CN101372818A - 一种矿物超细纤维纸浆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种矿物超细纤维纸浆，由下列组分按重量百分比含量配制而成，组分和重量百分比含量也以干浆计：矿物超细纤维30－60％，有机纤维40－70％，辅料以矿物超细纤维的总重量计：纤维处理剂1－15％，除渣分离剂1－10％，纤维改性剂1－10％，纤维漂白剂0.5－5％；纸浆的固含量为65－75％，水25－35％。将上述矿物超细纤维纸浆采用一定的工艺输送至有机造纸机上配抄纸品，即可造出各种纸制品及其材料。采用相应的国家标准检测产品，均达到植物纤维纸张的同等性能。本发明适用于工业的规模生产，生产制造过程无三废排放，无污染，并大大降低成本，具有废弃物综合利用价值，取代部分木浆，减少森林砍伐，并有显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种纸浆，具体涉及一种矿物超细纤维纸浆的配方，以及以此原料配方制造纸浆的方法。
背景技术
矿物超细纤维是用燃烧煤炭或煤粉后产生的灰和渣在高温熔融下喷丝制造的，其直径为5-7μm(微米)，长度为2-10cm(厘米)。这种无机纤维主要成分SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，TiO2等，可代替部分玻璃纤维制作各种工业材料。粉煤灰纤维及矿物纤维的合理利用是人们十分关注的课题。其中十分有意义的和高附加值的利用是应用于纸浆生产特种纸品。
以矿物超细纤维为原料配制纸浆，可部分代替天然植物纸浆，生产成本低，无水源污染和环境污染，既能解决矿物废物利用问题，又能减低天然植物造纸过程的废物排放，并节省树木资源的耗费。
发明内容
本发明需要解决的一个技术问题是公开一种矿物超细纤维纸浆，以利用矿物超细纤维部分代替天然植物纤维，变废为宝，节省森林资源，保护环境。
本发明需要解决的另一个技术问题是公开一种矿物超细纤维纸浆的制造方法。
本发明的解决方案是：
一种矿物超细纤维纸浆，由下列组分按重量百分比含量配制而成，组分和重量百分比含量也以干浆计：
矿物超细纤维 30-60％；
有机纤维 40-70％；
辅料：纤维处理剂、除渣分离剂、纤维改性剂、纤维漂白剂均以矿物超细纤维的总重量计：
纤维处理剂 1-15％；
除渣分离剂 1-10％；
纤维改性剂 1-10％；
纤维漂白剂 0.5-5％；
纸浆的固含量为65-75％，水25-35％。
所述纤维处理剂选自硝酸、硫酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾或烷基酸金属盐中的一种或不发生反应的两种以上混合。
所述除渣分离剂选自多磷酸钠、藻酰酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和乳化甲基硅油中的一种或两种以上的混合物。
所述纤维改性剂选自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、改性淀粉、羧甲基纤维素和松香胶乳中的一种或两种以上的混合物。
所述纤维漂白剂选自漂白粉、石膏、熟石灰中的一种或多种。
所述矿物超细纤维是以工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物及矿渣、冶金渣为原料制备的纤维，制备过程包括如下步骤：将工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物、添加剂和水混合造粒后，在高温加压下加热熔化，加压下由多孔喷丝板熔融喷出成丝，然后喷洒冷却剂或表面处理剂，制得超细的矿物纤维。
其中，上述添加剂为无机添加剂或/和有机添加剂，无机添加剂和有机添加剂的总量以工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物及矿渣、冶金渣的总重量计为10-15％；无机添加剂选自石灰石、玄武岩石或白岩石中的一种或两种以上混合物，最优选的无机添加剂为石灰石；有机添加剂选自烷基酸钙、烷基酸钡、烷基酸锌、烷基酸镁的一种或两种以上混合物，最优选的有机添加剂为烷基酸钡。
上述冷却剂优选是水。
上述表面处理剂包括水溶性聚合物溶液、酸性水溶液、离子型表面活性剂或含硅表面活性剂中的一种；水溶性聚合物溶液选自乙烯醇稀水溶液、聚丙烯酰胺稀水溶液、水性丙烯酸类树脂稀溶液、水溶性纤维素醚或水溶性聚氨酯溶液中的一种，其重量浓度一般为1-10％；酸性水溶液选自盐酸水溶液、硫酸水溶液、醋酸水溶液、十二烷基硫酸水溶液或十二烷基苯硫酸水溶液中的一种，其重量浓度一般为0.5-5％；离子型表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺硫钠或油酰氨酸钠中的一种；含硅表面活性剂选自烷氧基聚硅氧烷、乳化甲基硅油、氨基改性硅油、羧基改性硅油、聚醚改性硅油、醇改性硅油等中的一种。
上述熔化温度为1100-1500℃。
上述矿物熔体喷丝的压力为0.35-0.65MPa。
所述矿物超细纤维优选的直径为5-7μm，长度为1-8cm。
所述有机纤维选自木纤维浆、草纤维浆、混合植物纤维浆以及废纸浆中的一种或两种以上混合，最优选木纤维浆。
根据目标产物的用途不同，可调节矿物超细纤维浆液与有机纤维浆液混合的比例，以满足纸张不同应用的要求：
所述矿物超细纤维纸浆用于制备各种书本、报纸、文教用纸时，矿物超细纤维用量为40-60％，有机纤维用量为40-60％，最优选矿物超细纤维用量为40％，有机纤维用量为60％。
所述矿物超细纤维纸浆用于制备箱板纸、瓦楞纸、工业过滤纸、装饰纸和各种包装纸时，矿物超细纤维用量为40-60％，有机纤维用量为40-60％，最优选矿物超细纤维用量为50％，有机纤维用量为50％。
所述矿物超细纤维纸浆用于制备托盘、梭锭、包装材料时，矿物超细纤维用量为50-70％，有机纤维用量为30-50％，最优选矿物超细纤维用量为60％，有机纤维用量为40％。
本发明矿物超细纤维纸浆的制造方法包括如下步骤：
(1)按配方备原料：矿物超细纤维、有机纤维、纤维处理剂、除渣分离剂、纤维改性剂、纤维漂白剂；
(2)将矿物超细纤维经过湿法进行除渣、切断、疏解后，添加纤维处理剂、除渣分离剂、纤维改性剂和纤维漂白剂，然后在0.1-0.5MPa、温度为120℃的条件下，搅拌80-120分钟，获得分散均匀的浆液，再与有机纤维浆液混合磨浆、脱水，获得矿物超细纤维纸浆。
将上述纸浆采用常规的方法输送至造纸机上配抄纸品，制得纸张材料。
所述除渣处理，是指矿物超细纤维在除渣机器上进行湿法除渣，水的重量为75-85％，矿物超细纤维的重量为15-25％，清除其中的结粒或结块，除渣机器为具有多层网状过滤装置，通常为3-5层，最优选5层过滤网。
所述切断处理，是指使用具有固定刀和转刀的纤维切断机、采用湿法剪切将矿物超细纤维切为长度3-5mm以下的短纤维，最优选长度为4mm以下。
所述疏解处理，是指切短的矿物超细纤维在通用的疏解机上进行疏解，其目的是使矿物超细纤维在水中均匀分散，不产生聚集。
所述湿法是指水的重量为60-80％、矿物超细纤维的重量为20-40％，最优选水的重量为70％，矿物超细纤维的重量为30％。
本发明所述矿物超细纤维制成的纸浆，得浆率以干浆计为85-92％，最优化条件下，得浆率为90-92％。
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。
矿物超细纤维纸张包装材料可以代替聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料包装材料。使用后易于回收和处理，可回归大自然，无二次污染。
本发明将矿物超细纤维用于造纸，提高了矿物工业废弃物应用的附加值，所制造的纸品可在文化教育、工业生产、包装材料等方面有很好的应用前景。该技术的工艺方法适用于工业规模生产，矿物超细纤维纸浆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弃物以功能化利用，取代木浆，节省原木耗费，对保护森林资源意义显著。
具体实施方式
实施例1
用直径5-7μm长度2-10cm的矿物超细纤维20份(按重量计，后述相同)，水80份，调和后物料进入5层网的除渣机器中，除渣过滤后，用纤维切断机将纤维切成长度5-7cm的短纤。随后，送入多量疏解机中疏解；接着，加入5％醋酸水溶液8份，8％改性淀粉水溶液5份、6％乳化甲基硅油6份和10％漂白粉3份，物料输送到压力容器中，控制容器中压力0.5MPa、控制温度90-100℃、搅拌80分钟，制得矿物超细纤维分散均匀的浆液。以干浆计，得率90％。然后在矿物超细纤维溶液中，加入预先制备好的木纤维浆以干浆计20份，磨浆，使之分散均匀；再转入脱水机中脱水；所得到的复合纸浆，再输送至高位槽，控制出料流速，输往造纸机上造纸。所制得的纸张适合于做箱板纸。依据国标GB/T 13024-1999(箱板纸)对所制备的箱板纸进行测试，其性能指标处于A-B级之间：
定量 258g/m2
抗张指数 19.2Nm/g
耐破指数 1.04kPa·m2/g
(横向)环压指数 5.2Nm/g
(横向)耐折度 ≥55次
吸水性(正/反) 27g/m2
交货水分 7.5％
实施例2
用直径5-7μm长度2-10cm的矿物超细纤维20份(按重量计，后述相同)，水80份，调和后物料进入5层网的除渣机器中，除渣过滤后，用纤维切断机将纤维切成长度5-7cm的短纤。随后，送入多量疏解机中疏解；接着，加入5％醋酸水溶液2份、2％硫酸水溶液1份、烷基酸镁3份、烷基酸锌3份、6％聚丙烯酰胺水溶液2份、10％聚乙烯醇水溶液2份、6％乳化甲基硅油2份和10％漂白粉1份，物料输送到压力容器中，控制容器中压力0.3MPa、控制温度90-100℃、搅拌80分钟，制得矿物超细纤维分散均匀的浆液。以干浆计，得率91％。然后在矿物超细纤维溶液中，加入预先制备好的木纤维浆以干浆计80份，磨浆，使之分散均匀；再转入脱水机中脱水；所得到的复合纸浆再输送至高位槽，控制出料流速，输往造纸机上造纸。所制得的纸张适合于文教纸。依据国标GB/T 18935-2001(中小学教科书用纸、印刷质量标准和检验方法)对所制备的纸张进行测定，其性能指标处于A-C级之间：
定量 60g/m2
厚度 65μm
白度 80％
不透明度 85％
平滑度(正反面平均) 30s
(正反面差) 25％
抗张强度(纵横平均) 25Nm/g
施胶度 0.30mm
耐折度(横向) 17次
尘埃度(0.2) 85％
印刷表面强度(正反面均) 1.20m/s
交货水分 4.0％
实施例3
用直径5-7μm长度2-10cm的矿物超细纤维18份(按重量计，后述相同)，水82份，调和后物料进入5层网的除渣机器中，除渣过滤后，用纤维切断机将纤维切成长度3-5cm的短纤。随后，送入多量疏解机中疏解；接着，加入4％多磷酸钠水溶液3份、2％十二烷基硫酸钠2份、烷基酸钡1份、藻酰酸钠2份、10％聚乙烯醇溶液1份、6％乳化甲基硅油2份、12％熟石灰1份，物料输送到压力容器中，控制容器中压力0.5MPa、控制温度70-80℃、搅拌90分钟，制得矿物超细纤维分散均匀的浆液。以干浆计，得率92％。然后在矿物超细纤维溶液中，加入预先制备好的木纤维浆以干浆计12份，磨浆，使之分散均匀；再转入脱水机中脱水；所得到的复合纸浆再输送至高位槽，控制出料流速，输往造纸机上造纸。所制得的纸张适合于做包装纸袋纸。依据国标GB/T 7968-1996(纸袋纸)对所制备的纸袋进行测定，其性能指标处于优等～1之间：
定量 90g/m2
撕裂度 800mN
透气度 4.0μm/Pa·S
吸水性 17g/m2
抗张强度(横向) 3.0kN/m
伸长率(纵向) 2.0％
抗张能量吸收(纵向) 65J/m2
(横向) 70J/m2
水分 8.7％
实施例4
用直径5-7μm长度2-10cm的矿物超细纤维20份(按重量计，后述相同)，水80份，调和后物料进入5层网的除渣机器中，除渣过滤后，用纤维切断机将纤维切成长度3-5cm的短纤。随后，送入多量疏解机中疏解；接着，加入4％醋酸水溶液3份、烷基酸镁2份、多磷酸钠3份、6％聚丙烯酰胺水溶液2份、6％羧甲基纤维素水溶液2份、10％熟石灰1份，物料输送到压力容器中，控制容器中压力0.3MPa、控制温度90-95℃、搅拌80分钟，制得矿物超细纤维分散均匀的浆液。以干浆计，得率90％。然后在矿物超细纤维溶液中，加入预先制备好的木纤维浆以干浆计5份，磨浆，使之分散均匀；再转入脱水机中脱水；所得到的复合纸浆再输送至高位槽，控制出料流速，输往造纸机上造纸。所制得的纸张适合于做包装托盘。依据GB/T453-2002(纸和纸板抗张强度的测定)和GB/T13024-1999(箱板纸)对所制备的纸质托盘进行测定，其性能如下：
定量 500g/m2
紧度 0.88g/m3
横向抗张强度 18kN/m(厚1.0mm)
26kN/m(厚1.5mm)
吸水性 3.5g/m2
耐温 500C
实施例5
纤维的制备
用粉煤灰100份(按重量计，后述相同)、石灰石8份、烷基酸钠锌2份，掺和25份水使粉料润湿并有粘结性，利用双棍型造粒机，造成粒径约8cm的球粒，投入1250℃的封闭式融化炉中，待完全熔融后，利用熔体液面于喷丝嘴的高度差来调节压力差，当压力达0.5MPa时，开闸喷丝。在喷丝嘴出口5cm，朝喷出的细丝上均匀地喷洒乳化甲基硅油和油酰氨基酸钠混合液水雾，使之冷却。收丝，得到直径为5-7μm，长度为2-10cm的矿物超细纤维。
Claims (10)
1.一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：由下列组分按重量百分比含量配制而成，组分和重量百分比含量也以干浆计：
矿物超细纤维 30-60％；
有机纤维 40-70％；
辅料：纤维处理剂、除渣分离剂、纤维改性剂、纤维漂白剂均以矿物超细纤维的总重量计：
纤维处理剂 1-15％；
除渣分离剂 1-10％；
纤维改性剂 1-10％；
纤维漂白剂 0.5-5％；
纸浆的固含量为65-75％，水25-35％。
2.如权利要求1所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：矿物超细纤维是以工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物及矿渣、冶金渣为原料制备的纤维，制备过程包括如下步骤：将工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物、添加剂和水混合造粒后，在高温加压下加热熔化，加压下由多孔喷丝板熔融喷出成丝，然后喷洒冷却剂或表面处理剂，制得超细的矿物纤维。
3.如权利要求1所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：矿物超细纤维的直径为5-7μm，长度为1-8cm。
4.如权利要求1所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：用于制备各种书本、报纸、文教用纸时，矿物超细纤维用量为40％，有机纤维用量为60％。
5.如权利要求1所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：用于制备各种书本、报纸、文教用纸时，矿物超细纤维用量为50％，有机纤维用量为50％。
6.如权利要求1所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：用于制备各种书本、报纸、文教用纸时，矿物超细纤维用量为60％，有机纤维用量为40％。
7.如权利要求1所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：制造方法包括如下步骤：
(1)按配方备原料：矿物超细纤维、有机纤维、纤维处理剂、除渣分离剂、纤维改性剂、纤维漂白剂；
(2)将矿物超细纤维经过湿法进行除渣、切断、疏解后，添加纤维处理剂、除渣分离剂、纤维改性剂和纤维漂白剂，然后在0.1-0.5MPa、温度为120℃的条件下，搅拌80-120分钟，获得分散均匀的浆液，再与有机纤维浆液混合磨浆、脱水，获得矿物超细纤维纸浆。
8.如权利要求7所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：制造方法中除渣处理，是指矿物超细纤维在除渣机器上进行湿法除渣，水的重量为75-85％，矿物超细纤维的重量为15-25％，清除其中的结粒或结块，除渣机器为具有多层网状过滤装置，通常为3-5层过滤网。
9.如权利要求7所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：制造方法中切断处理，是指使用具有固定刀和转刀的纤维切断机、采用湿法剪切将矿物超细纤维切为长度3-5mm以下的短纤维。
10.如权利要求7所述的一种矿物超细纤维纸浆，其特征在于：制造方法中湿法是指水的重量为60-80％、矿物超细纤维的重量为20-40％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: JIAOZUO YINXING SPECIAL FIBER TECHNOLOGY DEVELOPME Free format text: FORMER OWNER: ZHANGZHOU SANHEXING MECHANICAL EQUIPMENT CO., LTD. Effective date: 20090508 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20090508 Address after: Henan Xiuwu County Yuntai Avenue in the middle: 454300 post encoding Applicant after: Jiaozuo Yinxing Special Fiber Science & Technology Development Co., Ltd. Address before: Fujian province Zhangzhou City Xiangcheng District Tsinghua Yuan Building 2 No. 18 post encoding: 363000 Applicant before: Zhangzhou Sanhexing Machinery Equipment Co., Ltd. |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ZHANGZHOU SANHEXING MECHANICAL EQUIPMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: JIAOZUO YINXING SPECIAL FIBER TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Effective date: 20091225 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20091225 Address after: Fujian province Zhangzhou City Xiangcheng District Tsinghua Yuan Building 2 No. 18 post encoding: 363000 Applicant after: Zhangzhou Sanhexing Machinery Equipment Co., Ltd. Address before: Henan Xiuwu County Yuntai Avenue in the middle: 454300 post encoding Applicant before: Jiaozuo Yinxing Special Fiber Science & Technology Development Co., Ltd. |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090225 |