CN108611920B - 一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，以淀粉，苯乙烯，丙烯酸丁酯为原料，通过乳液聚合方法制备出一种新型无机纤维用增强剂，其合成原料用量为：淀粉10重量份，苯乙烯10~18重量份，丙烯酸丁酯2~10重量份。将增强剂用于粉煤灰/煤矸石纤维表面，达到对纤维的增强作用，便可以使粉煤灰/煤矸石纤维用于造纸业中，可节约植物纤维，还能够减少制浆过程所产生的污染，降低造纸成本。

Description

一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种无机纤维用增强剂。
背景技术
随着现代人类文明的不断发展，纸张已逐渐成为工业、农业、商业、建筑业等领域不可或缺的材料，而不完全仅局限于书写等文化领域的使用，纸张需求量也在逐年上升。众所周知，纸张、纸板的原料主要是植物纤维，而树木中就含有大量的植物纤维，因此对树木的大量砍伐使我国森林覆盖面锐减，使得动物失去栖息地、土壤沙漠化、气候变差，严重影响了我国的生态平衡由于不同领域对纸张各方面性能的需求度有所不同，仅利用植物纤维抄纸已无法满足人们对纸张性能的特殊需求。因此，利用无机纤维造纸技术在近年来得到了较快的发展。
目前国内有相关报道反映粉煤灰/煤矸石纤维与植物纤维在形状上有相似之处，经过处理的粉煤灰/煤矸石纤维白度可达到76℃，（国家标准限定静电复印纸最高白度是54℃，国家标准限定未涂布文化纸最高白度是94℃），因此，粉煤灰/煤矸石纤维可以作为一种非常友好的纤维与植物纤维进行混合造纸。但由于粉煤灰/煤矸石纤维属于无机纤维，具有脆性大、强度低的缺点，直接应用时，只能应用于造纸的纸浆填充料或代替部分植物纤维应用于纸板、低档包装纸上。若将粉煤灰/煤矸石纤维进行改性处理，将会大大提高其在造纸方面的应用范围和广度。本发明以淀粉，苯乙烯，丙烯酸丁酯为原料，通过乳液聚合方法制备出一种新型无机纤维用增强剂，将增强剂用于粉煤灰/煤矸石纤维表面，达到对纤维的增强作用，便可以使粉煤灰/煤矸石纤维用于造纸业中，可节约植物纤维，还能够减少制浆过程所产生的污染，降低造纸成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，该增强剂可对粉煤灰/煤矸石纤维表面进行改性，改变其刚性强、脆性大、易断裂的缺点。
一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
室温下取10重量份淀粉，0.5重量份亚硫酸氢钠，0.02重量份硫酸亚铁加入至反应釜中，加入70重量份去离子水，磁力搅拌30min，将溶液缓慢升温至90℃~95℃，继续恒温磁力搅拌50min，使淀粉充分糊化。将上述糊化的淀粉降温至80℃左右，加入20重量份苯乙烯和丙烯酸丁酯单体，搅拌均匀后缓慢滴加2.5重量份双氧水，1.5~2 h滴加完毕，再加入8重量份功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体，在80℃下恒温搅拌反应90 min，出料，即得新型无机纤维用增强剂增强剂。
有益效果：本发明提供一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，通过淀粉对粉煤灰/煤矸石纤维的吸附作用，将增强剂吸附于纤维表面，形成一层吸附膜，以达到纤维的增强作用。此外在制备过程中加入了功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体材料，在较低的加量下就可显著提高聚合物物理、化学及力学性能，二者协同作用可大幅度提高粉煤灰/煤矸石纤维的增强改性。
具体实施方式
实施例1
室温下取10重量份淀粉，0.5重量份亚硫酸氢钠，0.02重量份硫酸亚铁加入至反应釜中，加入70重量份去离子水，磁力搅拌30min，将溶液缓慢升温至90℃~95℃，继续恒温磁力搅拌50min，使淀粉充分糊化。将上述糊化的淀粉降温至80℃左右，加入13重量份苯乙烯和7重量份丙烯酸丁酯单体，搅拌均匀后缓慢滴加2.5重量份双氧水，1.5~2 h滴加完毕，再加入8重量份功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体，在80℃下恒温搅拌反应90 min，出料，即得新型无机纤维用增强剂增强剂。
上述功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体制备方法如下：
取5重量份黄原胶，2重量份十四胺，溶于15重量份乙醇中，磁力搅拌1h得到分散剂溶液。将溶液以50ml/min喷雾速率喷入10重量份高速搅拌的MOF-SO3@ KIT-6纳米体中，搅拌速率为1000转/min，搅拌结束后将混合物转移至反应釜中，在氮气氛围，80~90℃，0.5kPa下以500~600转/min搅拌12h，即得到功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体。
上述MOF-SO3@ KIT-6纳米体制备方法如下：取20份KIT-6粉末超声分散在30份,N-N—二甲基乙酰胺（DMA）中，而后分别称取45份水合氧氯化锆和6份2—磺酸对苯二甲酸钠加入上述分散液中,而后添加9份甲酸,超声分散310min，将其转移至聚四氟乙烯内衬中,盖好盖子并放入反应釜中密封紧密,然后置于150℃的恒温烘箱中持续反应14h,将反应产物通过离心分离出来,先用新鲜的DMF溶剂清洗3次,再用新鲜的乙醇溶剂多次洗涤,离心分离产物最后置于50℃的烘箱中保持6h,即得到MOF-SO3@ KIT-6复合纳米粉末。
实施例2
与实施例1完全相同，不同在于：加入18重量份苯乙烯和2重量份丙烯酸丁酯单体。
实施例3
与实施例1完全相同，不同在于：加入17重量份苯乙烯和3重量份丙烯酸丁酯单体。
实施例4
与实施例1完全相同，不同在于：加入16重量份苯乙烯和4重量份丙烯酸丁酯单体。
实施例5
与实施例1完全相同，不同在于：加入15重量份苯乙烯和5重量份丙烯酸丁酯单体。
实施例6
与实施例1完全相同，不同在于：加入14重量份苯乙烯和6重量份丙烯酸丁酯单体。
实施例7
与实施例1完全相同，不同在于：加入12重量份苯乙烯和8重量份丙烯酸丁酯单体。
实施例8
与实施例1完全相同，不同在于：加入11重量份苯乙烯和9重量份丙烯酸丁酯单体。
实施例9
与实施例1完全相同，不同在于：加入10重量份苯乙烯和10重量份丙烯酸丁酯单体。
对比例1
与实施例1完全相同，不同在于：只是不加入功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体。
对比例2
与实施例1完全相同，不同在于：只是加入的是未经处理的MOF-SO3@ KIT-6纳米体。
对比例3
与实施例1完全相同，不同在于：只是制备功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体时不加入十四胺。
对比例4
与实施例1完全相同，不同在于：只是制备功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体时不加入黄原胶。
对比例5
与实施例1完全相同，不同在于：只是制备功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体时不置于氮气氛围中。
对比例6
与实施例1完全相同，不同在于：只是制备该无机纤维用增强剂时不加入硫酸亚铁。
对比例7
与实施例1完全相同，不同在于：只是制备该无机纤维用增强剂时不加入丙烯酸丁酯。
对比例8
与实施例1完全相同，不同在于：只是制备该无机纤维用增强剂时不加入苯乙烯。
对比例9
与实施例1完全相同，不同在于：只是制备该无机纤维用增强剂时加入2重量份双氧水，1重量份亚硫酸氢钠。
按下述方法对本发明实施例1~9与对比例1~9制备的无机纤维用增强剂进行性能测试：1、粉煤灰/煤矸石纤维的增强改性
称量99 g水置于烧杯中，向其中加入1 g的增强剂乳液，充分摇匀，再加入2 g的粉煤灰/煤矸石纤维，使用50 r/min的搅拌速率使其分散均匀，静置1 h后，抽滤得到增强改性后的粉煤灰/煤矸石纤维，然后将增强粉煤灰/煤矸石纤维放入烘箱中烘干备用。
2、纤维增强改性效果评价
将增强纤维烘干至恒重，称取50g的增强纤维于研钵中，研磨80次，120目过筛60次，称量过筛后剩余增强纤维的质量，计算其过筛率。
过筛率%=（M0-M）/M0×100%
式中：M0—过筛前纤维的干重（g）；M—过筛后剩余纤维的干重（g）。
无机纤维用增强剂性能评价结果
Figure 707730DEST_PATH_IMAGE002
由上表可知，使用实施例1条件下制备的无机纤维用增强剂作用于粉煤灰/煤矸石纤维时其过筛率最低，其余实施例效果不明显，说明实施例1条件下制备的增强剂增强效果出乎意料的好，当苯乙烯和丙烯酸丁酯单体总量不变时，随着单体配比用量的改变，粉煤灰/煤矸石纤维过筛率先降低后升高，可能的原因是随着单体质量比越高，粉煤灰/煤矸石纤维表面包覆的薄膜韧性增加，但当质量比例过高时，过多的苯乙烯不利于增强剂乳液在纤维上良好成膜，故过筛率呈下降趋势。另外对比例1~5说明功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体的加入及其重量份数对增强剂的增强性能影响较大，对比例5~9说明制备无机纤维用增强剂时原料的选择及条件的选用对增强剂性能有突出影响。

Claims (5)

1.一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤:室温下取10重量份淀粉，0.5重量份亚硫酸氢钠，0.02重量份硫酸亚铁加入至反应釜中，加入70重量份去离子水，磁力搅拌30min，将溶液缓慢升温至90℃~95℃，继续恒温磁力搅拌50min，使淀粉充分糊化,将上述糊化的淀粉降温至80℃，加入20重量份苯乙烯和丙烯酸丁酯单体，搅拌均匀后缓慢滴加2.5重量份双氧水，1.5~2 h滴加完毕，再加入8重量份功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体，在80℃下恒温搅拌反应90 min，出料，即得无机纤维用增强剂。
2.根据权利要求1所述一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，其特征在于上述步骤中搅拌速度为200~300r/min。
3.根据权利要求1所述一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，其特征在于上述步骤中苯乙烯与丙烯酸丁酯质量比为9:1~1:1。
4.根据权利要求1所述一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，其特征在于上述步骤中反应釜为陶瓷电加热反应釜。
5.根据权利要求1所述一种制浆造纸用无机纤维用增强剂的制备方法，其特征在于上述步骤中所述功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体制备方法如下： 取20份KIT-6粉末超声分散在30份,N-N—二甲基乙酰胺（DMA）中，而后分别称取45份水合氧氯化锆和6份2—磺酸对苯二甲酸钠加入上述分散液中,而后添加9份甲酸,超声分散30min，将其转移至聚四氟乙烯内衬中,盖好盖子并放入反应釜中密封紧密,然后置于150℃的恒温烘箱中持续反应24h,将反应产物通过离心分离出来,先用新鲜的DMF溶剂清洗3次,再用新鲜的乙醇溶剂多次洗涤,离心分离产物最后置于50℃的烘箱中保持6h,即得到MOF-SO3@ KIT-6复合纳米粉末, 取5重量份黄原胶，2重量份十四胺，溶于15重量份乙醇中，磁力搅拌1h得到分散剂溶液,将溶液以50ml/min喷雾速率喷入10重量份高速搅拌的MOF-SO3@ KIT-6复合纳米粉末中，搅拌速率为1000转/min，搅拌结束后将混合物转移至反应釜中，在氮气氛围，80~90℃，0.5kPa下以500~600转/min搅拌12h，即得到功能化MOF-SO3@ KIT-6纳米体。
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