CN107724166A

CN107724166A - 一种改性硅灰石的制备方法

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Publication number: CN107724166A
Application number: CN201710978157.5A
Authority: CN
Inventors: 蒋文明; 刘芳; 尹凯欣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2018-02-23

Abstract

本发明属于无机矿物纤维领域，具体涉及一种改性硅灰石的制备方法。本发明在硅灰石进行球磨活化石，添加脂肪酸甲酯磺酸盐对其进行表面活化，同时利用异丙醇作为助磨剂，可以增加体系中的亲水性基团，促进脂肪酸甲酯磺酸盐对硅灰石表面的浸润，随后使用桃胶对其进行包裹，利用废弃菌棒中的微生物进行分解，在分解过程产生大量有机质，被微生物侵蚀后的硅灰石进行吸附，提高了硅灰石的活性，同时产生的酶吸附在硅灰石内部，随后通过在催化剂的作用下使其表面接枝乙烯基三甲氧基硅烷，增加了与植物纤维的附着力，由于改性后的硅灰石内部含有酶可以对植物纤维进行微量降解，使植物纤维表面的活性基团增加，从而进一步提高了与硅灰石的相容性。

Description

一种改性硅灰石的制备方法

技术领域

本发明属于无机矿物纤维领域，具体涉及一种改性硅灰石的制备方法。

背景技术

目前在造纸行业中使用的原料大多以植物纤维为主，每年要消耗大量的木材资源，同时，过多的森林采伐还造成生态环境的严重恶化。而纸张又是人类生产和生活中不可缺少和必需品，就我国目前纸制品的需求而言，每年均以10％的速度递增，造纸行业的可持续发展面临严重挑战，造纸原料短缺已制约着我国造纸业的发展，因此，长期以来造纸行业一直都在寻求能代替植物纤维的其它造纸用纤维。

硅灰石是一种三斜晶系，细板状晶体，集合体呈放射状或纤维状。颜色呈白色，有时带浅灰、浅红色调。玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。硬度4.5～5.5，密度2.75～3.10g/cm3。完全溶于浓盐酸。一般情况下耐酸、耐碱、耐化学腐蚀。吸湿性小于4%。吸油性低、电导率低、绝缘性较好。硅灰石是一种典型的变质矿物，主要产于酸性岩与石灰岩的接触带，与符山石、石榴石共生。还见于深变质的钙质结晶片岩、火山喷出物及某些碱性岩中。硅灰石是一种无机针状矿物，其特点无毒、耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸稳定良好，有玻璃和珍珠光泽，低吸水率和吸油值，力学性能及电性能优良以及具有一定补强作用。硅灰石产品，纤维长而易分离，含铁量低，白度高。该产品主要用作高聚物基复合材料的增强填料。如塑料、橡胶、陶瓷、涂料、建材等行业。

由于硅灰石表现出纤维的某些特性，因此在理论上可以作为填料替代部分纸浆纤维进行抄纸，不仅可以降低生产成本，而且可以大幅度缓解我国植树造林的压力，减少森林资源的采伐。虽然硅灰石纤维能够与植物纤维结合，但由于其纤维表面几乎没有能与植物纤维表面产生相互作用的基团，其与植物纤维之间的结合并没有形成氢键结合，而是由于其长度比普通填料大填充在纤维之间，结合力远不如植物纤维之间结合力强，且其在纸页中保留越多，对纸张强度性能影想越大。且硅灰石在分级破碎过程中会表现出沿着解理面解理破碎的趋势，使得硅灰石粉体形成尖锐的棱角，硅灰石填料硬度较高、粒度较大，在抄纸过程中会对纸机网部产生磨损，降低其使用寿命；另外由于硅灰石的密度高于纤维，当加填量较高时，如果纸页定量不变，随着填料量的增加，纸页的松厚度降低。

目前对于硅灰石纤维的改性方法主要是采用阳离子改性剂进行表面改性，虽然在一定程度上改善了硅灰石纤维与植物纤维的相容性，提高了矿物纤维在抄纸过程中的留着率，但由于硅灰石矿物纤维表面的活性基团很少，因此与阳离子改性剂的结合有限，增加了改性剂的用量；同时，简单的阳离子改性的硅灰石纤维的添加在提高成纸灰分的同时，随着添加量的增加会对成纸性能特别是强度指标产生一定程度的不利影响。

因此，我们有必要提供一种新型硅灰石的改性方法，以此来适应于市场的需求，促进我国造纸行业的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前对于硅灰石纤维的改性方法主要是采用阳离子改性剂进行表面改性，虽然在一定程度上改善了硅灰石纤维与植物纤维的相容性，提高了矿物纤维在抄纸过程中的留着率，但由于硅灰石矿物纤维表面的活性基团很少，改性效果差的问题，本发明提供了一种改性硅灰石的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种改性硅灰石的制备方法，包括如下步骤：

（1）取硅灰石、脂肪酸甲酯磺酸盐及异丙醇放入球磨机中进行球磨，收集球磨混合物，并进行喷雾干燥，收集干燥物；

（2）按重量份数计，取70～75份水、50～60份冷冻干燥物、22～25份桃胶、15～16份甘露醇及9～20份柠檬酸，放入搅拌机中进行搅拌，静置，过滤，收集滤渣，并放入压机中进行挤压，收集挤压物；

（3）将水、废弃香菇菌棒、蛋白胨及氨基酸搅拌均匀，静置，过滤，收集滤液，将挤压物完全浸泡在滤液中，并置于32～36℃下3～5h，取出浸泡后的挤压物，并放在室温下1～2天，粉碎，过筛，收集过筛颗粒；

（4）将过筛颗粒、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠溶液及催化剂放入反应器中，在1.2～1.6MPa，40～45℃下进行反应，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即得改性硅灰石。

所述步骤（1）中硅灰石、脂肪酸甲酯磺酸盐及异丙醇的质量比为7:1～2:5。

所述步骤（3）中水、废弃香菇菌棒、蛋白胨及氨基酸的质量比为8～10:4～6:4:2。

所述步骤（4）中催化剂为氢氧化锂。

所述步骤（4）中过筛颗粒、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠溶液及催化剂的质量比为9～11:3～5:16～18:2。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

本发明在硅灰石进行球磨活化石，添加脂肪酸甲酯磺酸盐对其进行表面活化，同时利用异丙醇作为助磨剂，可以增加体系中的亲水性基团，促进脂肪酸甲酯磺酸盐对硅灰石表面的浸润，随后使用桃胶对其进行包裹，利用废弃菌棒中的微生物进行分解，在分解过程产生大量有机质，被微生物侵蚀后的硅灰石进行吸附，提高了硅灰石的活性，同时产生的酶吸附在硅灰石内部，随后通过在催化剂的作用下使其表面接枝乙烯基三甲氧基硅烷，增加了与植物纤维的附着力，由于改性后的硅灰石内部含有酶可以对植物纤维进行微量降解，使植物纤维表面的活性基团增加，从而进一步提高了与硅灰石的相容性。

具体实施方式

催化剂的选择为：氢氧化锂。

一种改性硅灰石的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量比为7:1～2:5，取硅灰石、脂肪酸甲酯磺酸盐及异丙醇放入球磨机中，再加入硅灰石质量5～7倍的直径为30mm的钢球，以700r/min进行球磨60～70min，收集球磨混合物，并进行喷雾干燥，收集干燥物；

（2）按重量份数计，取70～75份水、50～60份冷冻干燥物、22～25份桃胶、15～16份甘露醇及9～20份柠檬酸，放入搅拌机中，以1000r/min进行搅拌20min，静置2～4h，过滤，收集滤渣，并放入压机中，以80MPa进行挤压20min，收集挤压物；

（3）按质量比为8～10:4～6:4:2，将水、废弃香菇菌棒、蛋白胨及氨基酸搅拌均匀，在室温下静置4～6h，过滤，收集滤液，将挤压物完全浸泡在滤液中，并置于32～36℃下3～5h，取出浸泡后的挤压物，并放在室温下1～2天，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒；

（4）按质量比为9～11:3～5:16～18:2，将过筛颗粒、乙烯基三甲氧基硅烷、0.8mol/L氢氧化钠溶液及催化剂放入反应器中，在1.2～1.6MPa，40～45℃下进行反应7～8h，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即得改性硅灰石。

实施例1

催化剂的选择为：氢氧化锂。

一种改性硅灰石的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量比为7:1:5，取硅灰石、脂肪酸甲酯磺酸盐及异丙醇放入球磨机中，再加入硅灰石质量5倍的直径为30mm的钢球，以700r/min进行球磨60min，收集球磨混合物，并进行喷雾干燥，收集干燥物；

（2）按重量份数计，取70份水、50份冷冻干燥物、22份桃胶、15份甘露醇及9份柠檬酸，放入搅拌机中，以1000r/min进行搅拌20min，静置2h，过滤，收集滤渣，并放入压机中，以80MPa进行挤压20min，收集挤压物；

（3）按质量比为8:4:4:2，将水、废弃香菇菌棒、蛋白胨及氨基酸搅拌均匀，在室温下静置4h，过滤，收集滤液，将挤压物完全浸泡在滤液中，并置于32℃下3h，取出浸泡后的挤压物，并放在室温下1天，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒；

（4）按质量比为9:3:16:2，将过筛颗粒、乙烯基三甲氧基硅烷、0.8mol/L氢氧化钠溶液及催化剂放入反应器中，在1.2MPa，40℃下进行反应7h，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即得改性硅灰石。

实施例2

催化剂的选择为：氢氧化锂。

一种改性硅灰石的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量比为7:1:5，取硅灰石、脂肪酸甲酯磺酸盐及异丙醇放入球磨机中，再加入硅灰石质量6倍的直径为30mm的钢球，以700r/min进行球磨65min，收集球磨混合物，并进行喷雾干燥，收集干燥物；

（2）按重量份数计，取75份水、55份冷冻干燥物、23份桃胶、15份甘露醇及15份柠檬酸，放入搅拌机中，以1000r/min进行搅拌20min，静置3h，过滤，收集滤渣，并放入压机中，以80MPa进行挤压20min，收集挤压物；

（3）按质量比为9:5:4:2，将水、废弃香菇菌棒、蛋白胨及氨基酸搅拌均匀，在室温下静置5h，过滤，收集滤液，将挤压物完全浸泡在滤液中，并置于34℃下4h，取出浸泡后的挤压物，并放在室温下1天，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒；

（4）按质量比为10:4:17:2，将过筛颗粒、乙烯基三甲氧基硅烷、0.8mol/L氢氧化钠溶液及催化剂放入反应器中，在1.4MPa，43℃下进行反应7h，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即得改性硅灰石。

实施例3

催化剂的选择为：氢氧化锂。

一种改性硅灰石的制备方法，包括如下步骤：

（1）按质量比为7:2:5，取硅灰石、脂肪酸甲酯磺酸盐及异丙醇放入球磨机中，再加入硅灰石质量7倍的直径为30mm的钢球，以700r/min进行球磨70min，收集球磨混合物，并进行喷雾干燥，收集干燥物；

（2）按重量份数计，取75份水、60份冷冻干燥物、25份桃胶、16份甘露醇及20份柠檬酸，放入搅拌机中，以1000r/min进行搅拌20min，静置4h，过滤，收集滤渣，并放入压机中，以80MPa进行挤压20min，收集挤压物；

（3）按质量比为10:6:4:2，将水、废弃香菇菌棒、蛋白胨及氨基酸搅拌均匀，在室温下静置6h，过滤，收集滤液，将挤压物完全浸泡在滤液中，并置于36℃下5h，取出浸泡后的挤压物，并放在室温下2天，粉碎，过100目筛，收集过筛颗粒；

（4）按质量比为11:5:18:2，将过筛颗粒、乙烯基三甲氧基硅烷、0.8mol/L氢氧化钠溶液及催化剂放入反应器中，在1.6MPa，45℃下进行反应8h，收集反应混合物，进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，即得改性硅灰石。

对比例：江西省某化工有限公司生产的改性硅灰石

方法：取3g的实施例与对比例所制备的改性硅灰石样品，将其置于水中，检测其中漂浮部分的重量与样品总重量的比即为活性指数。

根据GB/T 1040- 1992测定硅灰石与水表面的接触角，以此来表明硅灰石的结合性能。

改性硅灰石的具体检测情况如表1

表1

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3	对比例
					活性指数	0.63	0.74	0.85	0.59
接触角（度）	112.3	127.6	143.2	97.8

注：未经改性的硅灰石粉体；B=0；完全活化时，B=l。B=0~1的变化，可

反映硅灰石的活性基团的大小。

由上可知，本发明所生产的硅灰石矿物纤维表面的活性基团多且活性高，是一种安全且高效的改性硅灰石，值得推广和使用。

Claims

1.一种改性硅灰石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述改性硅灰石的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中硅灰石、脂肪酸甲酯磺酸盐及异丙醇的质量比为7:1～2:5。

3.根据权利要求1所述改性硅灰石的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中水、废弃香菇菌棒、蛋白胨及氨基酸的质量比为8～10:4～6:4:2。

4.根据权利要求1所述改性硅灰石的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中催化剂为氢氧化锂。

5.根据权利要求1所述改性硅灰石的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中过筛颗粒、乙烯基三甲氧基硅烷、氢氧化钠溶液及催化剂的质量比为9～11:3～5:16～18:2。