CN101514532A - 固废物赤泥超细纤维纸浆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种利用固废物赤泥超细纤维制造纸浆的方法，包括如下步骤：将赤泥超细纤维投入水中，依次加入添加剂：纤维表面改性剂、混合搅拌10～20分钟；纤维分散剂混合搅拌10～20分钟；纤维混溶剂、混合搅拌10～20分钟；再与植物纤维浆液混合，搅拌20～30分钟；然后加入纤维增强剂，混合搅拌30～40分钟；脱除部分水，获得赤泥超细纤维纸浆。本发明的制造方法中，所有过程均在常温下进行，工业化生产成本低；本发明赋予固废物赤泥超细纤维高价值利用，所制备的纸浆可应用于制造文化纸品、包装纸品、功能性纸品和纸质用具和器件。本项目对于资源循环再利用具有明显的意义和价值。

Description

固废物赤泥超细纤维纸浆及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种利用固废物纤维的纸浆，具体涉及一种以工业生产氧化铝的残留物赤泥制备的超细纤维为原料制造纸浆的方法，以及适用于各种纸品的专用纸浆配制方法。

背景技术

工业固废物之一赤泥，是工业生产铝粉或氢氧化铝的残留物，经测定其中含有强碱性的组份其苛性钠为主的碱性组份含量大于10％，Ti、K和Fe元素的氧化物组份达15％，其余组份类似硅酸盐矿物。以这种高碱性的混杂物为基质土壤的环境，不适合于植物生长、也不亦微生物生长，长期堆放浪费土地并造成生态恶化，且污染水源及环境。开发利用赤泥，对于资源循环、废物利用其意义显而易见。通过化学和物理相结合的方法，使之性质上变性，形态上变身，制造成超细纤维，这是综合利用赤泥的方法之一。当纤维直径在3～5μm时则适用于制造纸浆，能够部分代替木纤维造纸，将节省大量的树木资源，有着良好的社会意义和经济价值。但目前尚无如何采用赤泥超细纤维制备纸浆的文献报道，因此该课题的研究开发将具有重要的意义。

因赤泥超细纤维与其它氧化物纤维的化学组份不同，带有较强的碱性，通常其pH值大于8，不能直接用于制造纸浆。如果未经表面改性处理直接应用在造纸中，纤维表面的活性组份将与其它造纸添加剂相互作用甚至发生化学反应，使其它造纸添加剂失效、或使纸浆结絮沉淀等。因此纤维必须作改性处理，解决其表面碱性问题，并使其在纸浆中能良好地分散。本发明即解决这样的问题，从而使赤泥超细纤维在造纸工业中有了用武之地。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种利用固体废弃物的纤维制造纸浆的方法，具体地说，涉及一种高碱性赤泥制备的超细纤维为原料制造各种纸品专用纸浆的方法。

本发明的技术原理是：对碱性的赤泥超细纤维先进行表面化学改性，采用酸碱中和的方法，使纤维表面的pH值接近中性；再通过物理方法改善纤维与水的亲和性，使纤维能漂浮在水相中；通过添加有氢健作用的混溶剂，能够增加无机性质的赤泥超细纤维和有机性质的植物纤维的相容性，使两种纤维易于混合；在上述几种添加剂共同作用下，赤泥超细纤维和植物纤维均匀地混合；最后，通过使用具有高分子链的化合物作用在纤维表面，增加纤维的力学性能，从而获得性能满足造纸要求的纸浆。

本发明的解决方案是：

一种固废物赤泥超细纤维纸浆，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均以干浆计：

赤泥超细纤维  5～90％；

植物纤维      10～95％；

添加剂：纤维表面改性剂、纤维分散剂、纤维混溶剂、纤维增强剂，均相对赤泥超细纤维的重量计：

纤维表面改性剂  0.1～5％；

纤维分散剂      0.5～5％；

纤维混溶剂      0.5～5％；

纤维增强剂      1～10％；

纸浆的固含量为5～80％，水20～95％。

所述纤维表面改性剂为有机酸类化合物，选自乙酸、乙二酸、柠檬酸、水杨酸、磺基水杨酸、对甲苯磺酸、十二烷基磺酸中的一种或两种以上混合。

所述纤维分散剂为醇解类高分子化合物，选自聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇，聚氧化乙烯中的一种或两种以上混合。

所述纤维混溶剂为含胺基化合物或羟基化合物，选自N，N-二甲基甲酰胺；N，N-二甲基乙酰胺、十二烷基硫酸铵、乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丙三醇、正丁醇中的一种或两种以上混合。

所述纤维增强剂为合成高分子化合物或改性的天然高分子化合物，选自聚乙烯醇、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、阳离子淀粉、聚乙烯亚胺、瓜儿豆胶中的一种或两种以上的混合物。

上述所用的4类添加剂，各发挥不同的作用，缺一不可。

纤维表面改性剂的使用是为了调节赤泥超细纤维表面的碱性，通过加入适量的酸性化合物，与纤维表面的碱性物中和，降低pH值；但不可加入太多的酸性化合物，以避免纤维内层的碱性物质释放出过多，造成纤维的损耗；使用较弱的酸性化合物时可以添加较多的量，使用较强的酸性化合物时宜添加较少的量；价格较昂贵的和较价廉的酸性化合物可混合添加，达到较佳的经济效果。

纤维分散剂的使用是为了使赤泥超细纤维在造纸中能充分分散在水相中，流动过程不絮聚。使用高分子类型的分散剂，有利于将赤泥超细纤维包覆和衬托起来，使之飘浮在水相中，并且高分子的链段易于和前一步处理所用的有机酸中烷基相容，使整个体系处于均匀的状态。

纤维混溶剂的使用是为了使改性后的赤泥超细纤维在与植物纤维混合时能充分相容，相互搀合在一起；应用含胺基或羟基的化合物可以增加两种纤维中的氢键作用，使两种纤维有很好的结合力。

纤维增强剂的使用是为了改进赤泥超细纤维的物理机械性能，如强度、抗绕度、耐折性等，以适应各种纸品性能的要求。采用聚合物作为增强剂是最优选的，聚合物具有包覆和联结赤泥超细纤维的作用，且聚合物本身具有足够的力学性能，能满足赤泥超细纤维增强的要求。

所述赤泥超细纤维选自固废物赤泥成纤后经过处理的超细纤维，优选经漂白的、除渣处理的赤泥超细纤维。

所述赤泥超细纤维优选的直径为3～5μm，长度为5～50mm。

所述植物纤维选自造纸通用的植物纤维，包括树木纤维、草纤维、竹纤维、甘蔗纤维、椰棕纤维、回收废纸纤维中的一种或两种以上混合，最优选树木纤维。

为满足不同类型纸品需求的纸浆，可调节赤泥超细纤维与植物纤维混合的比例、赤泥超细纤维与添加剂的比例，制得不同用途不同固含量的纸浆，配方如下：

所述赤泥超细纤维纸浆用于制备文化纸品包括各种书报、文教用纸时，赤泥超细纤维用量为5～30％，植物纤维用量为70～95％，最优选赤泥超细纤维用量为10～20％，最优选植物纤维用量为80～90％；最优选纤维表面改性剂用量为0.5～1.5％；最优选纤维分散剂用量为0.5～2％；最优选纤维混溶剂用量为0.5～2％；最优选纤维增强剂用量为5～7％；

所述赤泥超细纤维纸浆用于制备包装纸品包括涂布纸、箱板纸、瓦楞纸时，赤泥超细纤维用量为20～60％，植物纤维用量为40～80％，最优选赤泥超细纤维用量为30～50％，最优选植物纤维用量为50～70％；最优选纤维表面改性剂用量为0.1～1％；最优选纤维分散剂用量为1～3％；最优选纤维混溶剂用量为3～5％；最优选纤维增强剂用量为7～10％；

所述赤泥超细纤维纸浆用于制备功能性纸品包括工业过滤纸、绝缘纸、防火纸、内装饰纸时，赤泥超细纤维用量为40～80％，植物纤维用量为20～60％，最优选赤泥超细纤维用量为70～80％，最优选植物纤维用量为20～30％；最优选纤维表面改性剂用量为1～3％；最优选纤维分散剂用量为2～4％；最优选纤维混溶剂用量为3～5％；最优选纤维增强剂用量为6～9％；

所述赤泥超细纤维纸浆用于制备用具或器件包括梭锭、托盘、衬垫时，赤泥超细纤维用量为60～90％，植物纤维用量为10～40％，最优选赤泥超细纤维用量为80～90％，最优选植物纤维用量为10～20％；最优选纤维表面改性剂用量为3～5％；最优选纤维分散剂用量为0.5～1％；最优选纤维混溶剂用量为0.5～2％；最优选纤维增强剂用量为9～10％；

所述赤泥超细纤维纸浆的固含量，根据纸浆后续应用需要来调节：纸浆就地用于上网抄造纸品时，固含量控制在低水平，最优选固含量为1～30％；纸浆外运到异地工厂抄造纸品时，固含量控制在高水平，最优选固含量为30～80％。

本发明赤泥超细纤维纸浆的制造方法包括如下步骤：

(1)按配方计量原料：赤泥超细纤维、植物纤维、纤维表面改性剂、纤维分散剂、纤维混溶剂、纤维增强剂、水；

(2)制造纸浆：将赤泥超细纤维投入水中，依次加入三种添加剂：纤维表面改性剂，混合搅拌10～20分钟；纤维分散剂，混合搅拌10～20分钟；纤维混溶剂，混合搅拌10～20分钟；然后与植物纤维浆液混合搅拌20～30分钟；再加入纤维增强剂，混合搅拌30～40分钟；脱除部分水，获得赤泥超细纤维纸浆；

上述所有的操作过程均在常温下进行。

将上述所得纸浆进行pH值测定、固含量测定、得浆率测定；

本发明所述赤泥超细纤维制成的纸浆，pH值为6.8～7.8，固含量为5～80％，得浆率以干浆计为80-95％，最优化条件下，得浆率为90-95％。

将上述纸浆采用与常规造纸相同的工艺输送至造纸机上配抄，可制得各种纸品材料。采用相应的国家标准对本发明纸浆制备的各种纸品进行检测，物理性能可达到植物纤维纸品的同等性能。

本发明利用赤泥超细纤维生产纸浆，使用这种纸浆制造的纸张包装材料可以部分代替聚合物包装材料，降低塑料“白色污染”；使用这种纸浆生产的工业纸品材料，具有防水、防火、绝缘等功能性。使用这种纸浆生产纸品成本较低，使用后易于回收和处理，回归大自然无二次污染。本发明的方法赋予固体废弃物赤泥超细纤维以功能化利用，具良好的循环经济意义。

具体实施方式

实施例1

取除渣后的平均直径4μm、长度5～50mm干态的赤泥超细纤维20份(按重量计，后述相同)，投入到400份的水中，润湿后加入3％(重量含量，后述相同)乙酸水溶液3份、十二烷基磺酸0.3份，以60转/分钟速度搅拌15分钟后，再加入3％聚乙烯醇缩乙醛水溶液16份、3％聚乙二醇水溶液2份，以同样速度搅拌15分钟；继续加入N，N-二甲基乙酰胺0.3份、丙二醇0.2份，保持同样速度搅拌15分钟；接着，加入针叶树木造纸纤维以干纤维计80份，同速搅拌30分钟；然后，加入3％聚乙烯醇水溶液20份、3％阳离子淀粉水溶液20份，同速搅拌40分钟；最后，浆料流经网筛，沥去180份左右的水，获得纸浆料。

纸浆测定：用精密pH试纸测定湿纸浆pH值为7.2；用110℃烘于失重至恒定法测定固含量为26.3％；用重量法测得实际干浆料与纤维总投料量的百分比(得浆率)为93％。

所得纸浆适用于制造各种文化纸品。

实施例2

取除渣后的平均直径4μm、长度5～50mm的干态的赤泥超细纤维40份(按重量计，后述相同)，投入到800份的水中，润湿后加入3％(重量含量，后述相同)乙二酸水溶液3份、柠檬酸0.3份，以60转/分钟速度搅拌20分钟后，再加入3％聚乙烯醇缩甲醛水溶液12份、3％聚氧化乙烯水溶液10份，以同样速度搅拌20分钟；继续加入十二烷基硫酸铵1份、丙三醇0.8份，保持同样速度搅拌10分钟；接着，加入稻草造纸纤维以干纤维计60份，同速搅拌30分钟；然后加入3％羧甲基纤维素水溶液50份、3％阳离子聚丙烯酰胺水溶液30份，同速搅拌30分钟；最后，浆料流经网筛，沥去700份左右的水，获得纸浆料。

纸浆测定：用精密pH试纸测定湿纸浆pH值为7.6；用110℃烘干失重至恒定法测定固含量为33.6％；用重量法测得实际干浆料与纤维总投料量的百分比(得浆率)为89％。

所得纸浆适用于制造各种包装纸品。

实施例3

取除渣后的平均直径4μm、长度5～50mm的干态的赤泥超细纤维80份(按重量计，后述相同)，投入到1600份的水中，润湿后加入3％(重量含量，后述相同)对甲苯磺酸水溶液20份、磺基水杨酸1份，以60转/分钟速度搅拌10分钟后，再加入3％聚氧化乙烯水溶液80份，以同样速度搅拌20分钟后，继续加入N，N-二甲基甲酰胺3份、二丙二醇1份、保持同样速度搅拌10分钟；接着，加入甘蔗造纸纤维以干纤维计20份，同速搅拌30分钟；然后加入3％羧甲基纤维素水溶液100份、3％阳离子淀粉水溶液100份，以同样速度搅拌30分钟；最后，浆料流经网筛，沥去1820份左右的水，获得纸浆料。

纸浆测定：用精密pH试纸测定湿纸浆pH值为6.8；用110℃烘干失重至恒定法测定固含量为52.6％；用重量法测得实际干浆料与纤维总投料量的百分比(得浆率)为83％。

所得纸浆适用于制造各种功能性纸品。

实施例4

取除渣后的平均直径4μm、长度5～50mm的干态的赤泥超细纤维90份(按重量计，后述相同)，投入到1800份的水中，润湿后加入3％(重量含量，后述相同)乙二酸水溶液50份、水杨酸2.5份，以60转/分钟速度搅拌15分钟后，再加入3％聚乙烯醇缩丁醛水溶液90份、3％聚乙二醇水溶液60份，以同样速度搅拌20分钟后，继续加入十二烷基硫酸铵1份、正丁醇0.5份，保持同样速度搅拌10分钟；接着，加入回收废纸纤维以干纤维计10份，同速搅拌30分钟；然后加入3％羧甲基纤维素水溶液250份、3％瓜儿豆胶水溶液50份，以同样速度搅拌30分钟；最后，浆料流经网筛，沥去2300份左右的水，获得纸浆料。

纸浆测定：用精密pH试纸测定湿纸浆pH值为7.8；用110℃烘干失重至恒定法测定固含量为75.6％；用重量法测得实际干浆料与纤维总投料量的百分比(得浆率)为87％。

所得纸浆适用于制造各种用具或器件纸品。

Claims (9)

1、一种固废物赤泥超细纤维纸浆，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均以干浆计：

赤泥超细纤维    5～90％；

植物纤维        10～95％；

添加剂：纤维表面改性剂、纤维分散剂、纤维混溶剂、纤维增强剂，均相对赤泥超细纤维的重量计：

纤维表面改性剂    0.1～5％；

纤维分散剂        0.5～5％；

纤维混溶剂        0.5～5％；

纤维增强剂        1～10％；

纸浆的固含量为5～80％，水20～95％。

所述纤维表面改性剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、柠檬酸、水杨酸、磺基水杨酸、十二烷基磺酸中的一种或两种以上混合。

所述纤维分散剂选自聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇，聚氧化乙烯中的一种或两种以上混合。

所述纤维混溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺；N，N-二甲基乙酰胺、十二烷基硫酸铵、乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丙三醇、正丁醇中的一种或两种以上混合。

所述纤维增强剂选自聚乙烯醇、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、阳离子淀粉、瓜儿豆胶中的一种或两种以上的混合物。

2、根据权利要求1所述的赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，赤泥超细纤维选自经过漂白和除渣处理的赤泥超细纤维，直径为3～5μm，长度为5～50mm。

3、根据权利要求1所述的赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，植物纤维选自树木纤维、草纤维、竹纤维、甘蔗纤维、椰棕纤维、回收废纸纤维中的一种或两种以上混合。

4、根据权利要求1所述的赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，用于制备文化纸品包括各种书报、文教用纸时，赤泥超细纤维用量为5～30％，植物纤维用量为70～95％。

5、根据权利要求1所述赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，用于制备包装纸品包括涂布纸、箱板纸、瓦楞纸时，赤泥超细纤维用量为20～60％，植物纤维用量为40～80％。

6、根据权利要求1所述赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，用于制备功能性纸品包括工业过滤纸、绝缘纸、防火纸、内装饰纸时，赤泥超细纤维用量为40～80％，植物纤维用量为20～60％。

7、根据权利要求1所述赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，用于制备用具或器件包括梭锭、托盘、衬垫时，赤泥超细纤维用量为60～90％，植物纤维用量为10～40％。

8、根据权利要求1所述赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，制造方法包括如下步骤：

(1)按配方计量原料：赤泥超细纤维、植物纤维、纤维表面改性剂、纤维分散剂、纤维混溶剂、纤维增强剂、水；

(2)制造纸浆：将赤泥超细纤维投入水中，依次加入添加剂：纤维表面改性剂、混合搅拌10～20分钟；纤维分散剂、混合搅拌10～20分钟；纤维混溶剂、混合搅拌10～20分钟；然后与植物纤维浆液混合搅拌20～30分钟；再加入纤维增强剂，混合搅拌30～40分钟；脱除部分水，制得赤泥超细纤维纸浆。

9、根据权利要求1所述赤泥超细纤维纸浆，其特征在于，所有的操作过程均在常温下进行。