一種柔性硅灰石纖維的改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機礦物纖維領(lǐng)域，特別涉及一種柔性硅灰石纖維的改性方法。
【背景技術(shù)】
[0002]造紙工業(yè)在全球經(jīng)濟和文明中扮演著重要角色，產(chǎn)值占世界工業(yè)總產(chǎn)值的2.5%，占世界貿(mào)易總量的2%。木材是造紙工業(yè)的主要原料，占造紙原料的93%以上，隨著造紙業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致大規(guī)模地砍伐森林，使全世界森林面積銳減，荒漠化加劇，同時還帶來嚴(yán)重的污染環(huán)境，影響人類健康。目前我國造紙生產(chǎn)總量不斷，造紙原料嚴(yán)重短缺，迫使我們積極尋找廉價的紙漿纖維的替代品。由于我國具有較豐富的礦物纖維資源，因此將礦物纖維代替部分植物纖維用于造紙，不僅能降低生產(chǎn)成本，而且對保護我國森林資源具有重要意義。
[0003]硅灰石纖維是一種天然產(chǎn)出的鏈狀偏硅酸鈣礦物，具有高白度、較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、較高的長徑比等特點，表現(xiàn)出纖維的某些特性，從理論上可以作為填料替代部分紙漿纖維進行抄紙，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且可以大幅度緩解我國植樹造林的壓力，減少森林資源的采伐。雖然硅灰石纖維能夠與植物纖維結(jié)合，但由于其纖維表面幾乎沒有能與植物纖維表面產(chǎn)生相互作用的基團，其與植物纖維之間的結(jié)合并沒有形成氫鍵結(jié)合，而是由于其長度比普通填料大填充在纖維之間，結(jié)合力遠不如植物纖維之間結(jié)合力強，且其在紙頁中保留越多，對紙張強度性能影想越大。
[0004]研究表明對天然硅灰石礦物纖維進行表面改性可進一步提高硅灰石礦物纖維與植物纖維的相容性，減輕其對紙張抄造過程及成紙性能產(chǎn)生的不利影響，充分發(fā)揮了其纖維狀形態(tài)在紙張生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢。如中國專利公開號CN 103031761A公開了一種造紙用陽離子硅灰石礦物纖維漿的制備方法，首先將硅灰石礦與由陽離子聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯組成的復(fù)合改性劑A進行粉碎混合得到初級改性硅灰石礦物纖維，添加適量的水后制備成漿狀礦物纖維，在攪拌狀態(tài)下加入由聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯亞胺、硫酸鋁、聚合氯化鋁組成的復(fù)合改性劑B和由二乙烯三胺、對甲苯磺酸、己二酸、硬脂酸、環(huán)氧氯丙烷以及鹽酸等合成的改性劑C，攪拌均勻后即成造紙用陽離子硅灰石礦物纖維漿，不僅能有效地提高礦物纖維在紙張中的留著率，同時也降低了礦物纖維的過量添加對成紙強度的影響，提高礦物纖維在紙漿中的添加量；中國專利公開號CN 102745909A公開了造紙用低磨耗硅灰石礦物纖維，是由改性硅灰石、復(fù)合改性劑和助留改性劑按照1000:8?15:1?2的重量份數(shù)比構(gòu)成，使用前將其用水配制成漿料，使復(fù)合改性劑和助留改性劑完全包覆在改性硅灰石表面。本發(fā)明的造紙用低磨耗硅灰石礦物纖維改性效果明顯，不但可以降低硅灰石對造紙網(wǎng)布的磨損程度，同時還可以提高硅灰石礦物纖維在紙漿中的留著率；中國專利公開號CN 102249530A公開了一種高長徑比硅灰石纖維及其制備方法，該纖維由硅灰石和陽離子改性劑組成，硅灰石表面上羥基活性與加入陽離子改性劑的官能團其反應(yīng)，形成陽離子基團，以實現(xiàn)粉碎、改性同步完成，極大地提高紙張的白度、平整度、不透明度、適印性能，可以最大至30%的比例替代植物纖維，有效地保持成紙的物理強度和降低生產(chǎn)成本。
[0005]綜上所述，目前對于硅灰石纖維的改性方法主要是采用陽離子改性劑進行表面改性，雖然在一定程度上改善了硅灰石纖維與植物纖維的相容性，提高了礦物纖維在抄紙過程中的留著率，但由于硅灰石礦物纖維表面的活性基團很少，因此與陽離子改性劑的結(jié)合有限，增加了改性劑的用量，降低了改性劑的用量；同時，簡單的陽離子改性的硅灰石纖維的添加在提高成紙灰分的同時，隨著添加量的增加會對成紙性能特別是強度指標(biāo)產(chǎn)生一定程度的不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對上述問題，提出一種柔性硅灰石纖維的改性方法。該方法是將硅灰石纖維加入到氫氧化鈉溶液中進行堿性處理，使硅灰石纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu)，形成表面缺陷，有利于改性劑聚二甲基硅氧烷的滲透反應(yīng)，然后在引發(fā)劑的作用下通過γ射線輻照處理，將聚乙烯亞胺和聚馬來酸接枝到改性硅灰石纖維表面，增加硅灰石纖維表面活性官能團的數(shù)量，然后加入陽離子表面改性劑進行表面包覆，使硅灰石纖維表面帶有一定量的正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使硅灰石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合。本發(fā)明柔性硅灰石纖維具有較高的柔軟性和分散性，用于造紙時能明顯提高紙張的柔軟度，使紙張手感良好、質(zhì)輕。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種柔性硅灰石纖維的改性方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)將60?80重量份的娃灰石加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5-2%的氫氧化鈉溶液中攪拌30?50min，使硅灰石纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu)，然后過濾，加入5?15重量份的聚二甲基硅氧烷，繼續(xù)攪拌20?30min，得到改性娃灰石纖維；
(2)將步驟(I)中得到的改性硅灰石纖維投入到密閉攪拌反應(yīng)釜中，加入5?10重量份的聚乙烯亞胺和5?10重量份的聚馬來酸攪拌5?1min，使硅灰石纖維與聚合物混合均勻;將混合物置于輻射劑量率為3?10kGy/h的γ射線輻射裝置中，加入I?5重量份的引發(fā)劑，利用輸送系統(tǒng)動態(tài)輻照處理，使聚乙烯亞胺和聚馬來酸發(fā)生共聚反應(yīng)，并接枝到表面改性后的硅灰石纖維表面；
(3)將步驟(3)中得到的改性硅灰石纖維加入其50?70倍重量的水中，于40?60°C攪拌15?30min，在攪拌狀態(tài)下加入I?10重量份的陽離子表面改性劑，繼續(xù)攪拌20?30min，使陽離子表面活性劑完全包覆在改性硅灰石纖維表面，過濾，干燥，即得一種柔性硅灰石纖維。
[0008]上述步驟(I)中所述的硅灰石為具有針狀纖維晶體結(jié)構(gòu)的硅灰石，通過適量濃度的堿溶液處理，硅灰石的纖維結(jié)構(gòu)表面完好，纖維均勻細長，且纖維表面分布著密集的線形微孔，使硅灰石纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀，降低纖維表面的光滑度，有利于改性劑的滲透反應(yīng)。
[0009]上述步驟(2)中所述的引發(fā)劑為N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。
[0010]上述步驟(2)中所述的γ射線輻射裝置采用鈷60輻射源裝置，γ射線的輻射劑量為30?lOOkGy。在γ射線作用下，硅灰石纖維中的S1-O-Si鍵發(fā)生斷裂，與聚二甲基硅氧烷的活性官能團發(fā)生化學(xué)鍵合，易于聚乙烯亞胺和聚馬來酸發(fā)生共聚接枝反應(yīng)，使硅灰石纖維表面的活性官能團數(shù)量增加，同時增大了纖維分子鏈間的距離，削弱了纖維分子間的作用力，達到增加柔性的目的。
[0011]上述步驟(3)中所述的陽離子表面改性劑為陽離子淀粉、二甲基十八烷基烯丙基氯化銨、癸基三甲基溴化銨、三甲基正十四烷溴化銨、十二烷基苯并咪唑中的至少一種，通過陽離子表面活性劑對改性硅灰石纖維進行表面包覆，使硅灰石纖維表面帶有一定量的正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使硅灰石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合。
[0012]本發(fā)明一種柔性硅灰石的改性方法，將硅灰石纖維加入到氫氧化鈉溶液中進行堿性處理，使硅灰石纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu)，形成表面缺陷，使表面官能團更多的裸露，增強它與高分子有機物的反應(yīng)活性，有利于改性劑聚二甲基硅氧烷的滲透反應(yīng)，然后在引發(fā)劑的作用下通過γ射線輻照處理，硅灰石纖維中的S1-O-Si鍵發(fā)生斷裂，與聚二甲基硅氧烷的活性官能團發(fā)生化學(xué)鍵合，易于聚乙烯亞胺和聚馬來酸發(fā)生共聚接枝反應(yīng)，增加硅灰石纖維表面的活性基團，同時增大了纖維分子鏈間的距離，削弱了纖維分子間的作用力，提高硅灰石纖維的柔韌性和強度；同時添加陽離子表面改性劑對改性硅灰石纖維進行表面包覆，使纖維表面帶有一定的正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使硅灰石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合，極大改善了硅灰石纖維用于造紙技術(shù)的應(yīng)用性能。
[0013]本發(fā)明一種柔性硅灰石的改性方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比突出的特點和有益的效果在于:
1、本發(fā)明一種柔性硅灰石纖維的制備方法，首先對硅灰石纖維進行堿化處理，使纖維表面呈現(xiàn)蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu)，使表面官能團更多的裸露，有利于改性劑的滲透反應(yīng);然后利用γ射線輻射處理，硅灰石纖維中的S1-O-Si鍵發(fā)生斷裂，與聚二甲基硅氧烷的活性官能團發(fā)生化學(xué)鍵合，易于聚乙烯亞胺和聚馬來酸發(fā)生共聚接枝反應(yīng)，使硅灰石纖維表面的活性官能團數(shù)量增加，提高硅灰石纖維的柔韌性，易與帶負(fù)電荷的植物纖維緊密結(jié)合，提高硅灰石纖維在造紙工業(yè)中的利用率。
[0014]2、本發(fā)明一種柔性硅灰石纖維的制備方法，還添加陽離子表面改性劑對改性硅灰石纖維進行表面包覆，使硅灰石纖維表面帶有一定量的正電荷，易與帶負(fù)電荷的植物纖維發(fā)生電中和反應(yīng)，使硅灰石纖維與植物纖維能夠緊密結(jié)合，提高其作為造紙?zhí)盍系挠昧俊?br>[0015]3、本發(fā)明制備的柔性硅灰石纖維柔韌性好，用其制造的紙張表面光滑，柔軟度明顯提高，可以代替植物纖