CN105484101A - 一种无机纤维柔软剂的制备方法及利用该柔软剂增强无机纤维柔软度的改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无机纤维柔软剂的制备方法及利用该柔软剂增强无机纤维柔软度的改性方法。先将十二胺溶解在水中，再向十二胺溶液中先后加入氯乙酸钠和氢氧化钠进行反应，反应完后加入乳化硅油搅拌均匀，即得到无机纤维柔软剂。将无机纤维加水润湿后，加入无机纤维柔软剂，搅拌均匀后浸泡一段时间，即可增强无机纤维的柔软度。本发明合成的无机纤维柔软剂能增强与无机纤维间的相互作用，具有较强的纤维疏散能力，能降低无机纤维间的相互摩擦力。采用该无机纤维柔软剂来处理无机纤维，能够使无机纤维的柔软度显著提高。在造纸工业中，使用经过该方法处理过的改性无机纤维与植物纤维混合造纸，制得的纸张柔软度及性能也有显著提高。

Description

一种无机纤维柔软剂的制备方法及利用该柔软剂增强无机纤维柔软度的改性方法

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种无机纤维柔软剂的制备方法及利用该柔软剂增强无机纤维柔软度的改性方法。

背景技术

随着社会的不断进步，人类开始越来越追求人与生态的可持续性发展。在追求绿色环保、发展循环经济的新形势推动下，使用各种矿渣和工业废渣制成的无机纤维替代传统植物纤维造纸的社会、经济价值不容忽视。传统的造纸业普遍存在植被资源消耗量大及环境污染严重等问题。同时，由于传统造纸原料均选用有机植物纤维，所成纸张具有不耐高温、易燃烧、易吸潮霉变等特点，无法满足越来越广的领域需求，因此使纸张在各行业的应用和发展受到了较大制约。由各种矿渣和工业废渣制成的无机纤维具有不燃、不焦、不吸潮、抗霉变等优良特点。因此，选用无机纤维替代传统造纸原料生产出的无机纤维纸，继承和发扬了无机纤维的这些优点，填补了传统纸张在苛刻工业生产条件下的应用空白，适时的推进了造纸工业的深入发展。

然而，发展无机纤维造纸也存在着巨大的挑战。工业生产的无机纤维原棉主要存在脆性大、刚性强、纤维短、球渣多等缺点。在应用于造纸业时往往存在以下几大问题：其一，无机纤维不能细纤维化，刚性强，柔软度差，在制浆过程中经打浆分散，输送较易发生断裂；其二，无机纤维分散性差，易出现小段纤维交织、堵塞设备等问题；其三，用无机纤维抄成的纸张表面较粗糙，易掉粉，柔韧性差，不宜反复折叠，使用手感较差，舒适度欠佳。这些问题极大的影响了无机纤维纸的发展和应用。因此，须寻找理想的分散剂和软化剂对无机纤维进行表面改性处理，以增强无机纤维的柔韧性，提高其抄造性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无机纤维柔软剂的制备方法及利用该柔软剂增强无机纤维柔软度的改性方法，该方法制备工艺简单，使用该方法合成的无机纤维柔软剂对无机纤维进行改性处理，利用处理后的改性无机纤维造纸，所得纸张的柔软度得到显著提高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无机纤维柔软剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量比为1:(15～40)将十二胺加入水中，搅拌至十二胺溶解，得到十二胺溶液；

2)将氯乙酸钠加入十二胺溶液中，在50～70℃下反应25～35min，然后加入固体氢氧化钠，在50～70℃下反应25～35min，反应完成后，调节反应产物的pH值为中性，得到无机纤维柔软剂半成品；其中加入的氯乙酸钠与十二胺溶液中十二胺的质量比为1:(0.4～1.8)，加入的氢氧化钠与十二胺溶液中十二胺的质量比为1:(4.2～7)；

3)向无机纤维柔软剂半成品中加入乳化硅油，搅拌混合均匀，得到无机纤维柔软剂；其中无机纤维柔软剂半成品与乳化硅油的质量比为100:(0.3～1)。

所述步骤1)中在45～55℃下搅拌使十二胺溶解。

所述步骤2)中用稀盐酸或氢氧化钠调节pH值。

所述步骤3)中的乳化硅油为甲基乳化硅油。

所述步骤3)是在无机纤维柔软剂半成品自然降温到40℃以下时进行的。

所述步骤3)中的搅拌混合均匀是在200～500r/min的转速下搅拌5～10min。

利用无机纤维柔软剂来增强无机纤维柔软度的改性方法，其具体步骤为：将无机纤维放入容器中加水润湿，再加入无机纤维柔软剂，搅拌均匀，然后浸泡30～60min，即得到软化后的改性无机纤维。

加入的无机纤维与无机纤维柔软剂的质量比为1:(3～10)。

加入的无机纤维与水的质量比为(1.5～4):150。

所述的无机纤维为白泥纤维或粉煤灰纤维。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的无机纤维柔软剂的制备方法，先将十二胺充分溶解在水中，然后向十二胺溶液中先后加入氯乙酸钠和氢氧化钠进行反应，反应完后再加入乳化硅油搅拌均匀，即得到无机纤维柔软剂。该方法合成的无机纤维柔软剂为氨基酸型两性表面活性剂，由于其本身两性的带电特性，能够增强与无机纤维间的相互作用，并且具有较强的纤维疏散能力。而且乳化硅油的加入能够降低无机纤维间的相互摩擦力，从而使无机纤维的手感更柔软、光滑。该方法制备工艺简单、生产成本低廉，适于工业化大规模生产，具有良好的应用前景。

本发明提供的利用无机纤维柔软剂来增强无机纤维柔软度的改性方法，将无机纤维加水润湿后，再加入无机纤维柔软剂，搅拌均匀后浸泡一段时间，即可增强无机纤维的柔软度。该方法步骤简单易行，适于工业化生产使用。采用本发明制备的无机纤维柔软剂来处理无机纤维，能够使得改性后的无机纤维的柔软度显著提高，提高了其抄造性能。在造纸工业中，使用经过该方法处理过的改性无机纤维与植物纤维混合造纸，制得的纸张柔软度及性能也有显著提高。

附图说明

图1为用本发明制得的无机纤维柔软剂改性前后的无机纤维的SEM图，其中a为改性前的SEM图，b为改性后的SEM图。

图2为用本发明制得的无机纤维柔软剂改性前后的无机纤维造纸后对纸张性能的影响对比图，其中a为纸张抗张强度的对比图，b为纸张伸长率的对比图，c为纸张环压强度的对比图。

具体实施方式

下面结合本发明较优的实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

无机纤维柔软剂的制备：

1)按1:15的质量比将十二胺加入去离子水中，在50℃下搅拌使十二胺充分溶解，得到十二胺溶液；

2)将十二胺溶液恒温加热至55℃，向其中加入氯乙酸钠，在55℃下反应32min，再向所得混合物中加入氢氧化钠，在55℃下继续反应32min，反应完成后，调节反应产物的pH值为中性，得到无机纤维柔软剂半成品；其中加入的氯乙酸钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:0.4，加入的氢氧化钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:4.2；

3)待无机纤维柔软剂半成品自然降温到40℃以下，向无机纤维柔软剂半成品中加入甲基乳化硅油，在400r/min的速度下恒速搅拌8min至混合均匀，得到无机纤维柔软剂；其中无机纤维柔软剂半成品与乳化硅油的质量比为100:0.3。

利用无机纤维柔软剂增强无机纤维柔软度：

将1.5g白泥纤维加入到150mL水中使白泥纤维润湿，然后加入4.5g无机纤维柔软剂，充分搅拌均匀，浸泡30min，即得到软化后的改性白泥纤维。

实施例2：

无机纤维柔软剂的制备：

1)按1:20的质量比将十二胺加入去离子水中，在52℃下搅拌使十二胺充分溶解，得到十二胺溶液；

2)将十二胺溶液恒温加热至60℃，向其中加入氯乙酸钠，在60℃下反应30min，再向所得混合物中加入氢氧化钠，在60℃下继续反应30min，反应完成后，调节反应产物的pH值为中性，得到无机纤维柔软剂半成品；其中加入的氯乙酸钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:0.8，加入的氢氧化钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:5；

3)待无机纤维柔软剂半成品自然降温到40℃以下，向无机纤维柔软剂半成品中加入甲基乳化硅油，在200r/min的速度下恒速搅拌5min至混合均匀，得到无机纤维柔软剂；其中无机纤维柔软剂半成品与乳化硅油的质量比为100:0.5。

利用无机纤维柔软剂增强无机纤维柔软度：

将2g白泥纤维加入到150mL水中使白泥纤维润湿，然后加入10g无机纤维柔软剂，充分搅拌均匀，浸泡40min，即得到软化后的改性白泥纤维。

实施例3：

无机纤维柔软剂的制备：

1)按1:25的质量比将十二胺加入去离子水中，在48℃下搅拌使十二胺充分溶解，得到十二胺溶液；

2)将十二胺溶液恒温加热至65℃，向其中加入氯乙酸钠，在65℃下反应28min，再向所得混合物中加入氢氧化钠，在65℃下继续反应28min，反应完成后，调节反应产物的pH值为中性，得到无机纤维柔软剂半成品；其中加入的氯乙酸钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:1.4，加入的氢氧化钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:6；

3)待无机纤维柔软剂半成品自然降温到40℃以下，向无机纤维柔软剂半成品中加入甲基乳化硅油，在300r/min的速度下恒速搅拌10min至混合均匀，得到无机纤维柔软剂；其中无机纤维柔软剂半成品与乳化硅油的质量比为100:0.7。

利用无机纤维柔软剂增强无机纤维柔软度：

将2g白泥纤维加入到150mL水中使白泥纤维润湿，然后加入20g无机纤维柔软剂，充分搅拌均匀，浸泡50min，即得到软化后的改性白泥纤维。

实施例4：

无机纤维柔软剂的制备：

1)按1:30的质量比将十二胺加入去离子水中，在45℃下搅拌使十二胺充分溶解，得到十二胺溶液；

2)将十二胺溶液恒温加热至70℃，向其中加入氯乙酸钠，在70℃下反应25min，再向所得混合物中加入氢氧化钠，在70℃下继续反应25min，反应完成后，调节反应产物的pH值为中性，得到无机纤维柔软剂半成品；其中加入的氯乙酸钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:1.8，加入的氢氧化钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:6.5；

3)待无机纤维柔软剂半成品自然降温到40℃以下，向无机纤维柔软剂半成品中加入甲基乳化硅油，在500r/min的速度下恒速搅拌7min至混合均匀，得到无机纤维柔软剂；其中无机纤维柔软剂半成品与乳化硅油的质量比为100:1。

利用无机纤维柔软剂增强无机纤维柔软度：

将4g白泥纤维加入到150mL水中使白泥纤维润湿，然后加入40g无机纤维柔软剂，充分搅拌均匀，浸泡60min，即得到软化后的改性白泥纤维。

实施例5：

无机纤维柔软剂的制备：

1)按1:40的质量比将十二胺加入去离子水中，在55℃下搅拌使十二胺充分溶解，得到十二胺溶液；

2)将十二胺溶液恒温加热至50℃，向其中加入氯乙酸钠，在50℃下反应35min，再向所得混合物中加入氢氧化钠，在50℃下继续反应35min，反应完成后，调节反应产物的pH值为中性，得到无机纤维柔软剂半成品；其中加入的氯乙酸钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:1.7，加入的氢氧化钠与十二胺溶液中的十二胺的质量比为1:7；

3)待无机纤维柔软剂半成品自然降温到40℃以下，向无机纤维柔软剂半成品中加入甲基乳化硅油，在400r/min的速度下恒速搅拌9min至混合均匀，得到无机纤维柔软剂；其中无机纤维柔软剂半成品与乳化硅油的质量比为100:0.8。

利用无机纤维柔软剂增强无机纤维柔软度：

将2.5g粉煤灰纤维加入到150mL水中使粉煤灰纤维润湿，然后加入20g无机纤维柔软剂，充分搅拌均匀，浸泡55min，即得到软化后的改性粉煤灰纤维。

本发明制得的无机纤维柔软剂能够用于改性从而增强白泥纤维、粉煤灰纤维等无机矿物纤维的柔软度。

图1为用本发明制得的无机纤维柔软剂改性前后的无机纤维的SEM图，其中a为改性前的SEM图，b为改性后的SEM图。从图1中可以看出，改性前的无机纤维笔直僵硬，改性后的无机纤维明显软化，产生了弯曲及相互缠绕现象，说明本发明制得的无机纤维柔软剂对无机纤维有很好的软化效果。

图2为用本发明制得的无机纤维柔软剂改性前后的无机纤维造纸后对纸张性能的影响对比图，其中a为纸张抗张强度的对比图，b为纸张伸长率的对比图，c为纸张环压强度的对比图。从图2中可以看出，改性后的无机纤维造纸后比改性前的无机纤维造纸，在纸张的抗张强度、伸长率及环压强度上都有明显提高，说明经过本发明制得的无机纤维柔软剂改性后的无机纤维造纸时能够明显提高纸张的性能。

Claims (10)

1.一种无机纤维柔软剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按质量比为1:(15～40)将十二胺加入水中，搅拌至十二胺溶解，得到十二胺溶液；

2)将氯乙酸钠加入十二胺溶液中，在50～70℃下反应25～35min，然后加入固体氢氧化钠，在50～70℃下反应25～35min，反应完成后，调节反应产物的pH值为中性，得到无机纤维柔软剂半成品；其中加入的氯乙酸钠与十二胺溶液中十二胺的质量比为1:(0.4～1.8)，加入的氢氧化钠与十二胺溶液中十二胺的质量比为1:(4.2～7)；

3)向无机纤维柔软剂半成品中加入乳化硅油，搅拌混合均匀，得到无机纤维柔软剂；其中无机纤维柔软剂半成品与乳化硅油的质量比为100:(0.3～1)。

2.根据权利要求1所述的无机纤维柔软剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中在45～55℃下搅拌使十二胺溶解。

3.根据权利要求1所述的无机纤维柔软剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中用稀盐酸或氢氧化钠调节pH值。

4.根据权利要求1所述的无机纤维柔软剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的乳化硅油为甲基乳化硅油。

5.根据权利要求1所述的无机纤维柔软剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)是在无机纤维柔软剂半成品自然降温到40℃以下时进行的。

6.根据权利要求1所述的无机纤维柔软剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的搅拌混合均匀是在200～500r/min的转速下搅拌5～10min。

7.一种利用权利要求1-6中任意一项所述的方法制得的无机纤维柔软剂来增强无机纤维柔软度的改性方法，其特征在于，其具体步骤为：将无机纤维放入容器中加水润湿，再加入无机纤维柔软剂，搅拌均匀，然后浸泡30～60min，即得到软化后的改性无机纤维。

8.根据权利要求7所述的利用无机纤维柔软剂来增强无机纤维柔软度的改性方法，其特征在于，加入的无机纤维与无机纤维柔软剂的质量比为1:(3～10)。

9.根据权利要求7所述的利用无机纤维柔软剂来增强无机纤维柔软度的改性方法，其特征在于，加入的无机纤维与水的质量比为(1.5～4):150。

10.根据权利要求7所述的利用无机纤维柔软剂来增强无机纤维柔软度的改性方法，其特征在于，所述的无机纤维为白泥纤维或粉煤灰纤维。