专利名称：一种粉煤灰纤维造纸用聚丙烯酸酰胺化改性剂的制备及应用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于造纸的粉煤灰纤维与木纤维混溶改性剂的制备及其应用方法。
背景技术：
木浆纤维表面含有大量的羟基和少量羧基，这些羟基可以使纤维在水中分散得较 好，纤维之间也可以通过羟基间的氢键力而结合。粉煤灰纤维是白色或浅黄色的絮状物，以 粉煤灰为原料，经高温熔化、喷丝、冷却等工序制成的一种新型的无机纤维。其主要成分为 Si02、Al203、Ca0、Fe203。粉煤灰纤维表面比较光滑，羟基含量远远小于木浆纤维。这直接导 致粉煤灰纤维自身间及与木浆纤维间的结合力差，影响到粉煤灰纤维在造纸方面的应用。 所以提高粉煤灰纤维和木浆纤维之间的结合成为研究的重点。中国专利CN101654891A公开了一种丙烯酰胺类高效造纸分散剂的生产新工艺， 将纯水、碳酸钠、碳酸氢钠、表面活性剂、功能单体、功能助剂进行调制。将所得调制液聚合 得凝胶产物。最后产物经造粒、干燥、研磨、分级包装，得所需造纸纤维分散剂。该发明适用 于与造纸纤维分散。所得分散剂具有分散效果好、分子量高、水溶性好、无毒高效、造价低廉 等优点。中国专利CN101666056A公开了一种粉煤灰矿纤纸浆及其制备工艺。其具体工艺 为将矿渣、硅石和焦炭按要求混合造粒，焦料比确定为0. 12-0. 23之间，将上述混合物高 温熔化，其熔体经离心机甩丝形成矿纤维，然后矿纤维分散软化、除渣、浓缩、抄浆脱水后得 到粉煤灰矿纤纸浆。此工艺制备的矿纤浆可适用于造纸，从而替代或部分替代造纸木浆，节 省原木损耗，保护森林资源，比有机植物纤维造纸降低20%成本，且制作工艺简单、制作过 程环保。中国专利CN1580391A公开了一种粉煤灰纤维纸浆及其为原料的造纸方。其技术 方案为将软化剂1 10 %、分散剂1 8 %、表面改性剂1 10 %、粉煤灰纤维20 80 %、 有机纤维、水调配成粉煤灰纸浆。所得纸张物理性能达到植物纤维纸张的同等性能，在耐水 性、耐防腐蚀和防火性方面优于植物纤维纸张。此发明可降低造纸成本，赋予工业废物以功 能化利用，取代木浆，节省原木耗费，对保护森林资源意义显著。以上所述的发明对于粉煤灰纤维造纸有一定帮助，但却不能根本改善粉煤灰纤维 和木浆纤维的结合能力。本发明目的是从本源上解决两者的结合能力，通过添加一种改性 剂来增加粉煤灰纤维和木纤维的结合能力。本发明解决此问题的创新方法为合成一种以 水溶性聚合物聚丙烯酸为骨架、在其链上引入正离子或阳离子基团的改性剂。粉煤灰纤维 表面带负电，改性剂所带的正电荷可以通过静电力和粉煤灰纤维结合，所带的负电荷可使 改性剂分子链伸展，从而在纤维表面均勻附着，所合成的改性剂又带有部分酰胺键，此部分 可通过氢键作用力和木纤维上大量的羟基结合。且所合成的改性剂可以通过改变化学条件 得到阴阳离子配比不同的改性剂，可以测试各种作用力对结合作用的程度影响的大小对其
3阴阳离子配比进行调整，得到最佳的电荷比例。
发明内容
—种粉煤灰纤维造纸用聚丙烯酸酰胺化改性剂的制备及应用方法，其特征在于 先在水相中将丙烯酸聚合成聚丙烯酸，再将N，N- 二甲基-1，3-丙二胺加入到聚丙烯酸水溶 液中进行酰胺化，将所得酰胺化产物升温至50 80°C，加入溴代正丁烷进行季铵化，得到 聚丙烯酸酰胺化改性剂。然后，将粉煤灰纤维分散在水中，加入聚丙烯酸酰胺化改性剂，搅 拌10 15分钟，添加木纤维浆料，混合均勻后，在纸页成型机上造纸，得到含粉煤灰纤维的 纸张。所述的丙烯酸聚合方法是先在反应釜中加入水、亚硫酸氢钠、过硫酸铵总重量 15%的过硫酸铵、丙烯酸总重量15%的丙烯酸，亚硫酸氢钠的加入量为丙烯酸绝干重量的 2 % 8 %，将反应釜升温至70 V，然后剩余85 %丙烯酸配成水溶液和85 %过硫酸铵配成水 溶液同时滴加到反应釜中。过硫酸铵的总加入量为丙烯酸绝干重量的 4%，滴加时间 为2 3小时。滴加完毕后，升温至90 92°C，保温3小时，冷却至40°C以下。所述的N，N- 二甲基-1，3-丙二胺的加入量为丙烯酸与N，N- 二甲基-1，3_丙二 胺的摩尔比值为1 1 3 1。所述的溴代正丁烷的加入量为溴代正丁烷与丙烯酸的摩尔比值为1 1。所述的在粉煤灰纤维水相中加入聚丙烯酸酰胺化改性剂，其加入量为以绝干重 量计聚丙烯酸酰胺化改性剂为粉煤灰纤维的1 10%。所述的粉煤灰纤维与木纤维，以干浆重量计粉煤灰纤维木浆纤维为1 2。
具体实施例方式实施例1在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入80g水、3g丙烯酸、0. 4g亚硫酸氢钠、 0. 03g的过硫酸铵，开启搅拌使其充分溶解，加热反应釜至温度升至70°C，再将17g丙烯酸 配成50%的水溶液、0. 17g过硫酸铵配成5%的水溶液，同时滴入反应釜中。滴加时间为2 小时，然后升温至90°C，保温3小时，冷却至40°C，得到120. 8g聚丙烯酸水溶液。再往聚丙 烯酸水溶液中加入N，N- 二甲基-1，3-丙二胺56g进行酰胺化，升温至50°C，然后加入溴代 正丁烷38g，得聚丙烯酸酰胺改性剂214. 8g。将9g粉煤灰纤维分散在3000ml水中，浸泡20分钟，加入0. 09g聚丙烯酸酰胺化 改性剂，搅拌10分钟，再加入18g木浆纤维，搅拌5分钟，停止搅拌，然后在纸页成型机上造 纸，得到含粉煤灰纤维的纸张。实施例2在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入80g水、3g丙烯酸、0. 8g亚硫酸氢钠、 0. 06g的过硫酸铵，开启搅拌使其充分溶解，加热反应釜至温度升至70°C，再将17g丙烯酸 配成50%的水溶液、0. 34g过硫酸铵配成10%的水溶液，同时滴入反应釜中。滴加时间为2 小时，然后升温至90°C，保温3小时，冷却至40°C，得到212. 2g聚丙烯酸水溶液。再往聚丙 烯酸水溶液中加入N，N- 二甲基-1，3-丙二胺85g进行酰胺化，升温至80°C，然后加入溴代 正丁烷38g，得聚丙烯酸酰胺改性剂244. 2g。
将9g粉煤灰纤维分散在3000ml水中，浸泡20分钟，加入0. 9g聚丙烯酸酰胺化改 性剂，搅拌15分钟，再加入18g木浆纤维，搅拌5分钟，停止搅拌，然后在纸页成型机上造 纸，得到含粉煤灰纤维的纸张。实施例3在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入80g水、3g丙烯酸、1. 2g亚硫酸氢钠、 0. 09g的过硫酸铵，开启搅拌使其充分溶解，加热反应釜至温度升至70°C，再将17g丙烯酸 配成50%的水溶液、0. 51g过硫酸铵配成10%的水溶液，同时滴入反应釜中。滴加时间为2 小时，然后升温至90°C，保温3小时，冷却至40°C，得到123. 3g聚丙烯酸水溶液。再往聚丙 烯酸水溶液中加入N，N- 二甲基-1，3-丙二胺28g进行酰胺化，升温至70°C，然后加入溴代 正丁烷38g，得聚丙烯酸酰胺改性剂189. 3g。
将9g粉煤灰纤维分散在3000ml水中，浸泡20分钟，加入0. 15g聚丙烯酸酰胺化 改性剂，搅拌12分钟，再加入18g木浆纤维，搅拌5分钟，停止搅拌，然后在纸页成型机上造 纸，得到含粉煤灰纤维的纸张。实施例4在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入80g水、3g丙烯酸、1. 6g亚硫酸氢钠、 0. 12g的过硫酸铵，开启搅拌使其充分溶解，加热反应釜至温度升至70°C，再将17g丙烯酸 配成50%的水溶液、0. 60g过硫酸铵配成10%的水溶液，同时滴入反应釜中。滴加时间为2 小时，然后升温至90°C，保温3小时，冷却40°C，得到124. 7g聚丙烯酸水溶液。再往聚丙烯 酸水溶液中加入N，N- 二甲基-1，3-丙二胺70g进行酰胺化，升温至60°C，然后加入溴代正 丁烷38g，得聚丙烯酸酰胺改性剂232. 7g。将9g粉煤灰纤维分散在3000ml水中，浸泡20分钟，加入0. 6g聚丙烯酸酰胺化改 性剂，搅拌14分钟，再加入18g木浆纤维，搅拌5分钟，停止搅拌，然后在纸页成型机上造 纸，得到含粉煤灰纤维的纸张。实施例5在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入80g水、3g丙烯酸、0. Sg亚硫酸氢钠、 0. 06g的过硫酸铵，开启搅拌使其充分溶解，加热反应釜至温度升至70°C，再将17g丙烯酸 配成50%的水溶液、0. 34g过硫酸铵配成10%的水溶液，同时滴入反应釜中。滴加时间为2 小时，然后升温至90°C，保温3小时，冷却40°C，得到121. 2g聚丙烯酸水溶液。再往聚丙烯 酸水溶液中加入N，N- 二甲基-1，3-丙二胺42g进行酰胺化，升温至75°C，然后加入溴代正 丁烷38g，得聚丙烯酸酰胺改性剂201. 2g。将9g粉煤灰纤维分散在3000ml水中，浸泡20分钟，加入0. 35g聚丙烯酸酰胺化 改性剂，搅拌15分钟，再加入18g木浆纤维，搅拌5分钟，停止搅拌，然后在纸页成型机上造 纸，得到含粉煤灰纤维的纸张。
权利要求
一种粉煤灰纤维造纸用聚丙烯酸酰胺化改性剂的制备及应用方法，其特征在于先在水相中将丙烯酸聚合成为聚丙烯酸，再将N，N-二甲基-1，3-丙二胺加入到聚丙烯酸水溶液中进行酰胺化；将所得酰胺化产物升温至50～80℃，加入溴代正丁烷进行季铵化，得到聚丙烯酸酰胺化改性剂。然后，将粉煤灰纤维分散在水中，加入聚丙烯酸酰胺化改性剂，搅拌10～15分钟，添加木纤维浆料，混合均匀后，在纸页成型机上造纸，得到含粉煤灰纤维的纸张。
2.权利要求1所述的N，N-二甲基-1，3-丙二胺的加入量为丙烯酸与N，N-二甲基-1， 3_丙二胺的摩尔比值为1 1 3 1。
3.权利要求1所述的溴代正丁烷的加入量为溴代正丁烷与丙烯酸的摩尔比值为1 Io
4.权利要求1所述的在粉煤灰纤维水相中加入聚丙烯酸酰胺化改性剂，其加入量为 以绝干重量计聚丙烯酸酰胺化改性剂为粉煤灰纤维的1 10%。
5.权利要求1所述的粉煤灰纤维与木纤维，以干浆重量计粉煤灰纤维木浆纤维为 1 2。
全文摘要
一种粉煤灰纤维造纸用聚丙烯酸酰胺化改性剂的制备及应用方法，其特征在于先在水相中将丙烯酸聚合成为聚丙烯酸，再将N，N-二甲基-1，3-丙二胺加入到聚丙烯酸水溶液中进行酰胺化；将所得酰胺化产物升温至50～80℃，加入溴代正丁烷进行季铵化，得到聚丙烯酸酰胺化改性剂。然后，将粉煤灰纤维分散在水中，加入聚丙烯酸酰胺化改性剂，搅拌10～15分钟，添加木纤维浆料，混合均匀后，在纸页成型机上造纸，得到含粉煤灰纤维的纸张。上述方法所制备的聚丙烯酸酰胺化改性剂可增强粉煤灰纤维和木浆纤维之间的结合力，从而提高含有粉煤灰纤维纸张的强度。
文档编号C08F8/32GK101870748SQ20101020275
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者朱瑞睿, 王彦华, 陈建定 申请人:华东理工大学