一种造纸用无机纤维柔性化的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及造纸技术领域，特别涉及一种造纸用无机纤维柔性化的方法。
【背景技术】
[0002] 石头纸是一种介于纸张和塑料之间的新型材料，既可替代传统的部分功能性纸 张、专业性纸张，又能替代传统的大部分塑料包装物。且具有成本低、可控性降解的特点，能 够为使用者节省大量的成本，且不会产生污染。从替代传统部分纸张角度看，它能为社会节 省大量的林木资源，又能减少造纸过程中产生的二次污染。无机纤维造纸成为今后造纸领 域发展的主流技术。但矿物纤维脆性大、刚性大、易断裂，缺少柔性，造成了目前抄纸困难。 因而在造纸环节中，还需要对其进行深入的处理。
[0003] 目前，对矿物纤维用于造纸的研究主要是解决细纤维化、分散性、柔性化、粘接性 等物理特性。特别是柔性化是主要技术难点，也是关键点。目前，主要是通过无机纤维与纸 张软化剂、聚乙烯醇、阳离子淀粉、硅油、聚丙烯酰胺、高分子聚合物等复合来改善无机纤维 的柔性。
[0004] 中国专利公开号102086610A公开了一种粉煤灰纤维应用于造纸过程中的增强改 性方法：粉煤灰纤维表面带有一定的羟基和负氧基团，采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷处 理粉煤灰纤维形成硅氧键而结合在纤维表面，加入羧基化聚乙烯醇与γ -氨丙基三乙氧基 硅烷的氨基形成化学键。在聚乙烯醇的分子链上接上羧基基团，一方面能改善聚乙烯醇的 亲水能力，另一方面羧基基团能与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基基团形成化学键，提高 聚乙烯醇的留着率，使在粉煤灰纤维表面带有了大量的羟基，提高纤维之间的结合能力，从 而增强了粉煤灰纤维成纸纸张的抗张强度。但是该方法中，所使用的无机纤维必须是表面 带有一定的羟基或者负氧基团，且表面这些官能团越多的无机纤维通过此种方法改性效果 越好。而常用的无机纤维表面一般较为光滑，没有羟基等官能团，所以此方法的适用型局 限。且当所制纸张遇到横向剪切力作用时，无机纤维与聚乙烯醇的界面就存在缺陷，形成裂 纹扩展通道，纸张抗剪切能力差。
[0005] 中国专利公开号104626438Α提出一种纤维石头纸的制备方法: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γ-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，此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。此方法是通过对有机聚乙烯醇做接枝处理，使 大分子上具有硅烷水解物，与无机材料表面形成化学键。这种方法的关键在于大分子的接 枝硅烷水解物的效率，然而接枝效率有限，所以获得的纸张性能仍需要进一步提高。
[0006] 根据上述描述，在无机纤维表面改性工艺中有需要开发出增加无机纤维与高分子 聚合物之间结合力的工艺，提高无机纤维的柔韧性，进一步提高提高纸张柔性。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述的不足和缺陷，本发明提供一种造纸用无机纤维柔性化的方法，通 过聚四氟乙烯乳液改性处理后的SiO2纳米颗粒涂敷在无机纤维表面，使得纤维表面粗糙度 增加，并且本发明向无机纤维中还加入阳离子抗静电剂，因此SiO 2表面带有正电荷，而带有 正电荷的SiO2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，有效地增加矿物纤维与石头纸中有机树脂基体之间的接触面积，进而制备 出具有抗拉性和抗剪切性的石头纸。
[0008] 本发明提供一种造纸用无机纤维柔性化的方法，其特征在于，包括如下步骤： A、 筛选矿物纤维粉体 将矿物纤维与水混合，然后采用电动搅拌器搅拌至均匀分散于水中配置成浆料，所述 浆料浓度在1%以下，用140-200目的分级筛将所述矿物纤维从所述浆料中筛出，重复4-5次， 将筛选后的矿物纤维置于水中，电动搅拌器搅拌分散均匀，滤干备用； B、 矿物纤维的改性 a、 将纳米SiO2粒子0.5-1.0重量份，润滑剂0.1-0.5重量份，阳离子抗静电剂0.5-0.8重 量份，聚四氟乙烯乳液0.5-1.0质量份与水3-5重量份混合，采用电动搅拌器搅拌0.5-lh后 制成浆料备用； b、 将10-15重量份所述浆料2加入75-90重量份的滤干矿物纤维中，并用电动搅拌器搅 拌浆料1-2h进行预处理后，用140-200目的分级筛过滤，获得预处理后的矿物纤维，将预处 理过的矿物纤维置于85~90°C，干燥12h后获得纳米SiO 2粒子改性的矿物纤维粉体。
[0009] 优选的，所述矿物纤维为平均粒径为10-20μπι的海泡石纤维、硅石灰纤维、蛭石纤 维、玻璃纤维、石膏纤维、水镁石纤维中的至少一种。
[0010] 优选的，步骤A中将矿物纤维与水混合，然后采用电动搅拌器搅拌至均匀分散于水 中配置成浆料时，所述电动搅拌器搅拌时间为〇.5-2h，搅拌后静置时间5-20s。
[0011 ] 优选的，所述Si〇2纳米粒子的粒度为100_300nm的Si〇2粉体。
[0012] 优选的，所述润滑剂为长链脂肪族咪唑啉、脂肪酰胺醋酸盐和硬脂酸聚氧乙烯酯， 所述阳离子抗静电剂为季铵盐，所述聚四氟乙烯乳液固含量为50-60%(wt)。
[0013] 本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效 果： 1、本发明首先对无机SiO2纳米粉体进行改性，再将改性后的无机SiO2纳米粉体作为矿 物纤维的表面改性材料，由于改性后的无机SiO2纳米粉体分散性较好，表面附着聚四氟乙 烯，易与无机纤维键合，增加了集束性，经搅拌器与矿物纤维进行高速搅拌后，使得矿物纤 维表面粗糙度增加，进而能够均匀的涂覆到矿物纤维表面。
[0014] 2、进一步，由于经无机SiO2纳米粉体改性后的无机纤维表面涂覆纳米SiO2后，使得 无机纤维表面粗糙度提高，这使纤维与树脂基体在接触的时候产生锚钉效应，机械咬合力 增大，有效地增加矿物纤维与石头纸中有机树脂基体之间的结合力，改善复合材料的界面 性能，提高了无机纤维的抗断裂强度。
[0015] 3、由于本发明工艺简单，有机溶剂使用量降低，更加环保，在造纸行业应用普及上 有着广泛的市场前景。
【具体实施方式】
[0016] 通过【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范 围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识 和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
[0017] 实施例一 本实施例包括以下步骤： A、筛选矿物纤维粉体 将海泡石纤维与水混合，浆料浓度为0.08%，然后采用电动搅拌器搅拌至均匀分散于水 中配置成浆料，搅拌时间为〇.5h，搅拌后静置时间10s，接着，用140目的分级筛将海泡石纤 维从浆料中筛出，重复4次，将筛选后的矿物纤维置于水中，电动搅拌器搅拌分散均匀，滤干 待用。
[0018] B、矿物纤维的改性 a、 取粒度为IOOnm的纳米SiO2粒子0.5重量份，长链脂肪族咪唑啉0.45重量份，季铵盐 0.5重量份，聚四氟乙烯乳液0.5质量份与水3重量份混合，采用电动搅拌器搅拌0.5h后，对 纳米SiO 2粒子进行改性后，获得浆料； b、 取a步骤中制备的10重量份浆料2加入A步骤中制备的90重量份的矿物纤维中，并用 电动搅拌器搅拌Ih，搅拌速度为2000rpm，进行预处理后，用140目的分级筛过滤，获得预处 理后的矿物纤维，将预处理过的矿物纤维置于85°C，干燥12h后获得纳米SiO 2粒子改性的海 泡石纤维粉体。
[0019] 接下来，为了测试改性后的矿物纤维制备出纸张的性能，本发明中用纳米SiO2粒 子改性后的海泡石纤维粉体制备石头纸。制备过程如下： 取碳酸钙粉体70份，改性后的海泡石纤维粉体10份，聚乙烯树脂18份，助剂2份。将碳酸 钙粉体和改性后的海泡石纤维粉体倒入混合机内，搅拌Ih后加入助剂以及聚乙烯树脂，搅 拌0.5h后至完全混合均匀后，将混合物料经过密炼机密炼，设置温度为175°C，再通过单螺 杆机挤出造粒机造粒。造粒后通过吹塑、压延制备得到石头纸。
[0020] 其性能测试见表一。
[0021]实施例二 A、 筛选矿物纤维粉体 将海泡石纤维与水混合，浆料浓度为0.08%，然后采用电动搅拌器搅拌至均匀分散于水 中配置成浆料，搅拌时间为〇.5h，搅拌后静置时间10s，接着，用140目的分级筛将海泡石纤 维从浆料中筛出，重复4次，将筛选后的矿物纤维置于水中，电动搅拌器搅拌分散均匀、滤干 待用； B、 矿物纤维的改性 a、 取粒度为IOOnm的纳米SiO2粒子0.7重量份，长链脂肪族咪唑啉0.3重量份，季铵盐 0.1重量份，聚四氟乙烯乳液1.0质量份与水4重量份混合，采用电动搅拌器搅拌0.5h后，对 纳米SiO 2粒子进行改性后，获得浆料； b、 取a步骤中制备的12重量份浆料2加入A步骤中制备的88重量份的矿物纤维中，并用 电动搅拌器搅拌Ih，搅拌速度为2000rpm，进行预处理后，用140目的分级筛过滤，获得预处 理后的矿物纤维，将预处理过的矿物纤维置于