对于粉煤灰纤维的研究生产和用于造纸工业仍处于起步阶段，因工业生产的无机纤维原棉主要存在脆性大、纤维短、球渣多等缺点，在应用于造纸业时存在用无机纤维抄成的纸张表面较粗糙,易掉粉,柔韧性差，脆，且纸张的湿强度低，需改进。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种粉煤灰纤维用于替代部分废纸的增强改性工艺，以解决上述至少一项问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种粉煤灰纤维用于替代部分废纸的增强改性工艺，以至少含一伯胺、仲胺或叔胺官能团的偶联剂与粉煤灰纤维表面偶联，继而与含环氧基团的酰胺树脂进行开环反应。

通过含双官能团的偶联剂改性粉煤灰纤维，以其中一官能团与粉煤灰结合，以含伯胺等基团的官能团开环酰胺树脂中的环氧基团以将酰胺树脂与粉煤灰纤维稳定结合，且其开环后形成的羟基等基团有助提高粉煤灰纤维在制浆过程中的分散性，以保证在纸页中分散均匀，同时在于其他纤维混合制浆过程中，酰胺树脂分子中具有的氨基、羰基等极性基团易与其他纤维键合，提高结合强度，赋予纸页更高的湿强度。

进一步，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或多种。

进一步，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，更佳地，硅烷偶联剂的使用量与粉煤灰纤维绝干重量的比值在0.9％-1.1％之间。

当然也可选用其他含胺基的硅烷，如n–(β氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷等。

进一步，含环氧基团的酰胺树脂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂。

更佳地，聚酰胺环氧氯丙烷树脂与粉煤灰纤维绝干重量比在40％-50％之间。

进一步，粉煤灰纤维的增强改性工艺还包括交联反应，权利要求1所述工艺合成的产物与交联剂进行交联反应。

进一步，交联剂为水性封闭型异氰酸酯交联剂，如kl-120，通过异氰酸酯(-nco)基团与树脂分子链上羟基、胺基等基团反应，形成交联结构，以将不同纤维链条结合形成网状结构，在与其他纤维混合制浆抄纸后，进一步提高纸张强度。

更佳地，交联剂的使用量占粉煤灰纤维绝干重量的10％-20％之间。

进一步，粉煤灰纤维的增强改性工艺还包括在交联后形成的产物上喷涂辅剂。

进一步，辅剂为抗静电剂、界面活性剂或ph调整剂中一种或多种。

例如，在喷涂辅剂过程中，依次喷涂界面活性剂、抗静电剂及ph调整剂，其中界面活性剂，优选阳离子界面活性剂，如十二烷基三甲基氯化铵等阳离子季铵型表面活性剂，用量占粉煤灰纤维绝干重量的0.5％-0.8％；抗静电剂，优选乙氧基化的硼酸酯烷基胺抗静电剂，用量占粉煤灰纤维绝干重量的0.4％-0.6％；ph调整剂，调整为中性即可，如氢氧化钠等。

另外还可在喷涂过程中加入润滑剂，例如，在喷涂辅剂的过程中，依次喷涂界面活性剂、抗静电剂、润滑剂及ph调整剂，其中，润滑剂优选水性硬脂酸锌，用量占粉煤灰绝干重量的1％-1.5％之间。

本工艺改性的粉煤灰纤维进行造纸测试，工艺如下：

将改性好的粉煤灰纤维与废纸混合进行抄片测试，混合后用瓦利打浆机进行打浆，然后用全自动纸业成型器抄纸，干燥后恒温恒湿24h，测试纸张的物理指标，并和无替代的空白组进行对比，结果显示：粉煤灰纤维与废纸的质量比最大不超过55％，即表示本改性的粉煤灰纤维可以替代小于55％的废纸进行造纸，在此质量比以内的抄纸的环压、耐破及湿强度等显著提高。

并且本工艺对粉煤灰纤维的改性工艺，宜采用网带喷淋干燥的方案，如将粉煤灰纤维平铺在网状传送带上，传送带经过多个烘箱，在传送带移动过程中，不断自上方向下喷淋试剂，如喷淋偶联剂-烘干-喷淋酰胺树脂-烘干-喷淋交联剂-烘干-喷淋辅剂，晾干或烘干，工艺简单易行，适合工业化，规模化使用。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

实施例1

取一定量的粉煤灰纤维均匀铺在网状传送带上，取粉煤灰纤维绝干重量1％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，稀释成1％水溶液，通过传送带上方的喷头均匀喷涂在粉煤灰纤维表面，然后传送带进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却后，随着传送带继续前行，另一喷头均匀喷涂聚酰胺环氧氯丙烷树脂，用量为粉煤灰纤维干重的50％，进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却，再均匀喷涂水性封闭型异氰酸酯交联剂，用量为粉煤灰纤维干重的20％，然后进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却，再均匀喷涂阳离子季铵型表面活性剂，用量为粉煤灰纤维干重的0.8％，然后进入100℃烘箱烘干；自然冷却后，在常温情况下均匀喷涂占粉煤灰纤维绝干重量0.6％的抗静电剂硬脂酞胺；晾干后，再喷涂占粉煤灰纤维绝干重量1.5％的润滑剂水性硬脂酸锌，晾干后，最后喷涂少量的ph调整剂naoh或hcl，调中性或碱性等，喷涂后自然晾干，改性即完成。

实施例2

取一定量的粉煤灰纤维均匀铺在网状传送带上，取粉煤灰纤维绝干重量0.9％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，稀释成1％水溶液，通过传送带上方的喷头均匀喷涂在粉煤灰纤维表面，然后传送带进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却后，随着传送带继续前行，另一喷头均匀喷涂聚酰胺环氧氯丙烷树脂，用量为粉煤灰纤维干重的40％，进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却，再均匀喷涂水性封闭型异氰酸酯交联剂，用量为粉煤灰纤维干重的10％，然后进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却，再均匀喷涂阳离子季铵型表面活性剂，用量为粉煤灰纤维干重的0.5％，然后进入100℃烘箱烘干；自然冷却后，在常温情况下均匀喷涂占粉煤灰纤维绝干重量0.4％的抗静电剂硬脂酞胺；晾干后，再喷涂占粉煤灰纤维绝干重量1％的润滑剂水性硬脂酸锌，晾干后，最后喷涂少量的ph调整剂naoh或hcl，调中性或碱性等，喷涂后自然晾干，改性即完成。

实施例3

取一定量的粉煤灰纤维均匀铺在网状传送带上，取粉煤灰纤维绝干重量1.1％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，稀释成1％水溶液，通过传送带上方的喷头均匀喷涂在粉煤灰纤维表面，然后传送带进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却后，随着传送带继续前行，另一喷头均匀喷涂聚酰胺环氧氯丙烷树脂，用量为粉煤灰纤维干重的45％，进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却，再均匀喷涂水性封闭型异氰酸酯交联剂，用量为粉煤灰纤维干重的15％，然后进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却，再均匀喷涂阳离子季铵型表面活性剂，用量为粉煤灰纤维干重的0.6％，然后进入100℃烘箱烘干；自然冷却后，在常温情况下均匀喷涂占粉煤灰纤维绝干重量0.5％的抗静电剂硬脂酞胺；晾干后，再喷涂占粉煤灰纤维绝干重量1.2％的润滑剂水性硬脂酸锌，晾干后，最后喷涂少量的ph调整剂naoh或hcl，调中性或碱性等，喷涂后自然晾干，改性即完成。

实施例4

取一定量的粉煤灰纤维均匀铺在网状传送带上，取粉煤灰纤维绝干重量0.95％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，稀释成1％水溶液，通过传送带上方的喷头均匀喷涂在粉煤灰纤维表面，然后传送带进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却后，随着传送带继续前行，另一喷头均匀喷涂聚酰胺环氧氯丙烷树脂，用量为粉煤灰纤维干重的47％，进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却，再均匀喷涂水性封闭型异氰酸酯交联剂，用量为粉煤灰纤维干重的13％，然后进入100℃烘箱烘干；烘干之后，自然冷却，再均匀喷涂阳离子季铵型表面活性剂，用量为粉煤灰纤维干重的0.6％，然后进入100℃烘箱烘干；自然冷却后，在常温情况下均匀喷涂占粉煤灰纤维绝干重量0.52％的抗静电剂硬脂酞胺；晾干后，再喷涂占粉煤灰纤维绝干重量2％的润滑剂水性硬脂酸锌，晾干后，最后喷涂少量的ph调整剂naoh或hcl，调中性或碱性等，喷涂后自然晾干，改性即完成。

然后将上述实施例中制备的改性粉煤灰纤维与不同质量比的废纸混合进行抄纸测试，工艺如下：

按不同质量比将改性粉煤灰纤维与废纸混合，用瓦利打浆机进行打浆，用全自动纸业成型器抄片，烘干后恒温恒湿24h后，检测纸张的物理性能，并和无替代的纯废纸抄片进行对比，如下表所示：

表1：改性粉煤灰纤维与废纸质量比为5:95

表2：改性粉煤灰纤维与废纸质量比为25:75

表3：改性粉煤灰纤维与废纸质量比为45:55

通过上述表格可发现：随着改性粉煤灰纤维量的增加，造出的抄纸性能呈现先增后降的趋势，混合改性粉煤灰纤维的抄纸性能相比纯废纸制备的抄纸，纸张的湿强度、环压指数及耐破指数显著提高，并且实施例4制备的改性粉煤灰纤维参与制备的纸张的性能高于实施例1、实施例2及实施例3制备的粉煤灰纤维参与制备的纸张的性能。

当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。