专利名称：固废物赤泥超细纤维纸浆及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种利用固废物纤维的纸浆，具体涉及一种以工业生产 氧化铝的残留物赤泥制备的超细纤维为原料制造纸浆的方法，以及适用 于各种纸品的专用纸桨配制方法。
背景技术：
工业固废物之一赤泥，是工业生产铝粉或氢氧化铝的残留物，经测
定其中含有强碱性的组份其苛性钠为主的碱性组份含量大于10Q^，Ti、 K和Fe元素的氧化物组份达15。/。，其余组份类似硅酸盐矿物。以这种高 碱性的混杂物为基质土壤的环境，不适合于植物生长、也不亦微生物生 长，长期堆放浪费土地并迠成生态恶化，且污染水源及环境。开发利用 赤泥，对于资源循环、废物利用其意义显而易见。通过化学和物理相结 合的方法，使之性质上变性，形态上变身，制造成超细纤维，这是综合 利用赤泥的方法之一。当纤维直径在3 5um时则适用于制造纸浆，能 够部分代替木纤维造纸，将节省大量的树木资源，有着良好的社会意义 和经济价值。但目前尚无如何采用赤泥超细纤维制备纸浆的文献报道， 因此该课题的研究开发将具有重要的意义。
因赤泥超细纤维与其它氧化物纤维的化学组份不同，带有较强的碱 性，通常其pH值大于8，不能直接用于制造纸浆。如果未经表面改性处 理直接应用在造纸中，纤维表面的活性组份将与其它造纸添加剂相互作 用甚至发生化学反应，使其它造纸添加剂失效、或使纸浆结絮沉淀等。 因此纤维必须作改性处理，解决其表面碱性问题，并使其在纸浆中能良 好地分散。本发明即解决这样的问题，从而使赤泥超细纤维在造纸工业 中有了用武之地。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种利用固体废弃物的纤维制 造纸浆的方法，具体地说，涉及一种高碱性赤泥制备的超细纤维为原料 制造各种纸品专用纸浆的方法。
本发明的技术原理是对碱性的赤泥超细纤维先进行表面化学改 性，采用酸碱中和的方法，使纤维表面的pH值接近中性；再通过物理 方法改善纤维与水的亲和性，使纤维能漂浮在水相中；通过添加有氢健 作用的混溶剂，能够增加无机性质的赤泥超细纤维和有机性质的植物纤 维的相容性，使两种纤维易于混合；在上述几种添加剂共同作用下，赤 泥超细纤维和植物纤维均匀地混合；最后，通过使用具有高分子链的化 合物作用在纤维表面，增加纤维的力学性能，从而获得性能满足造纸要 求的纸浆。 '
本发明的解决方案是-
一种固废物赤泥超细纤维纸浆，由下列组分按重量百分比含量配制 而成，组分和重量百分比含量均以干浆计 赤泥超细纤维 5 90%; 植物纤维 10 95%;
添加剂纤维表面改性剂、纤维分散剂、纤维混溶剂、纤维增强剂， 均相对赤泥超细纤维的重量计-
纤维表面改性剂 0. 1 5%;
纤维分散剂 0. 5 5%;
纤维混溶剂 0. 5 5%;
纤维增强剂 1 10%;
纸浆的固含量为5 80%，水20 95%。
所述纤维表面改性剂为有机酸类化合物，选自乙酸、乙二酸、柠檬 酸、水杨酸、磺基水杨酸、对甲苯磺酸、十二烷基磺酸中的一种或两种 以上混合。
所述纤维分散剂为醇解类高分子化合物，选自聚乙烯醇縮甲醛、聚
5乙烯醇縮乙醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇，聚氧化乙烯中的一种或两 种以上混合。
所述纤维混溶剂为含胺基化合物或羟基化合物，选自N， N-二甲基
甲酰胺;N， N-二甲基乙酰胺、十二烷基硫酸铵、乙二醇、丙二醇、二丙
二醇、丙三醇、正丁醇中的一种或两种以'上混合。
所述纤维增强剂为合成高分子化合物或改性的天然高分子化合物，
选自聚乙烯醇、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、阳离子淀粉、聚乙
烯亚胺、瓜儿豆胶中的一种或两种以上的混合物。
上述所用的4类添加剂，各发挥不同的作用，缺一不可。 纤维表面改性剂的使用是为了调节赤泥超细纤维表面的碱性，通过
加入适量的酸性化合物，与纤维表面的碱性物中和，降低pH值；但不可
加入太多的酸性化合物，以避免纤维内层的碱性物质释放出过多，造成
纤维的损耗；使用较弱的酸性化合物时可以添加较多的量，使用较强的 酸性化合物时宜添加较少的量；价格较昂贵的和较价廉的酸性化合物可 混合添加，达到较佳的经济效果。
纤维分散剂的使用是为了使赤泥超细纤维在造纸中能充分分散在 水相中，流动过程不絮聚。使用高分子类型的分散剂，有利于将赤泥超 细纤维包覆和衬托起来，使之飘浮在水相中，并且高分子的链段易于和 前一步处理所用的有机酸中烷基相容，使整个体系处于均匀的状态。
纤维混溶剂的使用是为了使改性后的赤泥超细纤维在与植物纤维 混合时能充分相容，相互搀合在，起；应用含胺基或羟基的化合物可以 增加两种纤维中的氢键作用，使两种纤维有很好的结合力。
纤维增强剂的使用是为了改进歩泥超细纤维的物理机械性能，如强 度、抗绕度、耐折性等，以适应各种纸品性能的要求。采用聚合物作为 增强剂是最优选的，聚合物具有包覆和联结赤泥超细纤维的作用，且聚 合物本身具有足够的力学性能，能满足赤泥超细纤维增强的要求。
所述赤泥超细纤维选自固废物赤泥成纤后经过处理的超细纤维，优 选经漂白的、除渣处理的赤泥超细纤维。所述赤泥超细纤维优选的直径为3 5 P m，长度为5 50mm。 所述植物纤维选自造纸通用的植物纤维，包括树木纤维、草纤维、
竹纤维、甘蔗纤维、椰棕纤维、回收废纸纤维中的一种或两种以上混合，
最优选树木纤维。
为满足不同类型纸品需求的纸浆，可调节赤泥超细纤维与植物纤维'
混合的比例、赤泥超细纤维与添加剂的比例，制得不同用途不同固含量
的纸浆，配方如下 '
所述赤泥超细纤维纸浆用于制备文化纸品包括各种书报、文教用纸
时，赤泥超细纤维用量为5 30%，植物纤维用量为70 95%，最优选赤 泥超细纤维用量为10 20V最优选植物纤维用量为80 90%;最优选纤 维表面改性剂用量为O. 5 1.5%;最优选纤维分散剂用量为O. 5 2%;最 优选纤维混溶剂用量为O. 5 2%;最优选纤维增强剂用量为5 7%;
所述赤泥超细纤维纸浆用于制备包装纸品包括涂布纸、箱板纸、瓦 楞纸时，赤泥超细纤维用量为20 60%，植物纤维用量为40 80%，最优 选赤泥超细纤维用量为30 50%，最优选植物纤维用量为50 70%;最优 选纤维表面改性剂用量为O. 1 1%;暴优选纤维分散剂用量为1 3%;最
优选纤维混溶剂用量为3 5%;最优选纤维增强剂用量为7 10%;
所述赤泥超细纤维纸浆用手制备功能性纸品包括工业过滤纸、绝缘
纸、防火纸、内装饰纸时，赤泥超细纤维用量为40 80%，植物纤维用量 为20 60%，最优选赤泥超细纤维用量为70 80%，最优选植物纤维用量 为20 30%;最优选纤维表面改性剂用量为1 3%;最优选纤维分散剂用
量为2 4%;最优选纤维混溶剂用量为3 5%;最优选纤维增强剂用量为 6 9%;
所述赤泥超细纤维纸浆用于制备用具或器件包括梭锭、托盘、衬垫
时，赤泥超细纤维用量为60 90%，植物纤维用量为10 40%，最优选赤 泥超细纤维用量为80 90%，最优选植物纤维用量为10 20%;最优选纤 维表面改性剂用量为3 5%;最优选纤维分散剂用量为0.5 1%;最优选 纤维混溶剂用量为O. 5 2%;最优选纤维增强剂用量为9 10%;所述赤泥超细纤维纸浆的固含量，根据纸浆后续应用需要来调节 纸浆就地用于上网抄造纸品时，固含量控制在低水平，最优选固含量为 1 30%;纸浆外运到异地工厂抄造纸品时，固含量控制在高水平，最
优选固含量为30 80%。
本发明赤泥超细纤维纸浆的制造方法包括如下步骤
(1) 按配方计量原料赤泥超细纤维、植物纤维、纤维表面改性 剂、纤维分散剂、纤维混溶剂、纤维增强剂、水；
(2) 制造纸浆将赤泥超细纤维投入水中，依次加入三种添加剂 纤维表面改性剂，混合搅拌10 20分钟；纤维分散剂，混合搅拌10 20 分钟；纤维混溶剂，混合搅拌10 20分钟；然后与植物纤维桨液混合搅
拌20 30分钟；再加入纤维增强剂，混合搅拌30 40分钟；脱除部分水， 获得赤泥超细纤维纸浆；
上述所有的操作过程均在常温下进行。
将上述所得纸浆进行pH值测定、固含量测定、得浆率测定；
本发明所述赤泥超细纤维制成的纸浆，pH值为6. 8 7. 8，固含量为 5 80%，得浆率以干浆计为80_95%，最优化条件下，得浆率为90-95%。
将上述纸浆采用与常规造纸相同的工艺输送至造纸机上配抄，可制 得各种纸品材料。采用相应的国家标准对本发明纸浆制备的各种纸品进 行检测，物理性能可达到植物纤维纸品的同等性能。
本发明利用赤泥超细纤维生产纸浆，使用这种纸浆制造的纸张包装 材料可以部分代替聚合物包装材料，降低塑料"白色污染"；使用这种 纸浆生产的工业纸品材料，具有防水、防火、绝缘等功能性。使用这种 纸浆生产纸品成本较低，使用后易于回收和处理，回归大自然无二次污 染。本发明的方法赋予固体废弃物赤泥超细纤维以功能化利用，具良好 的循环经济意义。
具体实施例方式
实施例l取除渣后的平均直径4um、长度5 50rnrn干态的赤泥超细纤维20 份(按重量计，后述相同)，投入到400份的水中，润湿后加入3% (重 量含量，后述相同)乙酸水溶液3份、十二烷基磺酸0.3份，以60转/ 分钟速度搅拌15分钟后，再加入3%聚乙烯醇縮乙醛水溶液16份、3 %聚乙二醇水溶液2份，以同样速度搅拌15分钟；继续加入N， N-二甲 基乙酰胺0.3份、丙二醇0.2份，保持同样速度搅拌15分钟；接着， 加入针叶树木造纸纤维以干纤维计80份，同速搅拌30分钟；然后，加 入3%聚乙烯聘水溶液20份、3%阳离子淀粉水溶液20份，同速搅拌 40分钟；最后，浆料流经网筛，沥去180份左右的水，获得纸浆料。
纸桨测定用精密pH试纸测定湿纸浆pH值为7. 2;用ll(TC烘于 失重至恒定法测定固含量为26. 3%;用重量法测得实际干浆料与纤维总 投料量的百分比(得浆率)为93%。
所得纸浆适用于制造各种文化纸品。
实施例2
取除渣后的平均直径4um、长度5 50mm的干态的赤泥超细纤维 40份(按重量计，后述相同)，投入到800份的水中，润湿后加入3% (重 量含量，'后述相同)乙二酸水溶液3份、柠檬酸0.3份，以60转/分钟 速度搅拌20分钟后，再加入3%聚乙烯醇縮甲醛水溶液12份、3%聚氧 化乙烯水溶液10份，以同样速度搅拌20分钟；继续加入十二烷基硫酸 铵1份、闪三醇0.8份，保持同样速度搅拌10分钟；接着，加入稻草 造纸纤维以干纤维计60份，同速搅拌30分钟；然后加入3%羧甲基纤 维素水溶液50份、3%阳离子聚丙烯酰胺水溶液30份，同速搅拌30分 钟；最后，浆料流经网筛，沥去700份左右的水，获得纸浆料。
纸浆测定用精密pH试纸测定湿纸浆pH值为7.6;用ll(TC烘干 失重至恒定法测定固含量为33. 6%;用重量法测得实际干浆料与纤维总 投料量的百分比(得浆率)为89%。
所得纸浆适用于制造各种包装纸品。
9实施例3
取除渣后的平均直径4txm、长度5 50mm的干态的赤泥超细纤维 80份(按重量计，后述相同)，投入到1600份的水中，润湿后加入3% (重量含量，后述相同)对甲苯磺酸水溶液20份、磺基水杨酸1份， 以60转/分钟速度搅拌10分钟后，再加入3%聚氧化乙烯水溶液80份， 以同样速度搅拌20分钟后，继续加入N， N-二甲基甲酰胺3份、二丙二 醇1份、保持同样速度搅拌10分钟；接着，加入甘蔗造纸纤维以干纤 维计20份，同速搅拌30分钟；然后加入3%羧甲基纤维素水溶液100 份、3%阳离子淀粉水溶液100份，以同样速度搅拌30分钟；最后，浆 料流经网筛，沥去1820份左右的水，获得纸浆料。
纸浆测定用精密pH试纸测定湿纸浆pH值为6. 8;用U(TC烘干 失重至恒定法测定固含量为52. 6%;用重量法测得实际干衆料与纤维总 投料量的百分比(得浆率:'为83%。
所得纸浆适用于制造各种功能性纸品。
实施例4
取除渣后的平均直径4um、长度5 50mm的干态的赤泥超细纤维 90份(按重量计，后述相同)，投入到1800份的水中，润湿后加入3% (重量含量，后述相同)乙二酸水溶液50份、水杨酸2.5份，以60转 /分钟速度搅拌15分钟后，再加入3。^聚乙烯醇縮丁醛水溶液90份、3 %聚乙二醇水溶液60份，以同样速度搅拌20分钟后，继续加入十二烷 基硫酸铵1份、正丁醇0.5份，保持同样速度搅拌10分钟；接着，加 入回收废纸纤维以干纤维计10份，同速搅拌30分钟；然后加入3%羧 甲基纤维素水溶液250份、3。^瓜儿豆胶水溶液50份，以同样速度搅拌 30分钟；最后，浆料流经网筛，沥去2300份左右的水，获得纸浆料。
纸浆测定用精密pH试纸测定湿纸浆pH值为7.8;用ll(TC烘干 失重至恒定法测定固含量为75. 6%;用重量法测得实际干浆料与纤维总投料量的百分比(得浆率)为87%。
所得纸浆适用于制造各种用具或器件纸品。
权利要求
1、一种固废物赤泥超细纤维纸浆，其特征在于由下列组分按重量百分比含量配制而成，组分和重量百分比含量均以干浆计赤泥超细纤维5～90％；植物纤维10～95％；添加剂纤维表面改性剂、纤维分散剂、纤维混溶剂、纤维增强剂，均相对赤泥超细纤维的重量计纤维表面改性剂0.1～5％；纤维分散剂0.5～5％；纤维混溶剂0.5～5％；纤维增强剂1～10％；纸浆的固含量为5～80％，水20～95％。所述纤维表面改性剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、柠檬酸、水杨酸、磺基水杨酸、十二烷基磺酸中的一种或两种以上混合。所述纤维分散剂选自聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇，聚氧化乙烯中的一种或两种以上混合。所述纤维混溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺；N，N-二甲基乙酰胺、十二烷基硫酸铵、乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丙三醇、正丁醇中的一种或两种以上混合。所述纤维增强剂选自聚乙烯醇、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、阳离子淀粉、瓜儿豆胶中的一种或两种以上的混合物。
2、 根据权利要求l所述的赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，赤泥超 细纤维选自经过漂白和除渣处理的赤泥超细纤维，直径为3 5ym，长 度为5 50mm。
3、 根据权利要求l所述的赤泥超细纤维纸浆，其特fe在于，植物纤 维选自树木纤维、草纤维、竹纤维、甘蔗纤维、椰棕纤维、回收废纸纤 维中的 一种或两种以上混合。
4、 根据权利要求l所述的赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，用于制备文化纸品包括各种书报、文教用纸时，赤泥超细纤维用量为5 30%， 植物纤维用量为70 95%。
5、 根据权利要求l所述赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，用于制备 包装纸品包括涂布纸、箱板纸、瓦楞纸时，赤泥超细纤维用量为20 60%， 植物纤维用量为40 80% 。
6、 根据权利要求l所述赤泥超细纤维纸衆，其特征在于，用于制备 功能性纸品包括工业过滤纸、绝缘纸、防火纸、内装饰纸时，赤泥超细 纤维用量为40 80%，植物纤维用量为20 60%。
7、 根据权利要求l所述赤泥超细纤维纸衆，其特征在于，用于制备 用具或器件包括梭锭、托盘、衬垫时，赤泥超细纤维用量为60 90%， 植物纤维用量为10 40%。
8、 根据权利要求l所述赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，制造方法 包括如下步骤(1) 按配方计量原料赤泥超细纤维、植物纤维、纤维表面改性 剂、纤维分散剂、纤维混溶剂、纤维增强剂、水；(2) 制造纸浆将赤泥超细纤维投入水中，依次加入添加剂纤 维表面改性剂、混合搅拌10 20分钟；纤维分散剂、混合搅拌10 20分 钟；纤维混溶剂、混合搅拌10 20分钟；然后与植物纤维浆液混合搅拌 20 30分钟；再加入纤维增强剂，混合搅拌30 40分钟；脱除部分水， 制得赤泥超细纤维纸浆。
9、 根据权利要求l所述赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，所有的操 作过程均在常温下进行。
全文摘要
一种利用固废物赤泥超细纤维制造纸浆的方法，包括如下步骤将赤泥超细纤维投入水中，依次加入添加剂纤维表面改性剂、混合搅拌10～20分钟；纤维分散剂混合搅拌10～20分钟；纤维混溶剂、混合搅拌10～20分钟；再与植物纤维浆液混合，搅拌20～30分钟；然后加入纤维增强剂，混合搅拌30～40分钟；脱除部分水，获得赤泥超细纤维纸浆。本发明的制造方法中，所有过程均在常温下进行，工业化生产成本低；本发明赋予固废物赤泥超细纤维高价值利用，所制备的纸浆可应用于制造文化纸品、包装纸品、功能性纸品和纸质用具和器件。本项目对于资源循环再利用具有明显的意义和价值。
文档编号D21H17/00GK101514532SQ200910048599
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者王彦华, 陈建定 申请人:华东理工大学;焦作银兴特纤科技发展有限公司