一种造纸用硅灰石纤维及其制备方法

摘要

本发明公开一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，通过稀盐酸的陈化使硅灰石纤维形成微孔缺陷，并通过膨胀使纤维形成空隙，在液态下柔韧剂预制体充分渗透进入硅灰石纤维的空隙，通过聚合或交联使渗透进入硅灰石纤维空隙的柔韧剂预制体形成柔性聚合物，从而使硅灰石纤维具备柔性。造纸专用柔性硅灰石纤维，其特征是纤维的缺陷空隙中有柔韧剂，该柔性硅灰石纤维用于抄纸的使用方法与普通植物纤维相同，适合于传统松香施胶和碱性施胶。用于热塑粘接的石头纸原料，可少用或者不用树脂，通过纤维相互交织和热塑粘接形成纤维石头纸。

权利要求

1.一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）将硅灰石纤维用过量的0.5-1mol/L 的稀盐酸进行预浸泡处理，然后滤干，使硅灰石纤维中稀盐酸的含量在5-10%，在密闭容器中陈化24 小时以上；

（2）将步骤（1）得到的陈化硅灰石纤维加入连续式螺杆膨胀机，设定温度120-220℃，通过连续式螺杆膨胀机转子的旋转形成高压气体，在出料口通过快速泄压使硅灰石纤维膨胀蓬松；

（3）将步骤（2）得到的膨胀蓬松硅灰石纤维与液状柔韧剂预制体以质量比8-12:1 混合、超声分散，使柔韧剂预制体渗透进入硅灰石纤维的空隙，然后通过滤干、聚合或交联使渗透进入硅灰石纤维空隙的柔韧剂预制体形成柔性聚合物，从而使硅灰石纤维具备柔性。

2.根据权利要求1 所述一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，其特征是：优选的造纸用硅灰石纤维用于热塑加工粘接的石头纸时，柔韧剂预制体选用热塑性高分子聚合物的预聚体、溶液、单体。

3.根据权利要求1 所述一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，其特征是：优选的造纸用硅灰石纤维用于水性条件下抄纸的纸浆原料时，柔韧剂预制体选用聚乙烯醇胶体、淀粉胶体、聚丙烯酰胺胶体。

4.根据权利要求1 所述一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，其特征是：优选的柔韧剂预制体为丙交酯。

5.根据权利要求1 所述一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，其特征是：优选的柔韧剂预制体为淀粉溶于甘油形成的胶体液。

6.根据权利要求1 所述一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，其特征是：优选的柔韧剂预制体为丁苯乳液、苯丙乳液、乙丙乳液、聚氨酯乳液中的一种。

7.根据权利要求1 所述一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，其特征是：步骤（2）所述的连续式螺杆膨胀机为单螺杆连续压缩式膨胀机，螺杆采用宽螺纹块，长径比5-8:1。

8.一种造纸用硅灰石纤维，其特征是：由上述1-7 任一项所述的造纸用硅灰石纤维的制备方法制备而得的柔性硅灰石纤维。

说明书

一种造纸用硅灰石纤维及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及造纸领域，具体涉及将天然矿物纤维柔性化，从而成为造纸原料，实现完全摆脱植物纤维造纸的限制。

背景技术

[0002] 随着现代人类文明的不断发展，纸张已不完全局限于书写文化领域使用，而逐渐成为工业、农业、商业、建筑业等领域不可缺少的材料，纸张需求量也在逐年攀升。由于传统植物纤维造纸需要消耗大量的森林资源，生产过程需要对植物纤维进行蒸煮、漂白等处理工艺，造成严重的水污染，因此传统的植物纤维造纸的发展受到了一定的制约。同时由于不同领域对纸张的需求有所不同，利用传统植物纤维抄纸已无法满足对人们对纸张性能的特殊需求。因此，利用非植物纤维造纸技术在近几年来得到了较快的发展。

[0003] 石头纸是以大量的无机矿粉（石头粉）与少量的树脂合成，制造出与木浆纸功能特性相似的纸张，实现了非植物纤维造纸。尽管石头纸使用了少量的树脂不降解，但随着石头纸技术的发展，目前第二代石头纸技术逐步减少和取消了树脂，因而，石头纸的终极发展是使用树脂逐渐减少，最后不再使用树脂。为了取消石头纸中的树脂，而确保石头纸的强度、柔性，矿物纤维成为石头纸的最佳原料。申请人的专利CN104626438A公开了一种纤维石头纸的制备方法，将矿物纤维形成糊化膏状物，通过膏状物具有良好的延展性可以实现矿物纤维造纸。

[0004] 传统植物纤维造纸采用在水性浆状条件下的抄纸技术制备纸张。其技术目前也发生了较大的变化，主要体现在用大量矿物纤维替换部分植物纤维进行造纸。中国发明专利CN103508686 A公开了一种造纸领域使用的改性矿物纤维，通过电性吸附和包覆将阴离子天然胶粘剂包覆在矿物纤维表面用于造纸。中国发明专利CN102454127B公开了一种应用于造纸的无机纤维的表面阳离子化改性方法，通过用酸性水溶液或碱性水溶液对无机纤维进行预处理，得到预处理的无机纤维，再与阳离子淀粉糊混合，得到所述的用于造纸的表面阳离子化改性的无机纤维。中国发明专利CN1242116C公开了一种造纸用改性硅灰石矿物复合纤维及用其造纸的方法，该发明将硅灰石通过改性处理，在配浆过程中加入5-50%的改性硅灰石矿物复合纤维以及50-95%的植物纤维用于造纸，可有效地降低生产成本。

[0005] 因而，无论是石头纸还是传统植物纤维造纸，都向同一个方向发展，就是希望通过矿物纤维替换植物纤维，从而避免产生水污染、破坏森林资源。但使用矿物纤维造纸脆性大，刚性强，用无机纤维抄成的纸纸张表面较粗糙，易掉粉，柔韧性差，不宜反复折叠，在抄纸时需要借助植物纤维实现纸张柔性化，因此提替代量有限；在石头纸加工时由于缺少柔性，容易受挤压、剪切而破坏纤维。

发明内容

[0006] 目前矿物纤维开始在石头纸和植物纤维造纸领域使用。随着矿物纤维在造纸中用量的逐步增大，甚至完全采用矿物纤维造纸，对矿物纤维纤维的柔韧性提出了高要求。如果将矿物纤维变为同植物纤维一样具有柔性，即可实现完全利用矿物纤维造纸。鉴于此，为了使矿物纤维同植物纤维一样具有柔韧性，本发明提供一种造纸用柔性硅灰石纤维的制备方法。该造纸专用硅灰石纤维是将柔韧剂渗透在纤维内，从而使刚性的硅灰石纤维具有柔性。进一步提供造纸用硅灰石纤维。

[0007] 本发明一种造纸用硅灰石纤维的制备方法是采用如下技术方案实现的：

[0008] 包括以下步骤：

[0009] （1）将硅灰石纤维用过量的0.5-1mol/L 的稀盐酸进行浸泡预处理，然后滤干，使硅灰石纤维中稀盐酸的含量在5-10%，在密闭容器中陈化24小时以上；

[0010] （2）将步骤（1）得到的陈化硅灰石纤维加入连续式螺杆膨胀机，设定温度120-220℃，通过连续式螺杆膨胀机转子的旋转形成高压气体，在出料口通过快速泄压使硅灰石纤维膨胀蓬松；

[0011] （3）将步骤（2）得到的膨胀蓬松硅灰石纤维与液状柔韧剂预制体以质量比8-12:1混合、超声分散，使柔韧剂预制体渗透进入硅灰石纤维的空隙，然后通过滤干、聚合或交联使渗透进入硅灰石纤维空隙的柔韧剂预制体形成柔性聚合物，从而使硅灰石纤维具备柔性。

[0012] 优选的造纸用硅灰石纤维用于热塑加工粘接的石头纸时，柔韧剂预制体选用热塑性高分子聚合物的预聚体、溶液、单体，如丙交酯、聚苯乙烯溶液、丙烯酸；

[0013] 优选的造纸用硅灰石纤维用于水性条件下抄纸的纸浆原料时，柔韧剂预制体选用亲水性高分子凝胶液如聚乙烯醇胶体、淀粉胶体、聚丙烯酰胺胶体；

[0014] 优选的柔韧剂预制体为淀粉溶于甘油形成的胶体液；

[0015] 优选的柔韧剂预制体为丁苯乳液、苯丙乳液、乙丙乳液、聚氨酯乳液中的一种。

[0016] 上述制备方法中，步骤（2）所述的连续式螺杆膨胀机为单螺杆连续压缩式膨胀机，螺杆采用宽螺纹块，长径比5-8:1，保证了快速压缩，减少剪切的影响。

[0017] 一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，通过稀盐酸的陈化使硅灰石纤维形成微孔缺陷，并通过膨胀使纤维形成空隙，在液态下柔韧剂预制体充分渗透进入硅灰石纤维的空隙，而多余的预制体可以滤干，通过聚合或交联渗透进入纤维的预制体聚合，使纤维具有柔性，不易折断，解决了目前硅灰石纤维直接包覆柔性剂易折断的缺陷。

[0018] 由上述制备方法制备的造纸用硅灰石纤维，其特征是纤维的缺陷空隙中有柔韧剂，该柔性硅灰石纤维用于抄纸的使用方法与普通植物纤维相同，无需对现有造纸设备和工艺流程进行改造，适合于传统松香施胶和碱性施胶。柔性硅灰石纤维浆料作为植物纤维纸浆替代物，制备的纸张不但具有优异的柔性，而且不掉粉，强度高。该柔性硅灰石纤维用于热塑粘接的石头纸原料，可少用或者不用树脂，通过纤维相互交织和热塑粘接形成纤维石头纸。

[0019] 一种造纸用硅灰石纤维，通过对硅灰石纤维的膨胀缺陷和柔韧剂渗透，赋予硅灰石纤维优异的柔性。与目前已有将硅灰石纤维简单包裹柔软化处理相比突出的特点和有益的效果在于：

[0020] 1、本发明一种造纸用硅灰石纤维，是通过对硅灰石纤维的膨胀缺陷和柔韧剂渗透，将柔韧剂渗入纤维内，赋予硅灰石纤维优异的柔性。推动了完全采用矿物纤维替代植物纤维造纸的发展。

[0021] 2、本发明一种造纸用硅灰石纤维，通过对硅灰石纤维柔性化处理，使得纤维分散性、粘接性提升。

[0022] 4、本发明一种造纸用硅灰石纤维的制备方法，制备工艺易控，可连续化封闭式生产，适合于大规模化生产应用。

具体实施方式

[0023] 以下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。

[0024] 实施例1

[0025] 具体包括如下步骤：

[0026] （1）将硅灰石纤维用过量的0.5-1mol/L 的稀盐酸进行浸泡10min预处理，然后滤干，使硅灰石纤维中稀盐酸的含量在5%，在密闭容器中陈化2天；

[0027] （2）将步骤（1）得到的陈化硅灰石纤维加入长径比为6:1的宽螺纹块连续式螺杆膨胀机，设定温度120℃，通过连续式螺杆膨胀机转子的旋转形成高压气体，在出料口通过快速泄压使硅灰石纤维膨胀蓬松；

[0028] （3）将步骤（2）得到的膨胀蓬松硅灰石纤维与淀粉胶体液以质量比8:1混合、超声分散，使淀粉胶体渗透进入硅灰石纤维的空隙，然后滤干,加入淀粉质量2.5%的交联剂三氯氧磷进行交联，使渗透进入硅灰石纤维空隙的柔韧剂预制体形成柔性聚合物，从而使硅灰石纤维具备柔性。

[0029] 实施例2

[0030] 具体包括如下步骤：

[0031] （1）将硅灰石纤维用过量的0.5-1mol/L 的稀盐酸进行浸泡15min预处理，然后滤干，使硅灰石纤维中稀盐酸的含量在8%，在密闭容器中陈化36小时；

[0032] （2）将步骤（1）得到的陈化硅灰石纤维加入连续式螺杆膨胀机，设定温度180℃，通过连续式螺杆膨胀机转子的旋转形成高压气体，在出料口通过快速泄压使硅灰石纤维膨胀蓬松；

[0033] （3）将步骤（2）得到的膨胀蓬松硅灰石纤维与液状柔韧剂预制体丁苯乳液以质量比9:1混合、超声分散，使柔韧剂预制体渗透进入硅灰石纤维的空隙，然后通过滤干，加入丁苯乳液质量1.5%的有机硅交联剂进行交联，使渗透进入硅灰石纤维空隙的柔韧剂预制体形成柔性聚合物，从而使硅灰石纤维具备柔性。

[0034] 实施例3

[0035] 具体包括如下步骤：

[0036] （1）将硅灰石纤维用过量的0.5-1mol/L 的稀盐酸进行浸泡30min预处理，然后滤干，使硅灰石纤维中稀盐酸的含量在10%，在密闭容器中陈化24小时以上；

[0037] （2）将步骤（1）得到的陈化硅灰石纤维加入连续式螺杆膨胀机，设定温度200℃，通过螺杆长径比8:1的连续式螺杆膨胀机转子的旋转形成高压气体，在出料口通过快速泄压使硅灰石纤维膨胀蓬松；

[0038] （3）将步骤（2）得到的膨胀蓬松硅灰石纤维与液状柔韧剂预制体丙交酯以质量比10:1混合、超声分散，使柔韧剂预制体渗透进入硅灰石纤维的空隙，然后通过滤干，以乙二醇为引发剂、辛酸亚锡为催化剂，使丙交酯预聚体聚合使渗透进入硅灰石纤维空隙的丙交酯预聚体聚合形成柔性聚合物，从而使硅灰石纤维具备柔性。

[0039] 实施例4

[0040] 具体包括以下步骤：

[0041] （1）将硅灰石纤维用过量的0.5-1mol/L 的稀盐酸进行浸泡25min预处理，然后滤干，使硅灰石纤维中稀盐酸的含量在5%，在密闭容器中陈化3天；

[0042] （2）将步骤（1）得到的陈化硅灰石纤维加入连续式螺杆膨胀机，设定温度220℃，通过连续式螺杆膨胀机转子的旋转形成高压气体，在出料口通过快速泄压使硅灰石纤维膨胀蓬松；

[0043] （3）将步骤（2）得到的膨胀蓬松硅灰石纤维与液状柔韧剂预制体聚丙烯酰胺胶体以质量比12:1混合、超声分散，使柔韧剂预制体渗透进入硅灰石纤维的空隙，然后通过滤干，加入铝盐发生交联使渗透进入硅灰石纤维空隙的柔韧剂预制体形成柔性聚合物，从而使硅灰石纤维具备柔性。