一種造紙用無機纖維柔性化的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及造紙技術領域，特別涉及一種造紙用無機纖維柔性化的方法。
【背景技術】
[0002] 石頭紙是一種介于紙張和塑料之間的新型材料，既可替代傳統的部分功能性紙 張、專業性紙張，又能替代傳統的大部分塑料包裝物。且具有成本低、可控性降解的特點，能 夠為使用者節省大量的成本，且不會產生污染。從替代傳統部分紙張角度看，它能為社會節 省大量的林木資源，又能減少造紙過程中產生的二次污染。無機纖維造紙成為今后造紙領 域發展的主流技術。但礦物纖維脆性大、剛性大、易斷裂，缺少柔性，造成了目前抄紙困難。 因而在造紙環節中，還需要對其進行深入的處理。
[0003] 目前，對礦物纖維用于造紙的研究主要是解決細纖維化、分散性、柔性化、粘接性 等物理特性。特別是柔性化是主要技術難點，也是關鍵點。目前，主要是通過無機纖維與紙 張軟化劑、聚乙烯醇、陽離子淀粉、硅油、聚丙烯酰胺、高分子聚合物等復合來改善無機纖維 的柔性。
[0004] 中國專利公開號102086610A公開了一種粉煤灰纖維應用于造紙過程中的增強改 性方法：粉煤灰纖維表面帶有一定的羥基和負氧基團，采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷處 理粉煤灰纖維形成硅氧鍵而結合在纖維表面，加入羧基化聚乙烯醇與γ -氨丙基三乙氧基 硅烷的氨基形成化學鍵。在聚乙烯醇的分子鏈上接上羧基基團，一方面能改善聚乙烯醇的 親水能力，另一方面羧基基團能與γ-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基基團形成化學鍵，提高 聚乙烯醇的留著率，使在粉煤灰纖維表面帶有了大量的羥基，提高纖維之間的結合能力，從 而增強了粉煤灰纖維成紙紙張的抗張強度。但是該方法中，所使用的無機纖維必須是表面 帶有一定的羥基或者負氧基團，且表面這些官能團越多的無機纖維通過此種方法改性效果 越好。而常用的無機纖維表面一般較為光滑，沒有羥基等官能團，所以此方法的適用型局 限。且當所制紙張遇到橫向剪切力作用時，無機纖維與聚乙烯醇的界面就存在缺陷，形成裂 紋擴展通道，紙張抗剪切能力差。
[0005] 中國專利公開號104626438Α提出一種纖維石頭紙的制備方法:首先用雙氧水對聚 乙烯醇進行降解，然后在處理后的聚乙烯醇上接枝γ-縮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團能夠與無機纖維之間產生作用。因此，此發明制得的無機纖維 軟化增強劑對無機纖維處理后，無機纖維的柔軟性和強度明顯提高，而且經過該方法處理 的無機纖維用于造紙時能夠提高紙張性能。此方法是通過對有機聚乙烯醇做接枝處理，使 大分子上具有硅烷水解物，與無機材料表面形成化學鍵。這種方法的關鍵在于大分子的接 枝硅烷水解物的效率，然而接枝效率有限，所以獲得的紙張性能仍需要進一步提高。
[0006] 根據上述描述，在無機纖維表面改性工藝中有需要開發出增加無機纖維與高分子 聚合物之間結合力的工藝，提高無機纖維的柔韌性，進一步提高提高紙張柔性。
【發明內容】
[0007] 為了解決上述的不足和缺陷，本發明提供一種造紙用無機纖維柔性化的方法，通 過聚四氟乙烯乳液改性處理后的SiO2納米顆粒涂敷在無機纖維表面，使得纖維表面粗糙度 增加，并且本發明向無機纖維中還加入陽離子抗靜電劑，因此SiO 2表面帶有正電荷，而帶有 正電荷的SiO2與表面帶有負電荷的無機纖維相互作用，使無機纖維得到改性，其柔軟性和 強度明顯提高，有效地增加礦物纖維與石頭紙中有機樹脂基體之間的接觸面積，進而制備 出具有抗拉性和抗剪切性的石頭紙。
[0008] 本發明提供一種造紙用無機纖維柔性化的方法，其特征在于，包括如下步驟： A、 篩選礦物纖維粉體 將礦物纖維與水混合，然后采用電動攪拌器攪拌至均勻分散于水中配置成漿料，所述 漿料濃度在1%以下，用140-200目的分級篩將所述礦物纖維從所述漿料中篩出，重復4-5次， 將篩選后的礦物纖維置于水中，電動攪拌器攪拌分散均勻，濾干備用； B、 礦物纖維的改性 a、 將納米SiO2粒子0.5-1.0重量份，潤滑劑0.1-0.5重量份，陽離子抗靜電劑0.5-0.8重 量份，聚四氟乙烯乳液0.5-1.0質量份與水3-5重量份混合，采用電動攪拌器攪拌0.5-lh后 制成漿料備用； b、 將10-15重量份所述漿料2加入75-90重量份的濾干礦物纖維中，并用電動攪拌器攪 拌漿料1-2h進行預處理后，用140-200目的分級篩過濾，獲得預處理后的礦物纖維，將預處 理過的礦物纖維置于85~90°C，干燥12h后獲得納米SiO 2粒子改性的礦物纖維粉體。
[0009] 優選的，所述礦物纖維為平均粒徑為10-20μπι的海泡石纖維、硅石灰纖維、蛭石纖 維、玻璃纖維、石膏纖維、水鎂石纖維中的至少一種。
[0010] 優選的，步驟A中將礦物纖維與水混合，然后采用電動攪拌器攪拌至均勻分散于水 中配置成漿料時，所述電動攪拌器攪拌時間為〇.5-2h，攪拌后靜置時間5-20s。
[0011 ] 優選的，所述Si〇2納米粒子的粒度為100_300nm的Si〇2粉體。
[0012] 優選的，所述潤滑劑為長鏈脂肪族咪唑啉、脂肪酰胺醋酸鹽和硬脂酸聚氧乙烯酯， 所述陽離子抗靜電劑為季銨鹽，所述聚四氟乙烯乳液固含量為50-60%(wt)。
[0013] 本申請實施例中的上述一個或多個技術方案，至少具有如下一種或多種技術效 果： 1、本發明首先對無機SiO2納米粉體進行改性，再將改性后的無機SiO2納米粉體作為礦 物纖維的表面改性材料，由于改性后的無機SiO2納米粉體分散性較好，表面附著聚四氟乙 烯，易與無機纖維鍵合，增加了集束性，經攪拌器與礦物纖維進行高速攪拌后，使得礦物纖 維表面粗糙度增加，進而能夠均勻的涂覆到礦物纖維表面。
[0014] 2、進一步，由于經無機SiO2納米粉體改性后的無機纖維表面涂覆納米SiO2后，使得 無機纖維表面粗糙度提高，這使纖維與樹脂基體在接觸的時候產生錨釘效應，機械咬合力 增大，有效地增加礦物纖維與石頭紙中有機樹脂基體之間的結合力，改善復合材料的界面 性能，提高了無機纖維的抗斷裂強度。
[0015] 3、由于本發明工藝簡單，有機溶劑使用量降低，更加環保，在造紙行業應用普及上 有著廣泛的市場前景。
【具體實施方式】
[0016] 通過【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發明的范 圍僅限于以下的實例。在不脫離本發明上述方法思想的情況下，根據本領域普通技術知識 和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發明的范圍內。
[0017] 實施例一 本實施例包括以下步驟： A、篩選礦物纖維粉體 將海泡石纖維與水混合，漿料濃度為0.08%，然后采用電動攪拌器攪拌至均勻分散于水 中配置成漿料，攪拌時間為〇.5h，攪拌后靜置時間10s，接著，用140目的分級篩將海泡石纖 維從漿料中篩出，重復4次，將篩選后的礦物纖維置于水中，電動攪拌器攪拌分散均勻，濾干 待用。
[0018] B、礦物纖維的改性 a、 取粒度為IOOnm的納米SiO2粒子0.5重量份，長鏈脂肪族咪唑啉0.45重量份，季銨鹽 0.5重量份，聚四氟乙烯乳液0.5質量份與水3重量份混合，采用電動攪拌器攪拌0.5h后，對 納米SiO 2粒子進行改性后，獲得漿料； b、 取a步驟中制備的10重量份漿料2加入A步驟中制備的90重量份的礦物纖維中，并用 電動攪拌器攪拌Ih，攪拌速度為2000rpm，進行預處理后，用140目的分級篩過濾，獲得預處 理后的礦物纖維，將預處理過的礦物纖維置于85°C，干燥12h后獲得納米SiO 2粒子改性的海 泡石纖維粉體。
[0019] 接下來，為了測試改性后的礦物纖維制備出紙張的性能，本發明中用納米SiO2粒 子改性后的海泡石纖維粉體制備石頭紙。制備過程如下： 取碳酸鈣粉體70份，改性后的海泡石纖維粉體10份，聚乙烯樹脂18份，助劑2份。將碳酸 鈣粉體和改性后的海泡石纖維粉體倒入混合機內，攪拌Ih后加入助劑以及聚乙烯樹脂，攪 拌0.5h后至完全混合均勻后，將混合物料經過密煉機密煉，設置溫度為175°C，再通過單螺 桿機擠出造粒機造粒。造粒后通過吹塑、壓延制備得到石頭紙。
[0020] 其性能測試見表一。
[0021]實施例二 A、 篩選礦物纖維粉體 將海泡石纖維與水混合，漿料濃度為0.08%，然后采用電動攪拌器攪拌至均勻分散于水 中配置成漿料，攪拌時間為〇.5h，攪拌后靜置時間10s，接著，用140目的分級篩將海泡石纖 維從漿料中篩出，重復4次，將篩選后的礦物纖維置于水中，電動攪拌器攪拌分散均勻、濾干 待用； B、 礦物纖維的改性 a、 取粒度為IOOnm的納米SiO2粒子0.7重量份，長鏈脂肪族咪唑啉0.3重量份，季銨鹽 0.1重量份，聚四氟乙烯乳液1.0質量份與水4重量份混合，采用電動攪拌器攪拌0.5h后，對 納米SiO 2粒子進行改性后，獲得漿料； b、 取a步驟中制備的12重量份漿料2加入A步驟中制備的88重量份的礦物纖維中，并用 電動攪拌器攪拌Ih，攪拌速度為2000rpm，進行預處理后，用140目的分級篩過濾，獲得預處 理后的礦物纖維，將預處理過的礦物纖維置于