路用木质纤维素材料及其制备方法

专利名称：：路用木质纤维素材料及其制备方法
技术领域：
：本发明属于路用工程新材料领域，具体是涉及应用于沥青玛蹄脂碎石路面(stonematrixasphalt,SMA)高速公路路面的纤维稳定剂材料及其制备方法。二
背景技术：
：SMA路面作为世界上最受欢迎的高等级公路结构之一，由于其自身的结构特点，纤维稳定剂在SMA路面中起着至关重要的作用。目前我国用于SMA路面的纤维稳定剂中几乎全部为木质纤维素。木质纤维素在SMA路面用起到如下作用a)加筋作用；b)分散作用；c)吸附和吸收沥青作用；d)增粘作用；e)稳定缓冲作用。由于SMA技术的新颖性，对木质纤维素的研究及生产技术国内外也是不同的，在目前国内外木质纤维素的应用情况分析，在不同的国家和地区，SM路面均有使用不成功的例子，其中有些就是因为木质纤维素产品质量不高有关，这在一定程度上限制了SMA路面的继续推广。根据SMA在世界各国的应用情况及有关研究发现，目前木质纤维素产品使用中的问题主要是a)易受潮结团，致使产品失效；b)吸油率不足，在夏天时易出现高温泛油现象；c)与沥青亲和性差，在沥青中不易分散，从而导致部分沥青路面泛油，部分干涩；d)纤维在沥青中易结团；e)高温稳定性差，在与沥青拌合合运输工程中，纤维强度发生严重变化，影响其使用效果。F)在风送拌合过程中，积压后的纤维不易完全分散；g)耐酸碱性能差，在与沥青接触过程中强度下降明显。由于木质纤维素产品是一种新型产品，各生产商的技术均严格保密，我们结合SMA路面中木质纤维素的使用情况反馈，美国的木质纤维素标准及对国内外产品的性能剖析，我们对国内外木质纤维素产品的性能及生产技术有了详尽的了解，并得到现阶段改进并生产高性能木质纤维素材料的基本原则为(1)选择合适的原料原料应具有合适的纤维长度分布(长纤维最长不大于6mm，冲气筛筛选通过IOO目筛的纤维比例为70%)，以保证产品在分散过程中不交联缠绕，可以均匀分布在沥青内部且形成网状结构；(2)选择合适的填料填料应具有大的比表面积(BET表面积大于12m7g为佳)和较高的硬度(莫氏硬度大于3)，以均匀覆盖于纤维表面赋予木质纤维素良好的耐磨擦性能；同时具有大的比表面积可以吸附更多的沥青，以提高木质纤维素的吸油性能；(3)热稳定性可以承受260'C以上的温度而纤维强度及形状不发生明显改变，以便于在沥青高温搅拌和运输过程中不发生裂解炭化，以保持其强度性能。(4)电学性质应具有较低的表面电阻(表面电阻系数小于35X109Q)，便于在高温干燥情况下纤维的风送分散过程中纤维不因表面静电吸引而难以分散；(5)耐酸碱性纤维应具有一定的耐酸碱性能，可以在pH-2或pH-13的溶液中漂浮7天以上而不发生任何沉降，以保证在与酸性沥青介质及其他碱性物质长时间的接触过程中其发生酸性或碱性降解而影响其强度性能；(6)疏水亲油的界面性质木质纤维素与沥青应具有相同或相近的界面性能，以使木质纤维素与沥青接触时更易混合均匀，提高其在沥青分散性；并且具有疏水性能，减少干燥的木质纤维素吸水受潮结团而失效的现象；(7)吸油性能木质纤维素应具有合适的比表面积(BET比表面积3-5m2/g)使其具有好的吸油性能(吸油量大于自身重量的5倍)，以保证可以吸附多余的沥青而防止局部沥青泛油和局部沥青干涸的现象。
发明内容1、发明目的本发明的目的是要制备一种可用于SMA路面的木质纤维素材料，该材料是采用废新闻纸为原料，采用湿法造纸和干法造纸工艺相结合制备而成。制备纤维最大长度小于6mm，冲气筛筛选通过100目筛的纤维比例为70%，具有吸油量大于自身重量5g/g，表面电阻系数小于35X109Q，干度大于95%，灰分含量为13-23%，在21(TC下干燥2h失重小于6%，且能在沥青中均匀分散的木质纤维素产品。2、技术方案1)原料选择本发明采用未脱墨废新闻纸为原料，该原料长径比为56，纤维平均长度为1.05mm，最长纤维为4.85mm，冲气筛通过100目纤维比例为72%，灰分含量为7.12%,苯醇抽提物为3.21%。原料中的灰分和苯醇抽提物在制备木质纤维素的过程中得到了充分利用。2)制备方法一种应用与SMA高速公路路面的木质纤维素材料的制备方法，其特征在于本发明的木质纤维素材料是通过结合湿法和干法造纸工艺赋予纤维所需性能。其制备步骤如下A、将废新闻纸原料经过水力碎浆机疏解成单根纤维；B、疏解后的纤维经过稀释后先后浓度为0.2-5%，经过压力筛和锥形除渣器，除掉浆料中含有的纤维束和砂石杂质；C、筛选除渣后的浆料进入配浆池，加入混合填料，然后加入阳离子表面活性剂,搅拌均匀；D、将浆池内的浆料通过冲浆泵进入高位箱，加入防水剂和助留助滤体系；E、浆料进入流浆箱上网，经过成型，压榨，干燥后得到干燥的纸板；F、将得到的纸板利用绒毛化器绒毛化，绒毛化过程中风送加入髙岭土或滑石粉(5%绝干浆)和活性重质或轻质碳酸钙(0.5%绝干浆)，利用集棉器集棉；G、产品检验，包装，入库。上述步骤C中所述的混合填料为研磨或沉淀碳酸钙用量为20%绝干浆，活性重质或轻质碳酸钙用量为0.5%绝干浆，高岭土或滑石粉用量为5%绝干浆。所述的阳离子表面活性剂为0.1%的十六垸基氯化铵，十六烷基溴化铵。上述步骤D中所述的的防水剂为烷基烯酮二聚体用量为0.15%绝干浆或分散松香胶用量为2%绝干浆，所述的助留助滤体系为阳离子聚丙烯酸胺(400ppm)一硼润土(0.25%绝干浆)或环氧乙烷(600ppm)—改性酚醛树脂(1.0%);上述步骤F的绒毛化过程中加入高岭土和活性碳酸钙，使木质纤维素在沥青中均匀分散。工艺流程说明如下本产品木质纤维的生产工艺流程。填料阳离子表面活性剂废纸纤维一水力碎浆机疏解一配浆一压力筛筛选一锥形除渣器除渣一冲浆上网一高位箱一敞开式流桨箱一多圆网造纸机纤维疏水加填一压榨一烘缸干燥—红外干燥一巻纸一干法疏解绒毛化一集棉器集棉一包装入库。tt干法加填NaCl3.有益结果(1)、本发明选用未脱墨废新闻纸为原料，在制备产品过程中，未除去原料中的油墨和树脂成分，降低了生产成本约5%。(2)、采用干法和湿法加填工艺相结合，利用不同类型，粒度，形状，性能的填料赋予了产品所需分散性能和吸油率。(3)、采用院基烯酮二聚体或分散松香胶施胶，提高了纤维表面的疏水性能，并将其界面性能有亲水变为亲油，有利于改善在沥青中的分散。(4)、采用540KN/m的线压力，提高了压搾部脱水率，降低了干燥负荷。(5)、釆用烘缸干燥后接红外干燥的工艺，将纤维过干燥，其干度可达97%以上。并且红外干燥过程中纤维表面疏水化，内部的树脂成分也赋予了纤维疏水亲油性能，减少了受潮易结团的可能性。(6)、对于干燥的纸板，采用绒毛化工艺，将纤维的表面积提高到3-5m7g，将产品的吸油率提高到9-11g/g。(7)、采用干、湿法加入抗静电剂，将产品的表面电阻系数降低为20.5X109Q。有效的降低了纤维的表面静电积累，有利于在风送过程中的纤维分散。具体实施例方式实施例l路用木质纤维素材料及其制备方法，(以实际生产中试为例)，路用木质纤维素材料由废新闻纸、混合填料(其中研磨碳酸钙用量为20%绝干浆，活性重质碳酸钙用量为0.5%绝干浆，高岭土用量为4.5%绝干浆)、表面活性剂(十六垸基氯化铵用量为0.1%绝干浆)、防水剂(烷基烯酮二聚体用量为0.15%绝干浆)、助留剂(聚丙烯酸胺-膨润土用量为0.25%绝干浆)以绝干浆计算的重量配比为100:25:0.1:0.15:0.25;其制备步骤如下1)废纸疏解分散在5立方的水力碎浆机中加入250kg废纸，疏解4-6分钟，将其完全疏解分散；2)浆料的筛选除渣疏解后的纤维经过稀释后浓度为1%先后经过压力筛筛选，随后经过一级三段锥形除渣器除渣，除掉浆料中含有的纤维束和砂石杂质;3)配浆加料筛选除渣后的浆料进入80立方配浆池，然后加入混合填料(其中研磨碳酸钙用量为20%绝干浆，活性重质碳酸钙用量为0.5%绝干浆，高岭土用量为4.5%绝干浆)，最后加入0.1%阳离子表面活性剂(十六垸基氯化铵)，搅拌均匀；4)加胶将浆池内的浆料通过冲浆泵进入高位箱，加入垸基烯酮二聚体(用量为0.15%绝干浆)胶料和助留助滤体系(阳离子聚丙烯酸胺(400ppm)—膨润土(0.25%绝干浆)；5)冲浆上网浆料以1.5%浆浓进入流浆箱上网，在1600多缸多圆网纸机上成型；6)压榨得到的湿纸板经过三段520KN/m线压力复合压榨，脱除水分；7)干燥压榨后的纸板经过烘干干燥，达到约80%的干度，随后进入红外干燥装置，剧烈干燥出去剩余的水，并使得纸板过干燥，干度达97%以上；8)绒毛化将得到的纸板利用绒毛化器绒毛化，绒毛化过程中风送加入高岭土(5%绝干浆)和活性重质碳酸钙(0.5%绝干浆)，利用集棉器集棉；9)产品检验，包装，入库。实施例2以实际生产中试为例，路用木质纤维素材料由废新闻纸、混合填料(其中研磨碳酸钙用量为20%绝干浆，活性重质碳酸钙用量为0.5%绝干浆，高岭土用量为4.5%绝干浆)、表面活性剂(十六烷基溴化铵用量为0.1%绝干浆)、防水剂(分散松香胶用量为2%绝干浆)、助留剂(环氧乙垸-改性酚醛树脂用量为1%绝干浆)以绝干浆计算的重量配比为100:25:0.1:2:1;其制备步骤如下1)废纸疏解分散在5立方的水力碎浆机中加入250kg废纸，疏解4-6分钟，将其完全疏解分散；2)浆料的筛选除渣疏解后的纤维经过稀释后浓度为1%先后经过压力筛筛选，随后经过一级三段锥形除渣器除渣，除掉浆料中含有的纤维束和砂石杂质；3)配浆加料筛选除渣后的浆料进入80立方配浆池，然后加入混合填料(其中沉淀碳酸钙用量为20%绝干浆，活性轻质碳酸钙用量为0.5%绝干浆，滑石粉用量为4.5%绝干浆)，最后加入0.1%阳离子表面活性剂(十六烷基溴化铵)，搅拌均匀；4)加胶将浆池内的浆料通过冲浆泵进入高位箱，加入分散松香胶(用量为2%绝干浆)胶料和助留助滤体系(环氧乙烷(600ppm)—改性酚醛树脂(1.0%)助留助滤体系)；5)冲浆上网浆料以1.5%浆浓进入流浆箱上网，在1600多缸多圆网纸机上成型；6)压榨得到的湿纸板经过三段520KN/m线压力复合压榨，脱除水分；7)干燥压榨后的纸板经过烘干干燥，达到约80%的干度，随后进入红外干燥装置，剧烈干燥出去剩余的水，并使得纸板过干燥，干度达97%以上；8)绒毛化将得到的纸板利用绒毛化器绒毛化，绒毛化过程中风送加入滑石粉(5%绝干浆)和活性轻质碳酸钙(0.5%绝干浆)，利用集棉器集棉；9)产品检验，包装，入库。通过该过程得到的产品性能如下表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2自制木质纤维素与国外某产品以沥青亲和性分析<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1、一种路用木质纤维素材料，其特征在于它是由废新闻纸、混合填料、表面活性剂、防水剂和助留剂以100∶25∶(0.1-1)∶(0.15-2)∶(0.25-1.0)的重量配比，其重量按绝干浆计算，通过湿法和干法造纸过程制得。2、根据权利要求1所述的路用木质纤维素材料，其特征在于所述的混合填料为研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、活性重质或轻质碳酸钙、高岭土或滑石粉中的一种或几种混合组成。3、根据权利要求1所述的路用木质纤维素材料，其特征在于所述的防水剂为烷基烯酮二聚体或分散松香胶。4、根据权利要求1所述的路用木质纤维素材料，其特征在于所述的助留剂为阳离子聚丙烯酸胺一膨润土或环氧乙烷一改性酚醛树脂。5、根据权利要求1所述的路用木质纤维素材料，其特征在于所述的表面活性剂为十六烷基氯化铵，十六烷基溴化铵。6、一种制备权利要求1所述的路用木质纤维素材料的方法，其特征在于制备步骤如下A、将废新闻纸原料经过水力碎浆机疏解成单根纤维；B、疏解后的纤维经过稀释后浓度为0.2-5%，先后经过压力筛和锥形除渣器，除掉浆料中含有的纤维束和砂石杂质；C、筛选除渣后的桨料进入配浆池，加入混合填料，然后加入表面活性剂，搅拌均匀；D、将浆池内的浆料通过冲浆泵进入高位箱，加入防水剂和助留剂；E、浆料进入流浆箱上网，经过成型，压搾，干燥后得到干燥的纸板；F、将得到的纸板利用绒毛化器绒毛化，绒毛化过程中风送加入高岭土或滑石粉，用量为5.0%绝干浆和活性重质或轻质碳酸钙，用量为0.5%绝干浆，利用集棉器集棉；G、产品检验，包装，入库。7、根据权利要求6所述木质纤维素的制备方法，其特征在于在步骤A后不需对纤维进行脱墨处理而直接进入步骤B，充分利用了废纸中的油墨成分，将其变为有效的填料加以利用。8、根据权利要求6所述木质纤维素的制备方法，其特征在于在步骤E中所述的上网浆料浓度达1-2%，干燥后纸板的干度〉95%。9、根据权利要求6所述木质纤维素的制备方法，其特征在于在步骤F中用绒毛化器来实现单根纤维的分离，使木质纤维素达3-5mVg的比表面积。10、如权利要求1所述的木质纤维材料在沥青玛蹄脂碎石路面即高速公路面中的应用。全文摘要一种路用木质纤维是采用未脱墨废新闻纸为原料，与混合填料、表面活性剂、防水剂和助留剂以一定配比通过干法和湿法造纸过程制得，通过干湿法加入抗静电剂的方法赋予木质纤维素表面电阻系数为20.5×10⁹Ω的的抗静电性能；通过对纸板进行绒毛化赋予纤维3-5m²/g的比表面积。其制备方法是将废纸原料高浓疏解后进行筛选除渣，净化后的浆料与混合填料搅拌均匀，然后冲浆上网形成纸幅，经过压榨，烘缸干燥和红外干燥，得到的干纸板绒毛化过程中干法加入高岭土(滑石粉)，活性碳酸钙填料和NaCl，得到木质纤维素产品，它在沥青中可以均匀分散，是理想的沥青玛蹄脂碎石路面即高速公路面纤维稳定剂材料。文档编号E01C7/18GK101096835SQ20071002297公开日2008年1月2日申请日期2007年5月29日优先权日2007年5月29日发明者翟华敏,朴马申请人:南京林业大学