一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法

摘要

本发明属于无机纤维造纸领域，特别涉及一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法。其特征是将水镁石纤维分散处理后加入阴离子表面活性剂进行表面活性处理，使水镁石纤维表面呈现负电性，以表面改性后的水镁石纤维为芯，在引发剂的作用下将聚氨酯乳液和柔性阳离子活化剂聚合在改性水镁石纤维的表面，使水镁石纤维表面包覆一层均匀的柔性聚合体，增强水镁石纤维的柔韧性，同时增加水镁石纤维表面的活性基团，提高水镁石纤维和植物纤维的结合力。本发明制备的水镁石纤维柔韧性强，成纸表面光滑、柔韧性好、强度高，大幅度提高了水镁石纤维用于造纸的添加量。

权利要求

1.一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，其特征在于通过柔性聚合物增强水镁石纤维，包括以下步骤：（1）将60 80重量份的水镁石纤维按固液比为1:60配成浆料，按质量比为1:0.05 0.15~ ~的比例加入阴离子表面活性剂，在高速搅拌机中以1000r/min 1200r/min的速度搅拌15~ ~

30min，得到改性水镁石纤维分散液；

（2）向10 20重量份的聚氨酯预聚体中加入0.5 1重量份的罗望子多糖胶，设定搅拌速~ ~率为1000r/min 1500r/min，搅拌时间为20min 40min，向乳液中滴加水使体系变得透明时~ ~停止滴加，此时体系形成聚氨酯预聚体微乳液；

（3）将步骤（2）所得聚氨酯预聚体微乳液缓慢加入至步骤（1）所得的改性水镁石纤维分散液中，加入10 15重量份的阳离子活性剂和1 5重量份的引发剂进行强力搅拌，搅拌转速~ ~设定为800r/min 1200r/min，温度为60℃ 80℃，反应时间为40min 80min，聚氨酯与阳离子~ ~ ~活性剂在改性水镁石纤维周围发生聚合反应，包裹水镁石纤维；

（4）将步骤（3）所得水镁石纤维采用离心过滤，再进行干燥，得到高柔韧性的水镁石纤维微粉末。

2. 根据权利要求 1所述的一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，其特征在于步骤（1）中所述的水镁石纤维为提纯处理后的水镁石纤维精矿，其品级为10 70的纤维；所述的~阴离子表面活性剂为二异辛基琥珀硫酸盐、烷基苯基磺酸盐、磺基琥珀酸酯、脂肪酸羟基乙烷磺酸盐、脂肪醇醚硫酸盐、聚乙二醇脂肪酸酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，其特征在于步骤（3）中所述的阳离子活性剂为海藻酸钠、阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、阳离子水溶性环氧树脂、聚2-乙烯咪唑啉中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，其特征在于步骤（3）中所述的引发剂为过硫酸盐、水溶性偶氮引发剂中的任意一种。

说明书

一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法

技术领域

[0001] 本发明属于无机纤维造纸领域，特别涉及一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法。

背景技术

[0002] 纸及其纸制品是人们日常生活中不可或缺的必需品，造纸工业在全球经济和文明中扮演着重要角色，产值占世界工业总产值的2.5%。木材是造纸工业的主要原料，占造纸原料的93%以上，随着造纸业的迅猛发展，导致大规模地砍伐森林，使全世界森林面积锐减，荒漠化加剧，同时还带来严重的污染环境，影响人类健康。目前国内造纸生产总量的增加和造纸原料的短缺，迫使我们积极寻找廉价的纸浆纤维的替代品。矿物纤维不同于植物纤维，制备过程不会造成环境污染，也不同于传统填料碳酸钙、滑石粉，它是介于植物短纤维与传统填料之间的一种新型造纸材料，因此，将矿物纤维用于造纸工业，可节约大量的植物纤维，这对降低造纸成本、保护森林和生态环境、减少造纸污染有重要的意义。

[0003] 水镁石纤维是水镁石矿物的纤维状变体，主要化学成分是Mg(OH) 2，其纤维洁白、易解束，层间由弱氢氧键相连，易与水分子形成氢键，能在水悬浮液中很好地分散，具有优良的力学性能、抗碱性能及环境安全性，能够与植物纤维产生交织作用，构成植物纤维与矿[0004] 物复合纤维的网状结构，可以作为填料替代部分植物纤维进行抄纸，降低生产成本，减少环境污染。虽然水镁石纤维能够与植物纤维结合，但由于纤维脆性大，刚性强，纤维短，在制浆过程中较易断裂为小段纤维，且纤维表面几乎没有能与植物纤维表面产生相互作用的基团，结合力远不如植物纤维之间结合力强，随着添加量的增加会导致纸张强度大幅度下降。

[0005] 因此，在造纸过程中需要对水镁石纤维进行改性处理，提高水镁石纤维与植物纤维的相容性，减轻其对纸张抄造过程及成纸性能产生的不利影响，目前关于水镁石纤维改性处理的研究较少，少数采用常规的表面活性剂或偶联剂表面包覆改性，如中国专利公开号CN104817797A公开了一种改性水镁石的石头纸复合材料及其制备方法，所述复合材料由改性水镁石粉末、聚乙烯树脂或聚乙烯醇或水溶性树脂 VAE 乳液、助剂、抗氧化剂和防腐剂组合而成，所述的改性水镁石为非离子（异辛基酚聚氧乙烯醚）改性水镁石粉、阴离子（硬脂酸、硬脂酸钠）改性水镁石粉、偶联剂（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）改性水镁石粉中的一种。

[0006] 综上所述，通过表面活性剂或偶联剂包覆改性可以提高水镁石纤维在抄纸过程中的留着率，一定程度上改善了水镁石纤维与植物纤维的相容性，但仍未解决水镁石纤维脆性大， 刚性强、易断裂的问题，因此随着添加量的增加会对成纸性能特别是强度指标产生一定程度的不利影响维，同时由于水镁石纤维表面的活性基团很少，与改性剂的结合有限，降低了改性剂的利用率。

发明内容

[0007] 本发明针对上述问题，提出一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法。该方法是将水镁石纤维分散处理后加入阴离子表面活性剂进行表面活性处理，使水镁石纤维表面呈现负电性，以表面改性后的水镁石纤维为核芯，在引发剂的作用下将聚氨酯乳液和柔性阳离子活化剂聚合在改性水镁石纤维的表面，使水镁石纤维表面包覆一层均匀的柔性聚合体，增强水镁石纤维的柔韧性，避免造纸过程中机械力对水镁石纤维结构的破坏；同时增加水镁石纤维表面的活性基团，提高水镁石纤维和植物纤维的结合力。本发性水镁石纤维具有较高的柔韧性和分散性，用于造纸时能明显提高纸张的柔软度，提高水镁石纤维在造纸过程中的添加量。

[0008] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 ：

[0009] 一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，其特征在于通过柔性聚合物增强水镁石纤维，包括以下步骤：

[0010] （1）将60 80重量份的水镁石纤维按固液比为1:60配成浆料，按质量比为1:0.05~ ~0.15的比例加入阴离子表面活性剂，在高速搅拌机中以1000r/min 1200r/min的速度搅拌~
15 30min，得到改性水镁石纤维分散液；
~

[0011] （2）向10 20重量份的聚氨酯预聚体中加入0.5 1重量份的罗望子多糖胶，设定搅~ ~拌速率为1000r/min 1500r/min，搅拌时间为20min 40min，向乳液中滴加水使体系变得透~ ~
明时停止滴加，此时体系形成聚氨酯预聚体微乳液；

[0012] （3）将步骤（2）所得聚氨酯预聚体微乳液缓慢加入至步骤（1）所得的改性水镁石纤维分散液中，加入10 15重量份的阳离子活性剂和1 5重量份的引发剂进行强力搅拌，搅拌~ ~转速设定为800r/min 1200r/min，温度为60℃ 80℃，反应时间为40min 80min，聚氨酯与阳~ ~ ~
离子活性剂在改性水镁石纤维周围发生聚合反应，包裹水镁石纤维；

[0013] （4）将步骤（3）中所得水镁石纤维采用离心过滤，再进行干燥，得到高柔韧性的水镁石纤维微粉末。

[0014] 上述步骤（1）中所述的水镁石纤维为提纯处理后的水镁石纤维精矿，其品级为10~70的纤维；所述的阴离子表面活性剂为二异辛基琥珀硫酸盐、烷基苯基磺酸盐、磺基琥珀酸酯、脂肪酸羟基乙烷磺酸盐、脂肪醇醚硫酸盐、聚乙二醇脂肪酸酯中的至少一种。

[0015] 上述步骤（3）中所述的阳离子活性剂为海藻酸钠、阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、阳离子水溶性环氧树脂、聚2-乙烯咪唑啉中的至少一种，通过阳离子活性剂对改性水镁石纤维进行表面包覆，使水镁石纤维表面带有一定量的正电荷，易与带负电荷的植物纤维发生电中和反应，使水镁石纤维与植物纤维能够紧密结合。

[0016] 上述步骤（3）中所述的引发剂为为过硫酸盐、水溶性偶氮引发剂中的任意一种；其中所述的过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸钾；所述的水溶性偶氮引发剂包括偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丁咪唑啉中的任意一种。

[0017] 本发明一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，将水镁石纤维进行机械分散得到水镁石单纤维，提高水镁石纤维的分散性，利用阴离子表面活性剂对水镁石单纤维进行表面改性，使纤维表面带有一定的负电荷，易于带有正电荷的阳离子活性剂进行反应，以阴离子表面改性的水镁石纤维为核芯，聚氨酯乳液和柔性阳离子活性剂为囊层，在引发剂的作用下使聚氨酯乳液和柔性阳离子活性剂聚合在水镁石纤维的表面。利用本发明改性方法得到的水镁石纤维，纤维表面包覆一层带正电荷的柔性聚合物，使水镁石纤维具有较高的柔韧性，解决水镁石纤维脆性大、刚性强、易断裂的问题，避免造纸过程中机械力对水镁石纤维结构的破坏；同时水镁石纤维表面包覆的柔性聚合物带有一定的正电荷，易与带负电荷的植物纤维发生电中和反应，使水镁石纤维与植物纤维能够紧密结合，提高其作为造纸填料的用量，可以代替植物纤维作为造纸的原料，使水镁石可以代替植物纤维作为造纸的原料。

[0018] 本发明一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，与现有技术相比突出的特点和有益的效果在于：

[0019] 1、本发明一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，以阴离子表面活性剂改性的水镁石单纤维为核芯，在引发剂的作用下将聚氨酯乳液和柔性阳离子活化剂聚合在改性水镁石纤维的表面，使水镁石纤维表面包覆一层均匀的柔性聚合体，增强水镁石纤维的柔韧性，避免造纸过程中机械力对水镁石纤维结构的破坏，提高水镁石纤维在造纸工业中的利用率。

[0020] 2、本发明一种增强水镁石纤维柔韧性的改性方法，利用聚氨酯乳液和柔性阳离子活化剂聚合形成外层包覆在水镁石纤维的表面，使水镁石纤维表面带有一定量的正电荷，易与带负电荷的植物纤维发生电中和反应，使水镁石纤维与植物纤维能够紧密结合，提高其作为造纸填料的用量。

[0021] 3、本发明制备的水镁石纤维柔韧性好，用其制造的纸张表面光滑，柔软度和强度明显提高，可以代替植物纤维作为造纸的原料。

具体实施方式

[0022] 以下结合具体实施方式对本发明进行详细的阐述，并不限制于本发明。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改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0023] 实施例1

[0024] （1）将80重量份的水镁石纤维按固液比为1:60配成浆料，按质量比为1:0.1的比例加入二异辛基琥珀硫酸盐，在高速搅拌机中以1200r/min的速度搅拌30min，得到改性水镁石纤维分散液；

[0025] （2）向15重量份的聚氨酯预聚体中加入1重量份的罗望子多糖胶，设定搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为20min，向乳液中滴加水使体系变得透明时停止滴加，此时体系形成聚氨酯预聚体微乳液；

[0026] （3）将步骤（2）所得聚氨酯预聚体微乳液缓慢加入至步骤（1）所得的改性水镁石纤维分散液中，加入10重量份的海藻酸钠和3重量份的过硫酸铵进行强力搅拌，搅拌转速设定为1200r/min，温度为80℃，反应时间为40min，聚氨酯与阳离子活性剂在改性水镁石纤维周围发生聚合反应，包裹水镁石纤维，形成水镁石纤维；

[0027] （4）将步骤（3）中所得水镁石纤维采用离心过滤，再进行干燥，得到高柔韧性的水镁石纤维微粉末。

[0028] 实施例2

[0029] （1）将80重量份的水镁石纤维按固液比为1:60配成浆料，按质量比为1: 0.15的比例加入烷基苯基磺酸盐，在高速搅拌机中以1200r/min的速度搅拌15min，得到改性水镁石纤维分散液；

[0030] （2）向10重量份的聚氨酯预聚体中加入0.5重量份的罗望子多糖胶，设定搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为20min，向乳液中滴加水使体系变得透明时停止滴加，此时体系形成聚氨酯预聚体微乳液；

[0031] （3）将步骤（2）所得聚氨酯预聚体微乳液缓慢加入至步骤（1）所得的改性水镁石纤维分散液中，加入10重量份的阳离子淀粉和1重量份的过硫酸钾进行强力搅拌，搅拌转速设定为800r/min，温度为80℃，反应时间为80min，聚氨酯与阳离子活性剂在改性水镁石纤维周围发生聚合反应，包裹水镁石纤维；

[0032] （4）将步骤（3）中所得水镁石纤维微胶囊采用离心过滤，再进行干燥，得到高柔韧性的水镁石纤维微粉末。

[0033] 实施例3

[0034] （1）将70重量份的水镁石纤维按固液比为1:60配成浆料，按质量比为1:0.05的比例加入脂肪酸羟基乙烷磺酸盐，在高速搅拌机中以1000r/min的速度搅拌30min，得到改性水镁石纤维分散液；

[0035] （2）向15重量份的聚氨酯预聚体中加入1重量份的罗望子多糖胶，设定搅拌速率为1000r/min，搅拌时间为40min，向乳液中滴加水使体系变得透明时停止滴加，此时体系形成聚氨酯预聚体微乳液；

[0036] （3）将步骤（2）所得聚氨酯预聚体微乳液缓慢加入至步骤（1）所得的改性水镁石纤维分散液中，加入10重量份的阳离子聚丙烯酰胺和2重量份的偶氮二异丁脒盐酸盐进行强力搅拌，搅拌转速设定为1000r/min，温度为60℃，反应时间为6 0min，聚氨酯与阳离子活性剂在改性水镁石纤维周围发生聚合反应，包裹水镁石纤维；

[0037] （4）将步骤（3）中所得水镁石纤维采用离心过滤，再进行干燥，得到高柔韧性的水镁石纤维微粉末。

[0038] 实施例4

[0039] （1）将60重量份的水镁石纤维按固液比为1:60配成浆料，按质量比为1:0.1的比例加入脂肪醇醚硫酸盐，在高速搅拌机中以1000 r/min的速度搅拌20 min，得到改性水镁石纤维分散液；

[0040] （2）向20重量份的聚氨酯预聚体中加入1重量份的罗望子多糖胶，设定搅拌速率为1200 r/min，搅拌时间为30 min，向乳液中滴加水使体系变得透明时停止滴加，此时体系形成聚氨酯预聚体微乳液；

[0041] （3）将步骤（2）所得聚氨酯预聚体微乳液缓慢加入至步骤（1）所得的改性水镁石纤维分散液中，加入10重量份的阳离子水溶性环氧树脂和2重量份的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐进行强力搅拌，搅拌转速设定为1000 r/min，温度为80℃，反应时间为60 min，聚氨酯与阳离子活性剂在改性水镁石纤维周围发生聚合反应，包裹水镁石纤维；

[0042] （4）将步骤（3）中所得水镁石纤维采用离心过滤，再进行干燥，得到高柔韧性的水镁石纤维微粉末。

[0043] 实施例5

[0044] （1）将60重量份的水镁石纤维按固液比为1:60配成浆料，按质量比为1:0.1的比例加入聚乙二醇脂肪酸酯，在高速搅拌机中以1000 r/min的速度搅拌25 min，得到改性水镁石纤维分散液；

[0045] （2）向15重量份的聚氨酯预聚体中加入0.5重量份的罗望子多糖胶，设定搅拌速率为1300 r/min，搅拌时间为30 min，向乳液中滴加水使体系变得透明时停止滴加，此时体系形成聚氨酯预聚体微乳液；

[0046] （3）将步骤（2）所得聚氨酯预聚体微乳液缓慢加入至步骤（1）所得的改性水镁石纤维分散液中，加入10重量份的聚2-乙烯咪唑啉和1重量份的偶氮二异丁咪唑啉进行强力搅拌，搅拌转速设定为1200r/min，温度为80℃,反应时间为60 min，聚氨酯与阳离子活性剂在改性水镁石纤维周围发生聚合反应，包裹水镁石纤维；

[0047] （4）将步骤（3）中所得水镁石纤维采用离心过滤，再进行干燥，得到高柔韧性的水镁石纤维微粉末。