专利名称：一种无机纤维的改性方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维改性方法，具体涉及一种无机纤维的改性方法。
背景技术：
无机纤维不仅可以代替昂贵的植物纤维用于造纸，节约大量的植物纤维，降低造纸成本，同时减少植物纤维制浆造成的污染问题。可用于造纸的无机纤维主要有白泥纤维，玻璃纤维，石棉纤维，碳纤维，陶瓷纤维和粉煤灰纤维等。无机纤维原料成本极低，不能细纤维化，其表面又不含能相互作用或与植物纤维作用的基团，另外无机纤维脆性大，刚性强，纤维短，在制浆过程中经打浆、分散、输送较易断裂为小段纤维，不仅造成在后续应用过程中出现小段纤维交织、堵塞设备等现象，同时使用过多将使纸张强度大幅度下降。所以必须选用易成柔性膜的成膜剂涂覆在无机纤维的表面将其包裹起来，增强其强度和柔韧性。然而无机纤维表面不含能与有机材料作用的基团，成膜物质不易包裹在无机纤维的表面。
发明内容
本发明提供了一种提高柔软性和强度的无机纤维的改性方法，经过该方法处理的无机纤维用于造纸时能够提高纸张性能。为了达到上述目的，本发明的采用的技术方案包括以下步骤:I)按照1: (8-12)的质量比将聚乙烯醇与水在80_90°C下搅拌至聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在80-90°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1: (100-200)，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的3%-7% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1: (0.3-0.8)的质量比混合，然后在90-110°C下反应，使Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷接枝到处理后的聚乙烯醇上，再调节pH值=7 9，得到无机纤维软化增强剂；3)将无机纤维加入水中，搅拌使无机纤维分散，然后加入无机纤维软化增强剂，反应30min-60min，抽滤，得到的滤饼即为改性无机纤维；其中，所加入的无机纤维软化增强剂与无机纤维的质量比为2: (5-10)。所述的步骤I)中搅拌时间为30min。所述的步骤2)反应时间为30min。所述的步骤3)在反应30min-60min前还要加入质量浓度为0.5%-1%的阳离子聚丙烯酰胺溶液和质量浓度为0.5%-1%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀；其中，所加入的阳离子聚丙烯酰胺溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液的体积比为(3-10): (3-10)，且每加入5-10g的无机纤维软化增强剂需要加入3-10mL的阳离子聚丙烯酰胺溶液。所述的步骤3)中的无机纤维为白泥纤维、粉煤灰纤维、玄武岩纤维或煤矸石纤维。所述的步骤3)中每100_200mL水加入2g的无机纤维。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明首先用双氧水对聚乙烯醇进行降解，然后在处理后的聚乙烯醇上接枝Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，接枝后的聚乙烯醇上的官能团能够与无机纤维之间产生作用，因此，本发明制得的无机纤维软化增强剂对无机纤维处理后，无机纤维的柔软性和强度明显提高，而且经过该方法处理的无机纤维用于造纸时能够提高纸张性能。进一步，本发明向无机纤维中加入无机纤维软化增强剂后，还加入使聚乙烯醇阳离子化的阳离子聚丙烯酰胺和十六烷基三甲基溴化铵，因此聚乙烯醇带有正电荷。而带有正电荷的聚乙烯醇与表面带有负电荷的无机纤维相互作用，使无机纤维得到改性，其柔软性和强度明显提高。
具体实施例方式实施例1:I)按照1:9的质量比将聚乙烯醇与水混合，并搅拌加热至85°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在85°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1:150，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的4% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.4的质量比混合，然后在90°C下反 应30min，调节pH=7，得到无机纤维软化增强剂；3)将2g的白泥纤维加入IOOmL的水中，搅拌使白泥纤维分散，然后加入5g的无机纤维软化增强剂，充分搅拌均匀，再依次加入5mL质量浓度为0.6%的阳离子聚丙烯酰胺溶液、6mL质量浓度为0.8%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀，并反应30min，抽滤，得到的滤饼即为改性白泥纤维。实施例2:I)按照1:8的质量比将聚乙烯醇与水混合，并搅拌加热至90°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在90°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1:100，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的5% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.7的质量比混合，然后在110°c下反应30min，调节pH=8，得到无机纤维软化增强剂；3)将2g的白泥纤维加入150mL的水中，搅拌使白泥纤维分散，然后加入7g的无机纤维软化增强剂，充分搅拌均匀，再依次加入7mL质量浓度为0.5%的阳离子聚丙烯酰胺溶液，4mL质量浓度为0.7%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀，并反应40min，抽滤，得到的滤饼即为改性白泥纤维。实施例3:I)按照1:11的质量比将聚乙烯醇与水混合，并搅拌加热至80°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在80°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1:200，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的7% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.6的质量比混合，然后在100°c下反应30min，调节pH=9，得到无机纤维软化增强剂；3)将2g的白泥纤维加入200mL的水中，搅拌使白泥纤维分散，然后加入IOg的无机纤维软化增强剂，充分搅拌均匀，再依次加入3mL质量浓度为1%的阳离子聚丙烯酰胺溶液和IOmL质量浓度为0.5%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀，并反应50min，抽滤，得到的滤饼即为改性白泥纤维。实施例4:I)按照1:10的质量比将聚乙烯醇与水混合，并搅拌加热至87°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在87°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1: 100，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的7% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.8的质量比混合，然后在105°C下反应30min，调节pH=7，得到无机纤维软化增强剂；3)将2g的白泥纤维加入125mL的水中，搅拌使白泥纤维分散，然后加入6g的无机纤维软化增强剂，充分搅拌 均匀，再依次加入6mL质量浓度为0.8%的阳离子聚丙烯酰胺溶液、5mL质量浓度为0.9%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀，并反应60min，抽滤，得到的滤饼即为改性白泥纤维。实施例5:I)按1:12的质量比将聚乙烯醇与水混合，并搅拌加热至83°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在83°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1:130，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的3% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.5的质量比混合，然后在95°C下反应30min，调节pH=9，得到无机纤维软化增强剂；3)将2g的白泥纤维加入175mL的水中，搅拌使白泥纤维分散，然后加入8g的无机纤维软化增强剂，充分搅拌均匀，再依次加入4mL质量浓度为0.9%的阳离子聚丙烯酰胺溶液和3mL质量浓度为1%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀，并反应30min，抽滤，得到的滤饼即为改性白泥纤维。实施例6:I)按1:10的质量比将聚乙烯醇与水混合，并搅拌加热至87°C下使聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在87°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1:100，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的6% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.3的质量比混合，然后在105°C下反应30min，调节pH=7，得到无机纤维软化增强剂；3)将2g的粉煤灰纤维加入115mL的水中，搅拌使粉煤灰纤维分散，然后加入6g的无机纤维软化增强剂，充分搅拌均匀，再依次加入6mL质量浓度为0.8%的阳离子聚丙烯酰胺溶液、5mL质量浓度为0.9%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀，并反应60min，抽滤，得到的滤饼即为改性粉煤灰纤维。实施例7:
I)按1:12的质量比将聚乙烯醇与水混合，并搅拌加热至83°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在83°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1:130，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的3% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.5的质量比混合，然后在95°C下反应30min，调节pH=9，得到无机纤维软化增强剂；3)将2g的玄武岩纤维加入185mL的水中，搅拌使玄武岩纤维分散，然后加入8g的无机纤维软化增强剂，充分搅拌均匀，再依次加入4mL质量浓度为0.9%的阳离子聚丙烯酰胺溶液和3mL质量浓度为1%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀，并反应30min，抽滤，得到的滤饼即为改性玄武岩纤维。实施例8:I)按1:8的质量比将聚乙烯醇与水混合，并搅拌加热至90°C直到聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在90°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1:100，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的5% ；2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:0.7的质量比混合，然后在110°c下反应30min，调节pH=8，得到无机纤维软化增强剂；3)将2g的煤矸石纤维加入160mL的水中，搅拌使煤矸石纤维分散，然后加入7g的无机纤维软化增强剂，充分搅拌均匀，再依次加入7mL质量浓度为0.5%的阳离子聚丙烯酰胺溶液，4mL质量浓度为0.7%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀，并反应40min，抽滤，得到的滤饼即为改性煤矸石纤维。本发明的无机纤维优选为白泥纤维，白泥纤维属于无机纤维的一种，它是制浆造纸厂在碱回收过程中产生的大量苛化白泥经过重熔、纤维化而制成的以无机矿物为基本成分的无机质纤维，其具有无机纤维的脆性，故需要对白泥纤维进行软化处理，以增强纤维及其网络结合物的强度。下面将本发明制备的改性白泥纤维添加到纸浆纤维中进行抄纸实验，测试改性白泥纤维对纸张性能的影响。抄纸实验:在不加任何助剂的条件下，将改性白泥纤维与纸浆纤维混合，在400r.rniiT1的条件下搅拌lmin，然后在纸样抄取器上进行抄片，得到的湿纸页经压榨并干燥lOmin，抄造的纸页经48h吸水平衡后，按国家标准方法测试各种物理性能(实验结果如表2所示)，本实验中的纤维添加量是以改性白泥纤维的质量占总纤维质量的百分比来表示的，总纤维质量是指改性白泥纤维和纸浆纤维的总质量。另外，将改性白泥纤维的抄纸实验条件中的改性白泥纤维替换成未改性白泥纤维，即得到未改性白泥纤维的抄纸实验条件(实验结果如表I所示)，且纤维添加量是以未改性白泥纤维的质量占总纤维质量的百分比来表示的，总纤维质量是指未改性白泥纤维和纸浆纤维的总质量。 表I不同未改性白泥纤维添加量对纸张性能的影响
权利要求
1.一种无机纤维的改性方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)按照1:(8-12)的质量比将聚乙烯醇与水在80-90°C下搅拌至聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇水溶液，然后向聚乙烯醇水溶液中加入氢氧化钠和质量浓度为30%的双氧水，在80-90°C下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；其中，所加入的双氧水与聚乙烯醇水溶液的质量比为1:(100-200)，所加入的氢氧化钠的质量是双氧水质量的3%-7% ； 2)将处理后的聚乙烯醇与Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:(0.3-0.8)的质量比混合，然后在90-110°C下反应，使Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷接枝到处理后的聚乙烯醇上，再调节pH值=7 9，得到无机纤维软化增强剂； 3)将无机纤维加入水中，搅拌使无机纤维分散，然后加入无机纤维软化增强剂，反应30min-60min，抽滤，得到的滤饼即为改性无机纤维；其中，所加入的无机纤维软化增强剂与无机纤维的质量比为2: (5-10)。
2.根据权利要求1所述的无机纤维的改性方法，其特征在于:所述的步骤I)中搅拌时间为30min。
3.根据权利要 求1所述的无机纤维的改性方法，其特征在于:所述的步骤2)反应时间为 30min。
4.根据权利要求1所述的无机纤维的改性方法，其特征在于:所述的步骤3)在反应30min-60min前还要加入质量浓度为0.5%_1%的阳离子聚丙烯酰胺溶液和质量浓度为0.5%-1%的十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌均匀；其中，所加入的阳离子聚丙烯酰胺溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液的体积比为(3-10): (3-10)，且每加入5-10g的无机纤维软化增强剂需要加入3-10mL的阳离子聚丙烯酰胺溶液。
5.根据权利要求1所述的无机纤维的改性方法，其特征在于:所述的步骤3)中的无机纤维为白泥纤维、粉煤灰纤维、玄武岩纤维或煤矸石纤维。
6.根据权利要求1所述的无机纤维的改性方法，其特征在于:所述的步骤3)中每100-200mL水加入2g的无机纤维。
全文摘要
本发明提供了一种无机纤维的改性方法，将聚乙烯醇与水在80-90℃下搅拌至聚乙烯醇完全溶解，然后加入氢氧化钠，再加入双氧水，在80-90℃下反应4h，得到处理后的聚乙烯醇；将处理后的聚乙烯醇与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷混合，碱性条件下在90-110℃反应，使γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷接枝到处理后的聚乙烯醇上，然后调节pH值=7～9，得到无机纤维软化增强剂；将无机纤维加入水中搅拌分散，然后加入无机纤维软化增强剂搅拌均匀，待体系反应后，抽滤得到改性的无机纤维。采用本发明能够提高无机纤维柔软性和强度，且经过本发明处理的无机纤维在用于造纸时能够提高纸张性能。
文档编号D21H17/36GK103215844SQ20131012820
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者苏秀霞, 毛敏, 张海宁, 张丹, 王楠, 郭明媛, 董伟, 曹鹏妮, 张云, 周丽 申请人:陕西科技大学