CN105040513B - 一种玻璃纤维增强纸张的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，首先制备硅烷偶联剂溶液；然后将玻璃纤维加入硅烷偶联剂溶液中进行处理，然后干燥，干燥后将玻璃纤维与打浆度为60～90°SR的木浆、添加剂按照1：(1～5)：(0.05～1)的质量比混合，加入蒸馏水中，搅拌后过200目筛，将获得的复合纤维烘干，随后将干燥的复合纤维用手撕成碎片待用；最后向复合纤维碎片中加入蒸馏水，疏解后得到疏解液；向疏解液中加入打浆度为30～55°SR的木浆，并疏解，随后将疏解后的料浆采用抄纸工艺获得玻璃纤维增强纸张。按照本发明制备方法得到的复合纸具有玻璃纤维含量高、抗张指数高、撕裂指数高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机纤维增强纸张的方法，具体涉及一种玻璃纤维增强纸张的制备方法。
背景技术
无机纤维不仅可以代替植物纤维用于造纸，节约大量的植物纤维，降低造纸成本，同时减少植物纤维制浆造成的污染问题。可用于造纸的无机纤维主要有玻璃纤维、石棉纤维、陶瓷纤维、粉煤灰纤维等。玻璃纤维表面光滑，无分丝帚化现象，纤维表面也没有可以形成氢键的-OH基，所以在成形及烘干脱水时无法使成纸产生强度，为了保证玻璃纤维在造纸过程中能够牢固地穿插在混抄纤维之中，常常对玻璃纤维进行预处理。目前，对于玻璃纤维表面处理的方法主要有一下几种：热处理、酸碱刻蚀处理、偶联剂处理、等离子体表面处理、稀土元素处理等方法，其中研究和应用最多是偶联剂处理方法。
廖合等研究了不同物理、化学方法对玻璃纤维进行表面处理，同时采用加酸、加打浆过的植物纤维和加增强剂对玻璃纤维纸进行增强，他们发现加打浆过的植物纤维和加增强剂对玻璃纤维纸有明显的增强作用。罗果等探讨了玻璃纤维与植物纤维配抄的性能，并得出了较佳的处理剂浓度和玻璃纤维的配抄比例与成纸物理性能的对应关系，发现玻璃纤维分散性较差，用浓度为0.5％的盐酸溶液处理剂处理后的分散效果较好。杨德清等利用阳离子淀粉(CS)和羧甲基纤维素(CMC)对玻璃纤维进行不同的浸渍处理，研究浸渍处理后的玻璃纤维对纸张撕裂强度、抗张强度、挺度的影响，发现该法能显著改善玻璃纤维对配抄纸张抗张强度、撕裂强度的不利影响.并进一步改善了纸张挺度。
对于无机纤维表面改性以提高无机纤维与植物纤维的结合性，相关专利同样也有报道。发明专利CN201010556422.9公开了一种粉煤灰纤维应用于造纸过程中的增强改性方法，该法使利用羧基化的聚乙烯醇与氨基偶联剂形成化学键的方法，提高纤维之间的结合能力，增强了粉煤灰纤维复合纸张的抗张强度。
发明专利CN201310128204.9公开了一种无机纤维改性方法，该法先制备出一种无机纤维软化增强剂，随后将无机纤维加入增强剂中进行处理，将处理后的无机纤维用于造纸时提高了纸张的性能。中国专利CN101503280同样也公开了一种无机纤维软化增强剂及其制备方法，该法制备的软化增强剂可以提高无机纤维的柔软性和强度，改善纤维在打浆、分散、输送过程中易于断裂的弊端，改变无机纤维的表面电荷性，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法抄造纸张、保温面板等的应用性能。
上述方法对纤维进行表面改性，在一定程度上可以提高复合纸张的力学性能，但是玻璃纤维与植物纤维之间结合不紧密，两者之间依然存在着界面结合力不强、纤维交错构成的网络不紧密、玻璃纤维添加量少、分布不均匀、纸张力学性能较差等问题，最终导致纤维增强纸张性能效果不明显。目前，关于无机纤维进行表面处理，然后与植物纤维进行复合获得预抄造的复合纤维，最后再与植物纤维进行复合抄造出纸张的方法国内外相关报道甚少。
因此，目前急需提供一种提高玻璃纤维与植物纤维界面结合强度的方法，以增加玻璃纤维的含量、提高复合纸张的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，按照本发明制备方法得到的复合纸具有玻璃纤维含量高、抗张指数高、撕裂指数高等优点。本发明使用二步法进行抄造纸张不仅工艺过程简单，能有效的提高玻璃纤维在纸张中的含量，提高纸张力学性能，同时所抄的纸张能够再次经过打浆进行抄造纸张，具有明显的经济效益和环保效益。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：配制体积分数为0.4％～3.0％的2,3-氨基丙基三乙氧基硅烷的水溶液，将溶液pH值调至5～6，将溶液加热至70～85℃，并搅拌直至溶液pH值为中性，获得硅烷偶联剂溶液；
步骤二：将玻璃纤维加入步骤一得到的硅烷偶联剂溶液中进行处理，然后干燥，干燥后将玻璃纤维与打浆度为60～90°SR的木浆、添加剂按照1：(1～5)：(0.05～1)的质量比混合，加入蒸馏水中，搅拌后过200目筛，将获得的复合纤维烘干，随后将干燥的复合纤维用手撕成碎片待用；
步骤三：往上述步骤二获得的复合纤维碎片中加入蒸馏水，疏解后得到疏解液；向疏解液中加入打浆度为30～55°SR的木浆，并疏解，随后将疏解后的料浆采用抄纸工艺获得玻璃纤维增强纸张。
进一步地，步骤一中搅拌时间为0.5～3h。
进一步地，步骤二中将玻璃纤维加入硅烷偶联剂溶液中处理0.5～2h。
进一步地，步骤二中将玻璃纤维加入硅烷偶联剂溶液中处理并干燥后，将干燥后的玻璃纤维切成长度为5～15mm的短纤维后再与打浆度为60～90°SR的木浆、添加剂混合。
进一步地，步骤二与步骤三中采用的木浆为阔叶木浆、竹浆或者两者任意比例混合。
进一步地，步骤二中所述的添加剂为阳离子聚丙烯酰胺或者羧甲基纤维素或者两者的任意比例混合。
进一步地，步骤二中搅拌时间为0.5～2h。
进一步地，步骤三中向复合纤维中加入蒸馏水，疏解10～15min后得到疏解液；向疏解液中加入打浆度为30～55°SR的木浆后疏解5～10min。
进一步地，步骤三中复合纤维与打浆度为30～55°SR的木浆的质量比为(0.5～3):1。
进一步地，步骤三中所述的抄纸工艺具体为：将疏解后的料浆倒入装有3～4L水的贮浆室中，并往贮浆室中加水至总体积为6～7L，用泵向贮浆室吹气5～10s，以搅拌浆料，搅拌结束后静置5～20s，打开连接抽吸室的阀门，用真空泵抽水；待纸浆悬浮液中的水抽滤完后，再继续用真空泵抽吸10～15s，然后关上真空泵，解除抽吸室的真空，打开贮浆室，进行揭纸，将揭下来的纸在4～6MPa的压力下压榨3～5min；最后，将纸片于105～115℃下干燥，即获得玻璃纤维增强纸张。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明方法采用两步法进行抄造纸张，先通过偶联剂、添加剂将植物纤维附着于玻璃纤维表面，形成无机纤维与有机纤维网络，随后再将所制备的复合纤维与植物纤维按照一定的质量比进行抄纸，这样就可在纸张中形成了无机纤维-植物纤维增强植物纤维网络，使得纸张的力学性能大大增高。
本发明方法由于采用的是两步法抄造纸张，其可以保证玻璃纤维能够在植物纤维网络中均匀的分布，使得纸张的力学性能、均匀性更好，同时它还可以提高玻璃纤维在纸张中的含量，减少植物纤维的用量，降低植物纤维制浆对环境的污染程度，有利于降低成本、提高环境保护。
附图说明
图1为实施例1中采用硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维SEM图；
图2为实施例1中抄造的复合纸张的SEM图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：配制体积分数为0.4％～3.0％的2,3-氨基丙基三乙氧基硅烷(γ-APS)的水溶液，采用醋酸或者盐酸将溶液pH值调至5～6，将溶液加热至70～85℃，并搅拌0.5～3h直至溶液pH值为中性，获得硅烷偶联剂溶液；
步骤二：将玻璃纤维加入到上述步骤一得到的硅烷偶联剂溶液中，处理0.5～2h，然后取出在120℃烘箱中干燥2～4h；将偶联剂处理后的玻璃纤维切成长度为5～15mm的短纤维，并将其与打浆度为60～90°SR的绝干木浆、添加剂按照1：(1～5)：(0.05～1)的质量比，加入到蒸馏水中，搅拌10～20min，所述木浆为阔叶木浆、竹木浆或者两者任意比例混合，所述添加剂为阳离子聚丙烯酰胺或者羧甲基纤维素或者两者的任意比例混合，然后过200目筛子，将获得的复合纤维，在120℃干燥箱中干燥2～3h；随后将干燥的复合纤维撕成5×10mm碎片待用；
步骤三：往上述步骤二获得的复合纤维碎片中加入蒸馏水，疏解10～15min后得到疏解液；向疏解液中加入打浆度为30～55°SR的木浆，所述木浆为阔叶木浆、竹浆或者两者任意比例混合，其中复合纤维与打浆度为30～55°SR的木浆的质量比为(0.5～3):1，并疏解5～10min，随后将疏解后的料浆倒入装有3～4L水的贮浆室中，并往贮浆室中加水至总体积为6～7L，用泵向贮浆室吹气5～10s，以搅拌浆料，搅拌结束后静置5～20s，打开连接抽吸室的阀门，用真空泵抽水；待纸浆悬浮液中的水抽滤完后，再继续用真空泵抽吸10～15s，然后关上真空泵，解除抽吸室的真空，打开贮浆室，进行揭纸，将揭下来的纸在4～6MPa的压力下压榨3～5min；最后，将纸片于105～115℃下干燥，即获得玻璃纤维增强纸张。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
步骤一：配制体积分数为0.5％的2,3-氨基丙基三乙氧基硅烷的水溶液，采用盐酸将溶液pH值调至5～6，将溶液加热至85℃，并磁力搅拌0.5h至溶液pH值为中性，获得硅烷偶联剂溶液；
步骤二：将玻璃纤维加入到上述步骤一得到的硅烷偶联剂溶液中，处理0.5h，然后取出在120℃烘箱中干燥2h；将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维切成长度为5mm的短纤维，并将其与打浆度为60°SR的木浆、添加剂按照1：1：0.05的质量比，加入到蒸馏水中，然后过200目筛子，将获得的复合纤维在120℃干燥箱中干燥2.0h；随后将干燥的复合纤维撕成5×10mm碎片待用；
步骤三：往上述步骤二获得的复合纤维碎片中加入蒸馏水，疏解10min后得到疏解液；向疏解液中打浆度为30°SR的竹浆，其中复合纤维与打浆度为30°SR的竹浆的质量比为0.5:1，并疏解5min，随后将疏解后的料浆倒入装有4L水的贮浆室中，并往贮浆室中加水至总体积为7L，用泵向贮浆室吹气5s，以搅拌浆料，搅拌结束后静置5s，打开连接抽吸室的阀门，用真空泵抽水；待纸浆悬浮液中的水抽滤完后，再继续用真空泵抽吸10s，然后关上真空泵，解除抽吸室的真空，打开贮浆室，进行揭纸，将揭下来的纸在4MPa的压力下压榨5min；最后，将纸片于105℃下干燥，即获得玻璃纤维增强纸张。
采用抗张强度测试仪(Sweden L&M TH-1)对纸张的抗张性能进行测试，纸张的抗张指数为27.068N·m/g，爱利门道夫式撕裂度仪(60-2600)撕裂度进行测试，其撕裂指数为9.579mN·m2/g。
参见附图，其中图1为硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维SEM图，图中可以明显的看出玻璃纤维表面涂覆了一层偶联剂；图2为实施例1中抄造的复合纸张的SEM图，由图中可以看出复合纸张中玻璃纤维均匀的分布于植物纤维搭构成纤维网络中，并且与植物纤维形成了纸张网络。
实施例2
步骤一：配制体积分数为3.0％的2,3-氨基丙基三乙氧基硅烷的水溶液，采用醋酸将溶液pH值调至5～6，将溶液加热至70℃，并搅拌3h至溶液pH值为中性，获得硅烷偶联剂溶液；
步骤二：将玻璃纤维加入到上述步骤一得到的硅烷偶联剂溶液中，处理2h，然后取出在120℃烘箱中干燥4h；将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维切成长度为15mm的短纤维，并将其与打浆度为90°SR的木浆、添加剂按照1：5：1的质量比，加入到蒸馏水中，然后过200目筛子，将获得的复合纤维在120℃干燥箱中干燥3.0h；随后将干燥的复合纤维撕成5×10mm碎片待用；
步骤三：往上述步骤二获得的复合纤维碎片中加入蒸馏水，疏解15min后得到疏解液；向疏解液中打浆度为55°SR的木浆，所述木浆为阔叶木浆、竹浆或者两者任意比例混合，其中复合纤维与打浆度为30～55°SR的木浆的质量比为3:1，并疏解10min，随后将疏解后的料浆倒入装有3.5L水的贮浆室中，并往贮浆室中加水至总体积为6.5L，用泵向贮浆室吹气5s，以搅拌浆料，搅拌结束后静置15s，打开连接抽吸室的阀门，用真空泵抽水；待纸浆悬浮液中的水抽滤完后，再继续用真空泵抽吸15s，然后关上真空泵，解除抽吸室的真空，打开贮浆室，进行揭纸，将揭下来的纸在6MPa的压力下压榨5min；最后，将纸片于105℃下干燥，即获得玻璃纤维增强纸张。
采用抗张强度测试仪(Sweden L&M TH-1)对纸张的抗张性能进行测试，纸张的抗张指数为32.589N·m/g，爱利门道夫式撕裂度仪(60-2600)撕裂度进行测试，其撕裂指数为11.031mN·m2/g。
实施例3
步骤一：配制体积分数为1.5％的2,3-氨基丙基三乙氧基硅烷的水溶液，采用醋酸将溶液pH值调至5～6，将溶液加热至80℃，并搅拌2h至溶液pH值为中性，获得硅烷偶联剂溶液；
步骤二：将玻璃纤维加入到上述步骤一得到的硅烷偶联剂溶液中，处理1.0h，然后取出在120℃烘箱中干燥2.5h；将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维切成长度为10mm的短纤维，并将其与打浆度为65°SR的木浆、添加剂按照1：2：0.1的质量比，加入到蒸馏水中，然后过200目筛子，将获得的复合纤维在120℃干燥箱中干燥2.5h；随后将干燥的复合纤维撕成5×10mm碎片待用；
步骤三：往上述步骤二获得的复合纤维碎片中加入蒸馏水，疏解12min后得到疏解液；向疏解液中打浆度为40°SR的阔叶木浆，其中复合纤维与打浆度为40°SR的木浆的质量比为2:1，并疏解8min，随后将疏解后的料浆倒入装有4L水的贮浆室中，并往贮浆室中加水至总体积为7L，用泵向贮浆室吹气10s，以搅拌浆料，搅拌结束后静置20s，打开连接抽吸室的阀门，用真空泵抽水；待纸浆悬浮液中的水抽滤完后，再继续用真空泵抽吸10s，然后关上真空泵，解除抽吸室的真空，打开贮浆室，进行揭纸，将揭下来的纸在5MPa的压力下压榨3min；最后，将纸片于115℃下干燥，即获得玻璃纤维增强纸张。
采用抗张强度测试仪(Sweden L&M TH-1)对纸张的抗张性能进行测试，纸张的抗张指数为34.803N·m/g，爱利门道夫式撕裂度仪(60-2600)撕裂度进行测试，其撕裂指数为12.934mN·m2/g。
实施例4
步骤一：配制体积分数为2.5％的2,3-氨基丙基三乙氧基硅烷的水溶液，采用醋酸或者盐酸将溶液pH值调至5～6，将溶液加热至85℃，并搅拌1.5h至溶液pH值为中性，获得硅烷偶联剂溶液；
步骤二：将玻璃纤维束加入到上述步骤一得到的硅烷偶联剂溶液中，处理1.5h，然后取出在120℃烘箱中干燥3h；将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维切成长度为10mm的短纤维，并将其与打浆度为80°SR的木浆、添加剂按照1：3：0.5的质量比，加入到蒸馏水中，然后过200目筛子，将获得的复合纤维在120℃干燥箱中干燥2.5h；随后将干燥的复合纤维撕成5×10mm碎片待用；
步骤三：往上述步骤二获得的复合纤维碎片中加入蒸馏水，疏解15min后得到疏解液；向疏解液中打浆度为40°SR的木浆，所述木浆为阔叶木浆和竹浆的混合物，其中复合纤维与打浆度为40°SR的木浆的质量比为2.5:1，并疏解10min，随后将疏解后的料浆倒入装有3.5L水的贮浆室中，并往贮浆室中加水至总体积为6.5L，用泵向贮浆室吹气10s，以搅拌浆料，搅拌结束后静置15s，打开连接抽吸室的阀门，用真空泵抽水；待纸浆悬浮液中的水抽滤完后，再继续用真空泵抽吸15s，然后关上真空泵，解除抽吸室的真空，打开贮浆室，进行揭纸，将揭下来的纸在6MPa的压力下压榨5min；最后，将纸片于108℃下干燥，即获得玻璃纤维增强纸张。
采用抗张强度测试仪(Sweden L&M TH-1)对纸张的抗张性能进行测试，纸张的抗张指数为28.109N·m/g，爱利门道夫式撕裂度仪(60-2600)撕裂度进行测试，其撕裂指数为10.523mN·m2/g。
本发明采用两步法进行抄造纸张，将预抄造的复合纤维与植物纤维进行抄造纸张，纸张中玻璃纤维与植物纤维结合更紧密，纸张的力学性能大大增高。同时本发明在制备预复合纤维时添加的添加剂也起到了分散玻璃纤维的的作用，可以保证玻璃纤维能够在复合纤维中均匀的分布，使得纸张的力学性能、均匀性更好。本发明使用二步法进行抄造纸张不仅工艺过程简单，能有效的提高玻璃纤维在纸张中的含量，提高纸张力学性能，同时所抄的纸张能够再次经过打浆进行抄造纸张，具有明显的经济效益和环保效益。
Claims (7)
1.一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：配制体积分数为0.4％～3.0％的2,3-氨基丙基三乙氧基硅烷的水溶液，将溶液pH值调至5～6，将溶液加热至70～85℃，并搅拌直至溶液pH值为中性，获得硅烷偶联剂溶液；
步骤二：将玻璃纤维加入步骤一得到的硅烷偶联剂溶液中进行处理0.5～2h，然后干燥，干燥后将玻璃纤维与打浆度为60～90°SR的阔叶木浆、竹浆或者两者任意比例混合的浆料以及添加剂按照1：(1～5)：(0.05～1)的质量比混合，加入蒸馏水中，搅拌后过200目筛，将获得的复合纤维烘干，随后将干燥的复合纤维用手撕成碎片待用；
步骤三：往上述步骤二获得的复合纤维碎片中加入蒸馏水，疏解后得到疏解液；向疏解液中加入打浆度为30～55°SR的阔叶木浆、竹浆或者两者任意比例混合的浆料，复合纤维与打浆度为30～55°SR的阔叶木浆、竹浆或者两者任意比例混合的浆料的质量比为(0.5～3):1，并疏解，随后将疏解后的料浆采用抄纸工艺获得玻璃纤维增强纸张。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，其特征在于，步骤一中搅拌时间为0.5～3h。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，其特征在于，步骤二中将玻璃纤维加入硅烷偶联剂溶液中处理并干燥后，将干燥后的玻璃纤维切成长度为5～15mm的短纤维后再与打浆度为60～90°SR的木浆、添加剂混合。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的添加剂为阳离子聚丙烯酰胺或者羧甲基纤维素或者两者的任意比例混合。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，其特征在于，步骤二中搅拌时间为0.5～2h。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，其特征在于，步骤三中向复合纤维中加入蒸馏水，疏解10～15min后得到疏解液；向疏解液中加入打浆度为30～55°SR的木浆后疏解5～10min。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强纸张的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的抄纸工艺具体为：将疏解后的料浆倒入装有3～4L水的贮浆室中，并往贮浆室中加水至总体积为6～7L，用泵向贮浆室吹气5～10s，以搅拌浆料，搅拌结束后静置5～20s，打开连接抽吸室的阀门，用真空泵抽水；待纸浆悬浮液中的水抽滤完后，再继续用真空泵抽吸10～15s，然后关上真空泵，解除抽吸室的真空，打开贮浆室，进行揭纸，将揭下来的纸在4～6MPa的压力下压榨3～5min；最后，将纸片于105～115℃下干燥，即获得玻璃纤维增强纸张。
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| CN105040513A (zh) | 2015-11-11 |
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| TR01 | Transfer of patent right |