专利名称：一种粉煤灰纤维应用于造纸过程中的增强改性方法
技术领域：
本发明涉及一种用于造纸的粉煤灰纤维与木纤维混和造纸的增强改性方法。
背景技术：
木浆纤维或草浆纤维是一种束状结构，每一束由很多更细小的纤维组成，造纸过 程中通过打浆，将束状的纤维打散成细小的纤维，细小的纤维表面带有大量的亲水性的羟 基，这些羟基可以使纤维在水中能更好的分散，也使纤维之间可以通过氢键而相互结合。粉 煤灰纤维是用粉煤灰加助熔剂在高温熔融下成纤，粉煤灰纤维结构单一，表面较光滑，不能 打散成更细的纤维，粉煤灰纤维表面的羟基含量也比木浆纤维或草浆纤维少很多。这就造 成粉煤灰纤维彼此间及粉煤灰纤维与木浆纤维或草浆纤维间的结合力差，如何提高粉煤灰 纤维的结合力成了粉煤灰纤维应用于造纸成败的关键。聚乙烯醇是一种用途广泛的水溶性高分子，无毒无害，优异的粘结性、平滑性、耐 油性、耐溶性等特性。聚乙烯醇分子链上带有大量羟基基团，形成氢键从而使纤维之间的结 合力增强。但由于聚乙烯醇是非离子性的，直接加入浆内，留着率较低，达不到运用效果。中国专利CN1580391公开了一种粉煤灰纤维纸浆及其为原料的造纸方法，本发明 公开了一种粉煤灰纤维纸浆及其为原料的造纸方法。该发明的粉煤灰纤维纸浆的组分和重 量百分比含量包括软化剂1 10%，分散剂1 8 %，表面改性剂1 10%，粉煤灰纤维 20 80%，有机纤维20 80 %，水余量。将上述的粉煤灰纤维纸浆采用常规的方法输送至 造纸机上配抄纸品，即可制得纸张材料。采用相应的国家标准对本发明所制备的各种纸张 制品进行检测，物理性能达到植物纤维纸张的同等性能，在耐水性、耐腐蚀和防火性方面优 于植物纤维纸张。本发明适用于工业规模生产，粉煤灰超细纤维浆液制造过程无污染物排 放，并降低造纸成本。本发明的方法赋予工业废物以功能化利用，取代木菜，节省原木耗费， 对保护森林资源意义显著。中国专利CN101503280公开了一种无机纤维软化增强剂及其制备方法，将H2O2、聚 乙烯醇和氢氧化钾在50°C 60°C反应2 4h，反应结束后加入醚化剂，在50°C 70°C下反 应4 他，调节溶液pH = 7 8得到无机纤维软化增强剂。该发明的软化增强剂适用于通 过物理或热熔法生产的各种无机纤维材料，包括玄武岩纤维、硅灰石纤维、海泡石纤维、石 膏纤维、粉煤灰纤维以及玻璃纤维的软化增强剂处理。通过这种软化增强剂可提高无机纤 维的柔软性和强度，改善无机纤维在打浆、分散、输送过程易于断裂的弊端，改变无机纤维 表面的电荷性，增强无机纤维与植物纤维的结合力，极大改善无机纤维用于湿法造纸制作 纸张、保温棉板等的应用性能。中国专利CN101215807公开了阳离子聚乙烯醇纸张增强剂的制备方法。该发明 公开了一种阳离子聚乙烯醇纸张增强剂的制备方法，首先将聚乙烯醇固体颗粒和去离子水 加入到反应器中，加热至一定温度并保温使反应器中聚乙烯醇完全融解后，降温冷却，加入 阳离子醚化剂对聚乙烯醇进行阳离子化；最后向阳离子聚乙烯醇溶液中加入聚合交联单 体，体系pH值调节至酸性，保温一段时间后调节pH值至弱酸性后，得到透明液体。采用本
3发明可避免排出物不含有机卤化物和甲醛，离子化改性后的交联产品的留着率得到大幅度 提高，它不仅能提高纸张的干强和湿强，而且能增加纸张的耐折度，如将其用于纸张表面涂 布，亦可大幅度提高纸张的表面强度。同时，该产品制备工艺简单，原料成本较低，可扩大 聚乙烯醇的应用范围。上所述的发明对于粉煤灰纤维造纸有一定帮助，但却不能根本改善粉煤灰纤维和 木浆纤维的结合能力。本发明从改善粉煤灰纤维的表面化学性能为出发点，通过从本源上 解决两者的结合能力，通过粉煤灰纤维表面改性和添加增强剂来增加粉煤灰纤维与植物纤 维的结合力。本发明解决这一问题的创新方法为粉煤灰纤维表面带有一定的羟基和负氧 基团，采用Y-氨丙基三乙氧基硅烷处理粉煤灰纤维形成硅氧键而结合在纤维表面，加入 羧基化聚乙烯醇与Y-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基形成化学键。在聚乙烯醇的分子链上接 上羧基基团，一方面能改善聚乙烯醇的亲水能力，另一方面羧基基团能与Y -氨丙基三乙 氧基硅烷的氨基基团形成化学键，提高聚乙烯醇的留着率，使在粉煤灰纤维表面带有了大 量的羟基，提高纤维之间的结合能力，从而增强了粉煤灰纤维成纸纸张的抗张强度。
发明内容
一种粉煤灰纤维应用于造纸过程中的增强改性方法，其特征在于首先对聚乙烯 醇进行羧基化改性。将聚乙烯醇和去离子水按质量比1 95加入到干燥的带搅拌反应器 中，加热至80 90°C，保温1 2小时使聚乙烯醇完全溶解后，降温至65 75°C，加入氯 乙酸到反应器中，加入碱调节溶液pH = 10 13，保温4 6小时，再加入酸调节溶液pH = 1 4，冷却至室温。得到分子链带有羧基基团的聚乙烯醇溶液。然后用Y-氨丙基三乙氧基硅烷对粉煤灰纤维改性，将粉煤灰纤维分散在水中， 加入Y-氨丙基三乙氧基硅烷打浆5 10分钟，再加入上述羧基化改性的聚乙烯醇溶液， 并添加木质纤维浆料，继续打浆5 10分钟，浆料混合均勻后，在纸页成型机上造纸，最后 得到粉煤灰纤维和木质纤维的混合成纸纸张。所述的聚乙烯醇采用1799、1788、M99中的一种。所述的氯乙酸的加入量为聚乙烯醇绝干重量的50 100%。所述的碱采用NaOH，酸采用HCl。所述的在粉煤灰纤维水相中加入Y-氨丙基三乙氧基硅烷，其加入量为为粉煤灰 纤维绝干重量的20 60%。所述的在粉煤灰纤维水相中加入羧基化聚乙烯醇，其加入量为造纸总纤维绝干重
量的1 5%。改性粉煤灰纤维与木浆或草浆纤维混合，以干浆计改性粉煤灰纤维木浆或草浆 纤维为1 2 5。
具体实施例方式实施例1在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入95g水、5gl799聚乙烯醇，开启搅拌加热 反应釜至温度85°C使其完全溶解，溶解以后降温至65°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解5g 氯乙酸，加入到反应釜中，并用NaOH溶液调整反应体系PH = 11，恒温6小时，用HCl溶液调整PH = 4，冷却至室温，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。将0. 9g粉煤灰纤维分散在300ml水中，加入0. 5gKH550，打浆5分钟，再加入上述 羧基化的聚乙烯醇溶液2. 7g，并添加1. Sg木质纤维，继续打浆10分钟，将浆料转至纸页成 型器上造纸，得到粉煤灰纤维和木质纤维混合的成纸纸张。实施例2在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入95g水、5gl788聚乙烯醇，开启搅拌加热 反应釜至温度80°C使其完全溶解，溶解以后降温至70°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解 3g氯乙酸，加入到反应釜中，并用NaOH溶液调整反应体系PH = 11，恒温4小时，用HCl溶 液调整PH = 4，冷却至室温，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。将0. 45g粉煤灰纤维分散在300ml水中，加入0. 27gKH550，打浆5分钟，再加入上 述羧基化的聚乙烯醇溶液2. 7g，并添加2. 25g木质纤维，继续打浆10分钟，将浆料转至纸页 成型器上造纸，得到粉煤灰纤维和木质纤维混合的成纸纸张。实施例3在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入95g水、5g2499聚乙烯醇，开启搅拌加热 反应釜至温度85°C使其完全溶解，溶解以后降温至75°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解5g 氯乙酸，加入到反应釜中，并用NaOH溶液调整反应体系PH = 13，恒温6小时，用HCl溶液调 整PH = 2，冷却至室温，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。将0. 9g粉煤灰纤维分散在300ml水中，加入0. 5gKH550，打浆10分钟，再加入上述 羧基化的聚乙烯醇溶液1. 8g，并添加1. 8g木质纤维，继续打浆10分钟，将浆料转至纸页成 型器上造纸，得到粉煤灰纤维和木质纤维混合的成纸纸张。实施例4在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入95g水、5gl799聚乙烯醇，开启搅拌加热 反应釜至温度80°C使其完全溶解，溶解以后降温至70°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解3g 氯乙酸，加入到反应釜中，并用NaOH溶液调整反应体系PH = 12，恒温5小时，用HCl溶液调 整PH = 2，冷却至室温，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。将0. 9g粉煤灰纤维分散在300ml水中，加入0. 5gKH550,打浆5分钟，再加入上述 羧基化的聚乙烯醇溶液1. 2g，并添加1. 8g木质纤维，继续打浆10分钟，将浆料转至纸页成 型器上造纸，得到粉煤灰纤维和木质纤维混合的成纸纸张。实施例5在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入95g水、5gl799聚乙烯醇，开启搅拌加热 反应釜至温度90°C使其完全溶解，溶解以后降温至75°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解 2. 5g氯乙酸，加入到反应釜中，并用NaOH溶液调整反应体系PH = 13，恒温6小时，用HCl 溶液调整PH = 1，冷却至室温，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。将0. 9g粉煤灰纤维分散在300ml水中，加入0. 54gKH550,打浆10分钟，再加入上 述羧基化的聚乙烯醇溶液2. 7g，并添加1. Sg木质纤维，继续打浆10分钟，将浆料转至纸页 成型器上造纸，得到粉煤灰纤维和木质纤维混合的成纸纸张。实施例6在250毫升带搅拌、加热的反应釜中加入95g水、5gl799聚乙烯醇，开启搅拌加热 反应釜至温度80°C使其完全溶解，溶解以后降温至65°C。再用lmol/L的NaOH溶液溶解5g氯乙酸，加入到反应釜中，并用NaOH溶液调整反应体系PH = 10，恒温4小时，用HCl溶液调 整PH = 4，冷却至室温，得到羧基化的聚乙烯醇溶液。 将0. 9g粉煤灰纤维分散在300ml水中，加入0. 18gKH550，打浆5分钟，再加入上述 羧基化的聚乙烯醇溶液0. 54g,并添加1. Sg木质纤维，继续打浆5分钟，将浆料转至纸页成 型器上造纸，得到粉煤灰纤维和木质纤维混合的成纸纸张。
权利要求
1.一种粉煤灰纤维应用于造纸过程中的增强改性方法，其特征在于首先对聚乙烯醇 进行羧基化改性，将聚乙烯醇和去离子水按质量比1 95加入到带搅拌反应器中，加热至 80 90°C，保温1 2小时使聚乙烯醇完全溶解后，降温至65 75°C，加入氯乙酸到反应 器中，加入碱调节溶液PH = 10 13，保温4 6小时，再加入酸调节溶液pH = 1 4，冷 却至室温，得到分子链带有羧基基团的聚乙烯醇溶液；然后用Y-氨丙基三乙氧基硅烷对粉煤灰纤维改性，将粉煤灰纤维分散在水中，加入 Y -氨丙基三乙氧基硅烷打浆5 10分钟，再加入上述羧基化改性的聚乙烯醇溶液，并添加 木质纤维浆料，继续打浆5 10分钟，浆料混合均勻后，在纸页成型机上造纸，最后得到粉 煤灰纤维和木质纤维的混合成纸纸张。
2.权利要求1所述的方法，其中聚乙烯醇采用1799、1788、M99中的一种。
3.权利要求1所述的方法，其中氯乙酸的加入量为聚乙烯醇绝干重量的50 100%。
4.权利要求1所述的方法，其中碱采用NaOH，酸采用HCl。
5.权利要求1所述的方法，其中在粉煤灰纤维水相中加入Y-氨丙基三乙氧基硅烷，其 加入量为为粉煤灰纤维绝干重量的20 60%。
6.权利要求1所述的方法，其中在粉煤灰纤维水相中加入羧基化聚乙烯醇，其加入量 为造纸总纤维绝干重量的1 5%。
7.改性粉煤灰纤维与木浆或草浆纤维混合，以干浆计改性粉煤灰纤维木浆或草浆纤 维为1 2 5。
全文摘要
一种粉煤灰纤维应用于造纸过程中的增强改性方法，造纸用聚丙烯酸酰胺化改性剂的制备及应用方法，其特征在于先在反应器中对聚乙烯醇进行羧基化改性，将聚乙烯醇和去离子水加入到反应器中，加热使聚乙烯醇完全溶解后，加入氯乙酸到反应器中，先加入碱调节溶液pH＝10～13，4～6小时后，再加入酸调节溶液pH＝1～4，得到分子链带有羧基基团的聚乙烯醇溶液。然后将粉煤灰纤维分散在水中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷打浆5～10分钟，再加入上述羧基化改性的聚乙烯醇溶液，并添加木质纤维浆料，浆料混合均匀后，在纸页成型机上造纸，最后得到粉煤灰纤维和木质纤维的混合成纸纸张。用本方法对粉煤灰纤维改性能提高粉煤灰纤维成纸纸张的强度。
文档编号C03C25/40GK102086610SQ20101055642
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者王彦华, 陈建定, 马迅 申请人:华东理工大学