CN116145474A - 一种瓦楞纸填充材料及改性粉煤灰材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种瓦楞纸填充材料及改性粉煤灰材料的制备方法。瓦楞纸填充材料包括以下重量份组分：粉煤灰90份、硬脂酸9份和硅烷偶联剂1份。上述填充材料可以作为瓦楞纸填充材料使用，以增加瓦楞纸强度、提高瓦楞纸抗冲击力、降低成本、提升品质，并且添加本发明提供的填充材料后，不影响瓦楞纸制品回收再利用。

Description

一种瓦楞纸填充材料及改性粉煤灰材料的制备方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种瓦楞纸填充材料及改性粉煤灰材料的制备方法。
背景技术
常规的瓦楞纸生产以回收的包装箱为原料，经粉碎、清除覆膜塑料、磨浆、漂白、添加3％-5％滑石粉。
粉煤灰是指从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。大量的粉煤灰如果不加处理，会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害，通常将粉煤灰可资源化利用时，一般是作为混凝土的掺合料等。
目前，如果将粉煤灰直接加入用于造纸的纸浆中，由于粉煤灰与生物纤维在纸浆中亲和力低，易造成抄纸时粉煤灰与纤维脱离、纸浆中粉煤灰沉降速度快等问题，对瓦楞纸的品质具有严重不良影响。因此，粉煤灰无法直接加入纸浆中用于制备瓦楞纸。
发明内容
鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供一种瓦楞纸填充材料及改性粉煤灰材料的制备方法，改性后的粉煤灰材料可以作为瓦楞纸的填充材料，采用改性粉煤灰材料制备的瓦楞纸具有增加强度、提高抗冲击力，降低成本等优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种瓦楞纸填充材料，包括以下重量份组分：粉煤灰90份、硬脂酸9份和硅烷偶联剂1份。
本发明的有益效果包括：采用上述配方可以增加粉煤灰的应用范围，通过硬脂酸、硅烷偶联剂与粉煤灰配合使用解决了粉煤灰无法直接加入纸浆中用于制备瓦楞纸的问题。本发明提供的上述填充材料可以用于制备瓦楞纸，增加瓦楞纸强度，提高瓦楞纸抗冲击力，降低成本提升品质，添加改性粉煤灰后制备的瓦楞纸制品不影响回收再利用。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，粉煤灰的粒径为325目-425目。
采用上述方案的有益效果包括：粉煤灰的粒径优选为325目-425目，采用上述粒径的粉煤灰有利于纸浆在挂网工序段混合纸浆中的改性粉煤灰与纤维均匀上网，使制备的瓦楞纸产品符合要求，如果粒径大于425目会影响后续制备的瓦楞纸表面粗糙度，如果粒径小于325目易导致在制备过程中粉煤灰脱网使瓦楞纸填充材料不易制备成功。
进一步，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂S-920。
采用上述方案的有益效果包括：有利于提高瓦楞纸的品质。
本发明提供一种改性粉煤灰材料的制备方法，包括以下步骤：将粉煤灰采用包覆式搅拌改性方法进行改性，在改性的过程中加入硬脂酸和硅烷偶联剂。
采用上述方案的有益效果包括：采用上述方法对粉煤灰进行改性，扩大了粉煤灰的应用范围，使粉煤灰变废为宝，且通过改性解决了粉煤灰无法直接加入纸浆中用于制备瓦楞纸的问题。上述方法制备的改性粉煤灰材料可以作为瓦楞纸填充材料，有利于增加瓦楞纸强度，提高瓦楞纸抗冲击力，降低成本提升品质，且添加改性粉煤灰后制成的瓦楞纸制品不影响回收再利用。
进一步，采用先加入硅烷偶联剂再加入硬脂酸的方法进行改性，改性搅拌温度为130-150℃，搅拌转速为每分钟600-800转，改性搅拌时间为8-12分钟。
采用上述方案的有益效果包括：采用先加入硅烷偶联剂再加入硬脂酸的方法可以使包覆后的粉煤灰均匀，且由于硬脂酸的加入使改性粉煤灰与纸浆混合后易与木质纤维亲和从而提高悬浮性。采用130-150℃有利于物料的包覆结合均匀；采用搅拌速度每分钟600-800转，如果高于这个速度容易产生温度差异，导致包覆颗粒的外层厚度不均匀等问题；混合搅拌8-12分钟可以使硅烷偶联剂充分均匀包覆，优选地，当搅拌时间为8分钟效果更好。
进一步，粉煤灰90重量份、硬脂酸9重量份和硅烷偶联剂1重量份。
采用上述方案的有益效果包括：采用上述比例，有利于改性粉煤灰在纸浆均匀悬浮，如果比例不合适容易导致纸浆与粉煤灰分层、纸浆不均匀问题。
进一步，所述粉煤灰的粒径为325目-425目，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂S-920。
采用上述方案的有益效果包括：粉煤灰的粒径优选为325目-425目，采用上述粒径的粉煤灰有利于纸浆在挂网工序段混合纸浆中的改性粉煤灰与纤维均匀上网，使制备的瓦楞纸产品符合要求，如果粒径大于425目会影响后续制备的瓦楞纸表面粗糙度，如果粒径小于325目易导致在制备过程中粉煤灰脱网使瓦楞纸填充材料不易制备成功。
进一步，包括以下步骤：取粉煤灰90重量份，先加入硅烷偶联剂1重量份，搅拌速度每分钟600-800转，搅拌运行温度130-150℃，搅拌5分钟，再加入硬脂酸9重量份同速搅拌3分钟，搅拌运行温度130-150℃。
采用上述方案的有益效果包括：采用上述方法，包覆率可以达到97％。硅烷偶联剂与粉煤灰在130-150℃两种物料统一温度下容易包覆结合均匀。采用先加入硅烷偶联剂再加入硬脂酸的方法可以使包覆后的粉煤灰均匀，且由于硬脂酸的加入使改性粉煤灰与纸浆混合后易与木质纤维亲和从而提高悬浮性。混合搅拌8分钟可以使硅烷偶联剂充分均匀包覆。采用搅拌速度每分钟600-800转，如果高于这个速度容易产生温度差异，导致包覆颗粒的外层厚度不均匀等问题。
本发明提供一种制备瓦楞纸的方法，包括以下步骤：采用上述制备方法制备的改性粉煤灰材料制备瓦楞纸。例如，可以在常规制备瓦楞纸的方法基础上，以上述制备方法制备的改性粉煤灰材料部分替代生物纤维纸浆来制备瓦楞纸。
采用上述方案的有益效果包括：采用上述方法制备的瓦楞纸，可以增加瓦楞纸强度，提高瓦楞纸抗冲击力，降低成本提升品质，添加改性粉煤灰后制备的瓦楞纸制品不影响回收再利用。
进一步，在制备瓦楞纸时按照以下比例在纸浆中添加改性粉煤灰材料：以制备180g瓦楞纸为参考，添加改性粉煤灰材料为纸浆(例如生物纤维纸浆)固含量的38％，如果瓦楞纸每调整10g，按照改性粉煤灰材料添加量相应调整2％的比例进行调整。
采用上述方案的有益效果包括：采用这个比例可以使瓦楞纸不降低原瓦楞纸性能及外观。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供一种瓦楞纸填充材料，包括以下重量份组分：粉煤灰90份、硬脂酸9份和硅烷偶联剂1份。采用上述比例有利于改性粉煤灰在纸浆均匀悬浮，如果比例不合适容易导致纸浆与粉煤灰分层纸浆不均匀问题。
其中，粉煤灰的粒径优选为325目-425目，采用上述粒径的粉煤灰有利于纸浆在挂网工序段混合纸浆中的改性粉煤灰与纤维均匀上网使制备的瓦楞纸产品符合要求，如果粒径大于425目会影响后续制备的瓦楞纸表面粗糙度，如果粒径小于325目易导致在制备过程中粉煤灰脱网使瓦楞纸填充材料不易制备成功。
硅烷偶联剂的型号可以为硅烷偶联剂S-920，可通过市购获得。本发明实施例中采用的硅烷偶联剂(硅烷偶联剂S-920)由山东曲阜晨光化工有限公司生产。
本发明提供一种改性粉煤灰材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰烘干至绝水，筛分得325目-425目粉煤灰，如果高于425目瓦楞纸表面粗糙，如果低于325目挂浆时粉煤灰脱网；
(2)粉煤灰经螺旋输送机计量送至包覆式搅拌改性机，改性机设有蒸汽加热(温度可以设置为130-150℃)，采用物理和化学方式对粉煤灰进行包覆式改性，制备改性粉煤灰材料；在改性的过程中加入硬脂酸和硅烷偶联剂，其中，硅烷偶联剂选择硅烷偶联剂S-920型号作为包覆材料；
具体的粉煤灰改性方法如下：采用蒸汽加热改性搅拌机将325目-425目粉煤灰90重量份，硬脂酸9重量份，硅烷偶联剂1重量份，混合搅拌8-12分钟(优选8分钟)。
在具体的在改性过程中，可以采用如下步骤：将90重量份粉煤灰，先加入1重量份硅烷偶联剂，搅拌速度每分钟600-800转，搅拌5分钟，在运行中再加入9重量份硬脂酸同速搅拌3分钟；整个过程中搅拌运行温度130-150℃，改性搅拌时间8分钟完成，卸料至料仓改性完成。该工序可以为两组，每组间歇运行。
在上述方法中，硅烷偶联剂与粉煤灰在130-150℃两种物料统一温度下容易包覆结合均匀。采用先加入硅烷偶联剂再加入硬脂酸的方法可以使包覆后的粉煤灰均匀，且由于硬脂酸的加入使改性粉煤灰与纸浆混合后易与木质纤维亲和从而提高悬浮性。混合搅拌8分钟可以使硅烷偶联剂充分均匀包覆。采用搅拌速度每分钟600-800转，如果高于这个速度容易产生温度差异，导致包覆颗粒的外层厚度不均匀等问题。
本发明还提供一种利用上述改性粉煤灰材料制备瓦楞纸填充材料的方法，包括以下步骤：将上述方法制备的改性粉煤灰材料以一定比例添加到瓦楞纸纸浆，以上述制备方法制备的改性粉煤灰材料部分替代生物纤维纸浆来制备瓦楞纸，之后再按照常规方法制备瓦楞纸。可以根据瓦楞纸规格品种调整改性粉煤灰材料的添加量。
例如，可以包括以下步骤：正常制浆完成，纸浆进入纸浆缓冲池，将改性粉煤灰材料计量加入纸浆缓冲池利用缓冲池的搅拌机搅拌均匀即可。
以制备180g规格的瓦楞纸为例，添加改性粉煤灰材料为纸浆(生物纤维纸浆)的含固含量的38％(该比例为基础值)，如果瓦楞纸规格每降10g，按照改性粉煤灰材料添加量降低2％的比例进行调整；如果瓦楞纸规格每升高10g，按照改性粉煤灰材料添加量增加2％的比例进行调整。选择这个比例使制备后的瓦楞纸可以保持甚至优于原瓦楞纸的性能及外观。
本发明将无机粉煤灰用硅烷偶联剂在物理方法条件下将粉煤灰颗粒均匀的包覆在颗粒表面得有机粉煤灰，可与纸浆纤维有机结合。利用粉煤灰改性作为填充料制备瓦楞纸，可替代35％-55％的纸浆，减少纸浆用量，降低生产成本，提高瓦楞纸强度。
本发明制备的改性粉煤灰材料可以代替35％-55％生物纤维纸浆。例如，原正常瓦楞纸纸浆1立方固含量为100kg在此基础上添加改性粉煤灰35kg-55kg再按照瓦楞纸品种调整纸浆浓度(瓦楞纸品种不同纸浆要求的浓度不同)，添加改性粉煤灰不影响制备瓦楞纸产品质量和外观，从而增加瓦楞纸成品的产量并降低成本。本发明制备的瓦楞纸由于添加了改性粉煤灰材料后，增加瓦楞纸强度，提高瓦楞纸抗冲击力，降低成本提升品质，添加改性粉煤灰后的瓦楞纸制品不影响回收再利用。提高瓦楞纸成品的产量且降低生产成本。
利用改性粉煤灰作为填充材料可生产瓦楞原纸的不同等级，下面通过具体实施例进行介绍。
实施例1
制备改性粉煤灰材料的方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰烘干至绝水，筛分得325目-425目粉煤灰；
(2)粉煤灰经螺旋输送机计量送至包覆式搅拌改性机，改性机设有蒸汽加热，将粉煤灰90重量份，先加入硅烷偶联剂(S-920型号)1重量份，搅拌速度每分钟600-800转，搅拌5分钟，在运行中再加入硬脂酸9重量份同速搅拌3分钟；整个过程中搅拌运行温度130-150℃，改性搅拌时间8分钟完成，卸料至料仓改性完成。该工序可以为两组，每组间歇运行。通过上述方法制备了改性粉煤灰材料。
上述改性粉煤灰材料可以用于制备瓦楞纸，在制备瓦楞纸时，改性粉煤灰材料可以部分替代生物纤维纸浆。以制备180g规格的瓦楞纸为例，添加改性粉煤灰材料为纸浆的含固含量的38％(该比例为基础值)，如果瓦楞纸规格每降10g，按照改性粉煤灰材料添加量降低2％的比例进行调整；如果瓦楞纸规格每升高10g，按照改性粉煤灰材料添加量增加2％的比例进行调整。选择这个比例使瓦楞纸不改变原瓦楞纸性能及外观。
实施例2
采用实施例1制备的改性粉煤灰材料生产A等级瓦楞原纸的方法包括以下步骤：在常规的生产A等级瓦楞原纸的方法中，按照实施例1的比例在生物纤维纸浆中添加实施例1制备的改性粉煤灰材料，采用改性粉煤灰材料替代与改性粉煤灰材料等含量的生物纤维纸浆。
采用实施例1制备的改性粉煤灰材料生产B等级瓦楞原纸的方法包括以下步骤：在常规的生产B等级瓦楞原纸的方法中，按照实施例1的比例在生物纤维纸浆中添加实施例1制备的改性粉煤灰材料，采用改性粉煤灰材料替代与改性粉煤灰材料等含量的生物纤维纸浆。
采用实施例1制备的改性粉煤灰材料生产C等级瓦楞原纸的方法包括以下步骤：在常规的生产C等级瓦楞原纸的方法中，按照实施例1的比例在生物纤维纸浆中添加实施例1制备的改性粉煤灰材料，采用改性粉煤灰材料替代与改性粉煤灰材料等含量的生物纤维纸浆。
在采用本发明提供的改性粉煤灰材料制作不同规格等级的瓦楞纸的过程中，并未发现粉煤灰亲和力低、易与纤维脱离、粉煤灰沉降速度快等问题。
分别对实施例2制备的不同等级的瓦楞纸进行检测，检测方法按照国内瓦楞纸行业通用的测试成型的瓦楞纸原纸的常规方法进行，检测结果如表1所示，可以看出，本发明采用粉煤灰材料制备的瓦楞纸具有压力强度好等优点。且本发明改性粉煤灰成本仅为300元/t，远远低于现有的瓦楞纸的生产成本。(备注：成本计算是按照市场纸浆价格加上添加改性粉煤灰量所产出产品的量平均值。)
表1
Figure BDA0004101461130000081
对比例
某公司利用未改性粉煤灰(325目)直接添加到瓦楞纸纸浆，未改性粉煤灰的添加量为15％，采用滚筒式工艺制备250g瓦楞纸。加入未改性粉煤灰后发现，粉煤灰与生物纤维在纸浆中亲和力仅为8％-12％左右，且抄纸时粉煤灰与纤维脱离，附着在纤维上的粉煤灰只有2％-5％左右，而且纸浆中粉煤灰沉降速度快，严重影响了瓦楞纸的品质。
而采用本发明提供的方法，将粉煤灰采用硅烷偶联剂S-920、硬脂酸包覆式改性后加入纸浆，成功解决了沉降和亲和力等问题，可根据瓦楞纸规格品种调整添加改性粉煤灰添加量产出不同品种成本低且优质的瓦楞纸。利用本发明提供的改性粉煤灰材料作为制备瓦楞纸填充材料可提高瓦楞纸的强度，增加抗冲击力，降低生产成本。发明人在研究过程中尝试了多种参数，例如，在实施例1的基础上调整了改性的温度，分别为110℃、120℃、160℃，结果表明，相比130-150℃温度制备的改性粉煤灰材料，110℃、120℃、160℃条件制备的改性粉煤灰材料品质不佳容易出现包覆结合不均匀的问题。在实施例1的基础上调整了混合搅拌的时间，分别为2mi n、4mi n、6mi n，结果表明，相比混合搅拌时间8mi n，采用2-6min制备的改性粉煤灰材料品质不佳不能够均匀包覆。在实施例1的基础上调整了转速分别为200转/分钟、400转/分钟、1000转/分钟，相比每分钟600-800转的速度，采用200转/分钟、400转/分钟、1000转/分钟制备的改性粉煤灰材料品质不佳包裹颗粒的外层不均匀。在实施例1的基础上采用先加入硬脂酸再加入硅烷偶联剂的方法，发现该方法制备的改性粉煤灰材料品质不如先加入硅烷偶联剂再加入硬脂酸的方法。综上所述，本发明采用的方法制备的改性粉煤灰材料品质更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种瓦楞纸填充材料，其特征在于，包括以下重量份组分：粉煤灰90份、硬脂酸9份和硅烷偶联剂1份。
2.根据权利要求1所述一种瓦楞纸填充材料，其特征在于，粉煤灰的粒径为325目-425目；所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂S-920。
3.一种改性粉煤灰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将粉煤灰采用包覆式搅拌改性方法进行改性，在改性的过程中加入硬脂酸和硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述一种改性粉煤灰材料的制备方法，其特征在于，采用先加入硅烷偶联剂再加入硬脂酸的方法进行改性，改性搅拌温度为130-150℃，搅拌转速为每分钟600-800转，改性搅拌时间为8-12分钟。
5.根据权利要求3所述一种改性粉煤灰材料的制备方法，其特征在于，粉煤灰90重量份、硬脂酸9重量份和硅烷偶联剂1重量份。
6.根据权利要求3所述一种改性粉煤灰材料的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰的粒径为325目-425目。
7.根据权利要求3所述一种改性粉煤灰材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂S-920。
8.根据权利要求3至7任一项所述一种改性粉煤灰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取粉煤灰90重量份，先加入硅烷偶联剂1重量份，搅拌速度每分钟600-800转，搅拌运行温度130-150℃，搅拌5分钟，再加入硬脂酸9重量份，同速搅拌3分钟，搅拌运行温度130-150℃。
9.一种制备瓦楞纸的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用权利要求3-8任一项所述制备方法制备的改性粉煤灰材料制备瓦楞纸。
10.根据权利要求9所述制备瓦楞纸的方法，其特征在于，在制备瓦楞纸时按照以下比例在纸浆中添加改性粉煤灰材料：以制备180g瓦楞纸为参考，添加改性粉煤灰材料为纸浆固含量的38％，如果瓦楞纸规格每调整10g，按照改性粉煤灰材料添加量相应调整2％的比例进行调整。
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