專利名稱：無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造紙?zhí)盍霞夹g(shù)領(lǐng)域，具體涉及無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
微納米技術(shù)已成為一種熱門領(lǐng)域，對于微納米在造紙業(yè)的發(fā)展趨勢不容忽視，它帶來的潛在優(yōu)勢是其他材料所不能具備的。目前微納米填料的開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)引起各領(lǐng)域研究學(xué)者的關(guān)注。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，一種新開發(fā)的微納米高長徑比填料已可以取代傳統(tǒng)填料添加至紙楽·濕布。例如二氧化娃納米纖維 “silicate nano fibers”(SNF),是由 GR international公司研發(fā)的硅基高橫縱比填料，不僅可以優(yōu)化紙張，還可以改善紙的孔隙率、平滑度、松密度、光學(xué)力學(xué)性質(zhì)。除此之外還有IPST研發(fā)的阻燃材料Mg(OH)2納米帶以其低成本，低密度，高亮度，對強(qiáng)度影響小的優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注。1950年Rinby等用酸解的方法，從木漿和棉花纖維中制得了膠體粒子大小的納米纖維素(NCC)懸浮液，NCC纖維也是目前重點(diǎn)開發(fā)的一種纖維增強(qiáng)材料，應(yīng)用于造紙?bào)w系不僅可以增強(qiáng)纖維間的結(jié)合力及強(qiáng)的吸附功能，提高紙制品的亮度、松密度、透明度，還能用于特種紙如抗菌紙、防偽紙的研發(fā)。硫酸鈣晶須是一種高長徑比的纖維狀單晶材料，作為造紙用功能填料加入紙漿進(jìn)行紙張抄造，不僅可以替代植物纖維用做填料，使造紙低碳化，減少森林資源的使用，而且可以提高紙張的抗張強(qiáng)度，耐破度，耐折度等物理力學(xué)性能，減少或替代造紙?jiān)鰪?qiáng)劑，降低造紙成本。但是由于硫酸鈣微溶于水，因此在抄造紙過程中會(huì)因?yàn)椴糠秩芙舛档土糁蕪亩绊懯褂眯Ч?。因此，研究一種完全不溶于水的硫酸鈣晶須及其制備方法，并將其應(yīng)用于造紙領(lǐng)域，就變得較為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述不足，提供一種無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法獲得改性后晶須，并進(jìn)一步將改性后晶須應(yīng)用于造紙?zhí)盍?，該制造工藝合理，并能夠有效解決晶須在造紙濕部的溶解問題，在改善晶須在紙樣中留著率的同時(shí)，優(yōu)化晶須的表面特性；改性后晶須的加入，可以提高紙制品品質(zhì)，提高利用率，降低成本。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其包括以下步驟(I)將相對于硫酸鈣晶須的質(zhì)量份數(shù)I % 10%的分散劑，與硫酸鈣晶須混合于水中，對硫酸鈣晶須進(jìn)行分散處理；處理完后，過濾、烘干得到高度分散的硫酸鈣晶須；(2)量取設(shè)定體積比的水、乙醇、氨水和有機(jī)硅源，將其中的水、乙醇、氨水置于三口燒瓶中，進(jìn)行磁力攪拌，再加入適量的表面活性劑，混合均勻備用；(3)將步驟(I)制備所得的高度分散硫酸鈣晶須，加入步驟(2)所述盛有混合溶液的三口燒瓶中，混合均勻后，分批慢慢加入步驟(2)中所量取的有機(jī)硅源；(4)將步驟(3)所制得的混合溶液，在25°C溫度下，攪拌改性；沉降8 10小時(shí)，過濾，在95 °C溫度下烘干，制得改性硫酸鈣晶須。步驟(I)所述的分散劑為六偏磷酸鈉、磷酸鈉、油酸鈉、多聚磷酸鈉、聚丙烯酸、檸檬酸三鈉、硅酸鈉中的一種或多種。步驟(2)所述的水、乙醇、氨水和有機(jī)硅源體積比為4 : 8 : O.1 :1。步驟⑵所述的有機(jī)硅源為正硅酸乙酯，氨水濃度為23% 28%。步驟(2)所述的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉、十二燒基硫酸納中的一種或多種。步驟(3)中所述的有機(jī)硅源為O. 5 2小時(shí)內(nèi)加完。步驟(4)中的攪拌改性時(shí)間為2 18小時(shí)。根據(jù)上述無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法制備的改性硫酸鈣晶須的應(yīng)用，將改性硫酸鈣晶須作為纖維增強(qiáng)劑加入造紙濕部，獲得高硫酸鈣晶須留著率的增強(qiáng)型紙制品，制備含有重量比為I 25%的改性硫酸鈣晶須纖維增強(qiáng)劑的紙制品。具體步驟為向相當(dāng)于總體絕干衆(zhòng)量重量75% 99%的混合紙楽;懸浮液中，加入重量比為I 25%的改性硫酸鈣晶須，再加入微量助留劑攪拌，抄造紙頁，在95°C恒壓的條件下烘干，獲得高硫酸鈣晶須留著率的增強(qiáng)型紙制品。所述微量，為加入助留劑只占混合紙漿總重量的萬分之一至萬分之五。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法的制備工藝簡易、成本低，無毒無污染，易于工業(yè)化推廣。本發(fā)明的改性晶須分散均勻，能有效改善晶須的表面性質(zhì)，提高晶須的疏水性及留著率，增加晶須與紙漿纖維的相互間作用力，使晶須與纖維通過分子間氫鍵緊密交織，改善紙頁的物理性能，增強(qiáng)韌性。本發(fā)明制備的改性硫酸鈣晶須不僅具有主干晶須的增強(qiáng)特性還具有納米二氧化硅優(yōu)異的表面性能，使復(fù)合材料具有復(fù)合協(xié)同的功效。提高紙樣表面摩擦系數(shù)增強(qiáng)其抗滑能力，改善紙樣對油墨的親和力。本發(fā)明提供的方法科學(xué)合理、效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；所制備的改性硫酸鈣晶須，可以改善紙張不透明度、平滑度、阻燃性及印刷性，制造難燃紙張，有助于開發(fā)新型特種紙品。本發(fā)明的改性方法提高了硫酸鈣晶須的留著率，同時(shí)減少植物纖維的使用，減少木材浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能減排的低碳化生產(chǎn)工藝。本發(fā)明提供的經(jīng)表面改性后硫酸鈣晶須有較高的留著率，可替代高價(jià)的韌性硫酸鹽針葉木漿，對于我國森林資源的保護(hù)也具有現(xiàn)實(shí)的意義，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無機(jī)填料加入紙制品降低紙強(qiáng)度的缺點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的制備流程圖；圖2為本發(fā)明分散劑處理晶須的SEM圖；圖3為本發(fā)明改性后硫酸鈣晶須的SEM圖；圖4為本發(fā)明改性后硫Ifef丐晶須的XRD圖；圖5為本發(fā)明改性后硫酸鈣晶須的IR圖；圖6為本發(fā)明表面處理對晶須電導(dǎo)率的影響測試圖；圖7為本發(fā)明改性后硫酸鈣晶須不同添加量時(shí)紙張的耐破指數(shù)測試圖8為本發(fā)明改性后硫酸鈣晶須不同替代量時(shí)紙張的撕裂指數(shù)測試圖；圖9為本發(fā)明改性后硫酸鈣晶須不同替代量時(shí)紙張的抗張指數(shù)測試圖；圖10為表面處理對改性晶須在紙張中留著率的影響測試圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一:參見圖1至圖6，本實(shí)施例提供的無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其包括以下步驟:(I)用相對于硫酸鈣晶須的質(zhì)量份數(shù)5 %的檸檬酸三鈉在水溶液中對晶須進(jìn)行分散處理2小時(shí)；處理完后，過濾、烘干得到高度分散的硫酸鈣晶須；圖2為經(jīng)本步驟制備后所得到的分散處理后晶須的掃描電鏡圖。表I為其能譜分析表:表I分散處理后晶須的能譜分析表
權(quán)利要求
1.無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其特征在于，其包括以下步驟: (1)將相對于硫酸鈣晶須的質(zhì)量份數(shù)1% 10%的分散劑，與硫酸鈣晶須混合于水中，對硫酸鈣晶須進(jìn)行分散處理；處理完后，過濾、烘干得到高度分散的硫酸鈣晶須； (2)量取設(shè)定體積比的水、乙醇、氨水和有機(jī)硅源，將其中的水、乙醇、氨水置于三口燒瓶中，進(jìn)行磁力攪拌，再加入適量的表面活性劑，混合均勻備用； (3)將步驟(I)制備所得的高度分散硫酸鈣晶須，加入步驟(2)所述盛有混合溶液的三口燒瓶中，混合均勻后，分批慢慢加入步驟(2)中所量取的有機(jī)硅源； (4)將步驟(3)所制得的混合溶液，在25°C溫度下，攪拌改性；沉降8 10小時(shí)，過濾，在95°C溫度下烘干，制得改性硫酸鈣晶須。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其特征在于，步驟(I)所述的分散劑為六偏磷酸鈉、磷酸鈉、油酸鈉、多聚磷酸鈉、聚丙烯酸、檸檬酸三鈉、硅酸鈉中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，步驟(2)所述的水、乙醇、氨水和有機(jī)硅源體積比為4: 8: 0.1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其特征在于，步驟(2)所述的有機(jī)硅源為正硅酸乙酯，氨水濃度為23% 28%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其特征在于，步驟(2)所述的表面活性劑為十TK燒基二甲基漠化按、十_■燒基苯橫酸納、十_■燒基硫酸鈉中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其特征在于，步驟⑶中所述的有機(jī)硅源為0.5 2小時(shí)內(nèi)加完。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其特征在于，步驟(4)中的攪拌改性時(shí)間為2 18小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7之一所述無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法制備的改性硫酸鈣晶須的應(yīng)用，其特征在于，將改性硫酸鈣晶須作為纖維增強(qiáng)劑加入造紙濕部，獲得高硫酸鈣晶須留著率的增強(qiáng)型紙制品。
9.根據(jù)權(quán)利8所述的改性硫酸鈣晶須的應(yīng)用，其特征在于，向相當(dāng)于總體絕干漿量重量75% 99%的混合紙漿懸浮液中，加入重量比為I 25%的改性硫酸鈣晶須，再加入微量助留劑攪拌，抄造紙頁，在95°C恒壓的條件下烘干，獲得高硫酸鈣晶須留著率的增強(qiáng)型紙制品。
10.根據(jù)權(quán)利8所述的改性硫酸鈣晶須的應(yīng)用，其特征在于，制備含有重量比為I .25 %的改性硫酸鈣晶須纖維增強(qiáng)劑的紙制品。
全文摘要
本發(fā)明公開了無機(jī)造紙纖維硫酸鈣晶須的表面包覆改性方法，其包括以下步驟(1)將相對于硫酸鈣晶須的質(zhì)量份數(shù)1％～10％的分散劑，與硫酸鈣晶須混合于水中，對硫酸鈣晶須進(jìn)行分散處理；處理完后，過濾、烘干得到高度分散的硫酸鈣晶須；(2)量取設(shè)定體積比的水、乙醇、氨水和有機(jī)硅源，將其中的水、乙醇、氨水置于三口燒瓶中，進(jìn)行磁力攪拌，再加入適量的表面活性劑，混合均勻備用；(3)將制備所得的高度分散硫酸鈣晶須，加入所述盛有混合溶液的三口燒瓶中，混合均勻后，分批慢慢加入所量取的有機(jī)硅源；(4)將所制得的混合溶液，在25℃溫度下，攪拌改性；沉降8～10小時(shí)，過濾，在95℃溫度下烘干，制得改性硫酸鈣晶須。
文檔編號C30B29/46GK103074800SQ20121047196
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者施利毅, 張迎, 馮欣, 王鋼領(lǐng), 苗苗, 孟祥浩, 時(shí)雯 申請人:東莞上海大學(xué)納米技術(shù)研究院, 上海大學(xué)