CN101736588B - 一种粉煤灰纤维表面有机化改性方法 - Google Patents
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Abstract
一种粉煤灰纤维表面有机化改性方法，其特征在于：首先以聚乙烯醇缩丁醛和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵在NaOH存在下进行反应，并以醋酸溶液中和，制备成改性剂水溶液；其次，将粉煤灰纤维分散在水中，干纤重量含量为3～5％，浸泡20～30分钟后，加入用水稀释1倍的改性剂水溶液，再搅拌3～5分钟后停止，平衡吸附20～40分钟，将粉煤灰纤维从水相中取出、烘干，得到表面有机化改性的粉煤灰纤维。用本方法制备的表面有机化改性粉煤灰纤维，可以改善其在水中的分散性，将其作为纸浆增加了粉煤灰纤维与木浆或草浆纤维之间的结合力，改善粉煤灰纤维纸张的强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉煤灰纤维表面有机化改性方法，具体地说，是一种用于造纸的粉煤灰纤维表面改性剂的制造方法。
背景技术
粉煤灰纤维是一种混杂无机氧化物纤维，表面性质与通常的无机氧化物相似，与有机物相容性差。当纤维应用与有机物混合时，不能满足两相作用良好的要求，产生不相容的结果，具体表现为：当100％用粉煤灰纤维抄纸时，抄出的纸张蓬松、强度差，这是粉煤灰纤维之间无粘结力所致，当在木浆纤维或草浆纤维中掺用20％及以上的粉煤灰纤维时，也会出现纸张强度差的现象。因此，改善粉煤灰纤维的表面性能尤其是有机化意义显然。
中国专利CN1055551公开了新型水松纸水溶性涂料粘合剂。现有的水松纸粘合剂一般采用酒精作溶剂，以聚乙烯醇缩丁醛树脂(六号胶)为胶粘剂。该发明是以水为溶剂、缩丁醛树脂为胶粘剂。适用于卷烟制造行业。
中国专利CN1096656公开了一种香烟烟嘴水松纸用涂料的配方以及制作方法。将氧化铁红粉、氧化铁黄粉、碳精粉、医用滑石粉、食用酒精、钙粉、聚乙烯醇缩丁醛树脂等按照一定的比例混合、搅拌、研磨而成，这种涂料的生产原材料都是普通的化工原料、原料易得、生产方法又比较简单，而且产品的成本低廉，将它涂刷在烟嘴水松纸上后烟嘴的外表美观、光滑度好。
中国专利CN101250032公开了一种粉煤灰纤维表面处理及其用于沥青增强改性的技术，其特征在于，先将粉煤灰纤维进行表面处理，其方法为：将有机酸加入到加热的无水乙醇中，搅拌使之完全溶解，得到有机酸表面处理剂；将粉煤灰纤维加热到80-120℃后，在其上均匀地喷洒有机酸表面处理剂，然后在80-120℃下烘干，即得到表面处理的粉煤灰纤维。再将表面处理的粉煤灰纤维加入到加热至60-90℃的沥青中，搅拌均匀即得到粉煤灰纤维改性的沥青。采用该技术制备的粉煤灰纤维增强改性沥青，与未增强改性的沥青相比，其冲击强度、压缩强度、拉伸强度提高50-500％。
中国专利CN101249664公开了一种沥青改性粉煤灰纤维板材的制备技术，其特征在于，先将沥青制备成一定浓度的溶液，沥青溶液的制备方法：将溶剂加热到一定的温度，再将沥青加入到加热的溶剂中，搅拌使沥青完全溶解。将粉煤灰纤维加热到80-120℃，将沥青溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再将粉煤灰纤维在一定的温度、一定的压强下进行热压成型，脱模后自然凉干，即得到沥青改性粉煤灰纤维板材。用该技术制备的沥青改性粉煤灰纤维板材，有较好的冲击强度、压缩强度、拉伸强度，可用作装饰材料。
中国专利CN101225205公开了一种粉煤灰纤维棉增强聚氯乙烯复合材料及其制备方法，本发明采用熔融共混技术和依靠偶联剂和软化剂改性的粉煤灰纤维棉，提高与聚氯乙烯树脂的相容性，形成了两者协同填充的聚氯乙烯复合材料。同时由于粉煤灰纤维棉是一种绿色环保、廉价的材料，可大大降低生产成本。本发明的制备方法简单易行，粉煤灰纤维棉的改性均可在偶联剂和软化剂的水溶液中进行，无需其它溶剂，无毒无污染，且绿色环保，产物可直接烘干，后处理容易。通过该发明的方法能制备出粉煤灰纤维棉均匀分布且与聚氯乙烯具有良好的界面相容性的粉煤灰纤维棉增强聚氯乙烯复合材料。
本技术的创新点在于：选用聚乙烯醇缩丁醛为原料，聚乙烯醇分子链上有大量的羟基，有很好的亲水性和形成氢键的能力，聚乙烯醇缩丁醛在干燥后能形成交联结构，可以在粉煤灰纤维表面进行包覆。在聚乙烯醇分子链上引入阳离子基团，从而获得一定的正电性，这种带正电的聚乙烯醇便可以与带负电的木浆纤维和粉煤灰纤维相互作用，从而使聚乙烯醇缩丁醛吸附到粉煤灰纤维表面，避免聚乙烯醇缩丁醛游离在水相中，从而实现对粉煤灰纤维表面进行有机包覆。
发明内容
一种粉煤灰纤维表面有机化改性方法，其特征在于：先制备改性剂水溶液；其次将粉煤灰纤维分散在水中，以干纤计重量含量为3～5％，浸泡20～30分钟，加入用水稀释1倍的改性剂水溶液，搅拌3～5分钟，停止搅拌，平衡吸附20～40分钟，将粉煤灰纤维从水相中取出、烘干，得到表面有机化改性的粉煤灰纤维。
所述的改性剂水溶液制备方法是：将聚乙烯醇缩丁醛稀释成重量含量为2～3％的水溶液，搅拌下往其中加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌20～30分钟后，再往其中加入NaOH溶液，升温至50～60℃，反应3～6小时。反应完毕后，用醋酸溶液进行中和至pH为6.5～7.5，得到改性剂水溶液。
所述的改性剂水溶液的加入量为粉煤灰纤维重量的40～80％。
所述的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的加入量为聚乙烯醇缩丁醛绝干重量的10～30％。
所述的NaOH溶液的重量浓度为10～30％，加入量为：NaOH与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的摩尔比为1∶1。
用本方法制备的表面有机化改性粉煤灰纤维，可以改善其在水中的分散性，将其作为纸浆增加了粉煤灰纤维与木浆或草浆纤维之间的结合力，改善粉煤灰纤维纸张的强度。
具体实施方式
实施例1
在100升带搅拌、加热的反应釜中加入60kg重量含量为3％的聚乙烯醇缩丁醛水溶液，开启搅拌，将540g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加入到聚乙烯醇缩丁醛水溶液中，搅拌30分钟后，再加入713g 20％NaOH水溶液，升温至60℃，反应3小时。反应完毕后，降温至40℃以下出料，得到改性剂水溶液60.7kg。
将80kg粉煤灰纤维分散在1600kg水中，浸泡28分钟，将上述改性剂水溶液60.7kg加入60.7kg水进行稀释，加入到反应釜中，搅拌3分钟，停止搅拌，平衡吸附35分钟，将粉煤灰纤维从水中取出、烘干，得到表面有机化改性后的粉煤灰纤维。
实施例2
在100升带搅拌、加热的反应釜中加入70kg重量含量为2％的聚乙烯醇缩丁醛水溶液，开启搅拌，将140g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加入到聚乙烯醇缩丁醛水溶液中，搅拌20分钟后，再其中加入370g 10％NaOH水溶液，升温至50℃，反应6小时。反应完毕后，降温至40℃以下出料，得到改性剂水溶液70.2kg。
将175kg粉煤灰纤维分散在3500kg水中，浸泡30分钟，将上述改性剂水溶液70.2kg加入70.2kg水进行稀释，加入到反应釜中，搅拌5分钟，停止搅拌，平衡吸附25分钟，将粉煤灰纤维从水中取出、烘干，得到表面有机化改性后的粉煤灰纤维。
实施例3
在100升带搅拌、加热的反应釜中加入75kg重量含量为2.5％的聚乙烯醇缩丁醛水溶液，开启搅拌，将375g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加入到聚乙烯醇缩丁醛水溶液中，搅拌25分钟后，再其中加入660g 15％NaOH水溶液，升温至55℃，反应5小时。反应完毕后，降温至40℃以下出料，得到改性剂水溶液75.6kg。
将150kg粉煤灰纤维分散在5000kg水中，浸泡25分钟，将上述改性剂水溶液75.6kg加入75.6kg水进行稀释，加入到反应釜中，搅拌4分钟，停止搅拌，平衡吸附30分钟，将粉煤灰纤维从水中取出、烘干，得到表面有机化改性后的粉煤灰纤维。
实施例4
在100升带搅拌、加热的反应釜中加入72kg重量含量为2.8％的聚乙烯醇缩丁醛水溶液，开启搅拌，将202g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加入到聚乙烯醇缩丁醛水溶液中，搅拌25分钟后，再其中加入178g 30％NaOH水溶液，升温至58℃，反应4小时。反应完毕后，降温至40℃以下出料，得到改性剂水溶液72.0kg。
将100kg粉煤灰纤维分散在2500kg水中，浸泡20分钟，将上述改性剂水溶液72.0kg加入72.0kg水进行稀释，加入到反应釜中，搅拌3分钟，停止搅拌，平衡吸附40分钟，将粉煤灰纤维从水中取出、烘干，得到表面有机化改性后的粉煤灰纤维。
实施例5
在100升带搅拌、加热的反应釜中加入65kg重量含量为2.2％的聚乙烯醇缩丁醛水溶液，开启搅拌，将360g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加入到聚乙烯醇缩丁醛水溶液中，搅拌25分钟后，再其中加入380g 25％NaOH水溶液，升温至52℃，反应5.5小时。反应完毕后，降温至40℃以下出料，得到改性剂水溶液65.3kg。
将110kg粉煤灰纤维分散在2450kg水中，浸泡30分钟，将上述改性剂水溶液65.3kg加入65.3kg水进行稀释，加入到反应釜中，搅拌5分钟，停止搅拌，平衡吸附20分钟，将粉煤灰纤维从水中取出、烘干，得到表面有机化改性后的粉煤灰纤维。
Claims (4)
1.一种粉煤灰纤维表面有机化改性方法，其特征在于：先制备改性剂水溶液；其次将粉煤灰纤维分散在水中，以干纤计重量含量为3～5％，浸泡20～30分钟，加入用水稀释1倍的改性剂水溶液，搅拌3～5分钟后停止，平衡吸附20～40分钟，将粉煤灰纤维从水相中取出、烘干，得到表面有机化改性的粉煤灰纤维；
所述的改性剂水溶液制备方法是：将聚乙烯醇缩丁醛稀释成重量含量为2～3％的水溶液，搅拌下往其中加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌20～30分钟后，再往其中加入NaOH溶液，升温至50～60℃，反应3～6小时；反应完毕后，用醋酸溶液进行中和至pH为6.5～7.5，得到改性剂水溶液。
2.如权利要求1所述的一种粉煤灰纤维表面有机化改性方法，其特征在于所述的改性剂水溶液的加入量为粉煤灰纤维重量的40～80％。
3.如权利要求1所述的一种粉煤灰纤维表面有机化改性方法，其特征在于所述的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的加入量为聚乙烯醇缩丁醛绝干重量的10～30％。
4.如权利要求1所述的一种粉煤灰纤维表面有机化改性方法，其特征在于所述的NaOH溶液的重量浓度为10～30％，加入量为：NaOH与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的摩尔比为1∶1。
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