改性矿物纤维及其制备方法,应用该改性矿物纤维的浆料

摘要

本发明提供一种造纸领域使用的改性矿物纤维，其包括矿物纤维、电性吸附和包覆于矿物纤维表面的负电荷补偿剂和阳离子淀粉，该负电荷补偿剂的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%-0.1%，该阳离子淀粉绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%-6%，该矿物纤维的zeta电位为负，该负电荷补偿剂为带有负电荷的阴离子天然胶粘剂、合成的阴离子聚合物或羧甲基纤维素钠。本发明还提供一种改性矿物纤维的制备方法，及应用该改性矿物纤维的浆料。本发明所述的改性矿物纤维应用于浆料中，能显著降低磨耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种造纸领域使用的改性矿物纤维及其制备方法，及应用该改性矿物纤维的浆料。

背景技术

在造纸工业中，添加矿物纤维于浆料中用以取代部分植物纤维，可降低造纸成本。然而，矿物纤维的添加不仅会降低纸张品质，还会磨损纸机网毯、施胶辊、管路等设备，导致设备使用寿命缩短。未添加矿物纤维，配浆磨耗(反应矿物纤维在纸机系统运用时对纸机网、毯、施胶辊的磨损程度)为6mg-12mg，添加质量为植物纤维质量的3%-5%的矿物纤维后，配浆磨耗上升至22mg，所以一般矿物纤维的最大添加质量为植物纤维质量的3%。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种有效降低磨耗的改性矿物纤维。

另外，还有必要提供一种上述改性矿物纤维的制备方法。

另外，还有必要提供一种应用上述改性矿物纤维的浆料。

一种改性矿物纤维，其包括矿物纤维、电性吸附和包覆于矿物纤维表面的负电荷补偿剂和阳离子淀粉，该负电荷补偿剂的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%-0.1%，该阳离子淀粉绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%-6%，该矿物纤维的zeta电位为负，该负电荷补偿剂为带有负电荷的阴离子天然胶粘剂、合成的阴离子聚合物或羧甲基纤维素钠。

一种改性矿物纤维的制备方法，其包括如下步骤：

取矿物纤维加水混合均匀制得矿物纤维分散液，该矿物纤维的zeta电位为负；

取负电荷补偿剂加水混合均匀制得负电荷补偿剂溶液，该负电荷补偿剂为带有负电荷的阴离子天然胶粘剂、合成的阴离子聚合物或羧甲基纤维素钠；

将矿物纤维分散液和负电荷补偿剂溶液混合均匀，该负电荷补偿剂的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%-0.1%；

将制得的矿物纤维和负电荷补偿剂的混合溶液，添加于阳离子淀粉溶液中，先保持混合液温度为58-80℃的条件下搅拌5-45min，再升温至95-105℃保持搅拌5-30min；然后冷却所述混合液，制得所述改性矿物纤维溶液，该阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量0.01%-6%。

一种应用上述改性矿物纤维的浆料，该改性矿物纤维的绝干质量为浆料植物纤维绝干质量的3%-5%。

本发明所述的改性矿物纤维，先添加负电荷补偿剂增强矿物纤维的负电荷性，再添加阳离子吸附包裹于带负电荷的矿物纤维表面，使矿纤表面形成具表面流变性的天然高分子物质，具有润滑特性，可有效减少矿物纤维对设备网毯、辊之前的摩擦，降低磨耗。

附图说明

图1为未改性矿物纤维的显微镜放大图(放大倍数：1000)；

图2为本发明一较佳实施例的改性矿物纤维的显微镜放大图(放大倍数：1000)；

图3为另一未改性矿物纤维的显微镜放大图(放大倍数：5000)；

图4为本发明另一较佳实施例的改性矿物纤维的显微镜放大图(放大倍数：5000)。

具体实施方式

该改性矿物纤维的制备方法，其包括如下步骤：

(1)配置矿物纤维分散液。

取一定量的矿物纤维加水混合、分散均匀制得矿物纤维分散液。该矿物纤维具体可为硅灰石、石棉、玻璃纤维等无机纤维。该矿物纤维的zeta电位为负。此步骤对该矿物纤维分散液的浓度无要求。

(2)配置负电荷补偿剂溶液。

取一定量的负电荷补偿剂加水，搅拌均匀制得负电荷补偿剂溶液。该负电荷补偿剂可增强矿物纤维的负电荷性，其具体可为带有负电荷的阴离子天然胶粘剂、合成的阴离子聚合物或羧甲基纤维素钠(CMC)。该阴离子天然胶粘剂可为瓜尔胶，该阴离子聚合物可为丙烯酰胺共聚物。

(3)将上述分别配置的矿物纤维分散液和负电荷补偿剂溶液混合均匀。该负电荷补偿剂的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%-0.1%。

(4)将制得的矿物纤维和负电荷补偿剂的混合溶液，缓慢添加于阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为0.5%-3%)中，并保持混合液温度为58-80℃的条件下匀速搅拌5-45min，再升温至95-105℃保持搅拌5-30min，升温时间控制为5-10min。最后冷却所述混合液至室温，即制得所述改性矿物纤维溶液。所述保温降温步骤及预处理时间均对磨耗值影响较大。

该阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量0.01%-6%。

所述阳离子淀粉优选为半熟化阳离子淀粉。

所述阳离子淀粉吸附包裹于带负电荷的矿物纤维表面，使矿纤表面形成具表面流变性的天然高分子物质，具有润滑特性，减少矿物纤维对设备网毯、辊之前的摩擦，降低磨耗。

上述制备方法的步骤，未特别注明温度的，均在室温条件下进行。

一种应用上述方法所制得改性矿物纤维，其包括矿物纤维，电性吸附和包覆于矿物纤维表面的负电荷补偿剂和阳离子淀粉。该负电荷补偿剂的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%-0.1%。该阳离子淀粉绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%-6%。

该矿物纤维为硅灰石、石棉、玻璃纤维等无机纤维。

该负电荷补偿剂为带有负电荷的阴离子天然胶粘剂、合成的阴离子聚合物或羧甲基纤维素钠，可增强矿物纤维的负电荷性。该阴离子天然胶粘剂可为瓜尔胶，该阴离子聚合物可为丙烯酰胺共聚物。

一种应用上述改性矿物纤维的浆料，该改性矿物纤维的绝干质量为浆料植物纤维绝干质量的3%-5%。

从图1-4可以看出，未改性的矿物纤维由两头尖锐针状物与不规则碎石形状组成，有菱角；改性矿物纤维具有外形更加圆润，不像未改性的矿物纤维那样尖锐。

本发明所述的改性矿物纤维，先添加负电荷补偿剂增强矿物纤维的负电荷性，再添加阳离子淀粉吸附包裹于带负电荷的矿物纤维表面，使矿纤表面形成具表面流变性的天然高分子物质(阳离子淀粉)，具有润滑特性，可有效减少矿物纤维对设备网毯、辊之前的摩擦，降低磨耗。

下面通过实施例来对本发明进行具体说明。

实施例1

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(硅灰石)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加瓜尔胶溶液(温度为15℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%)，匀速搅拌10min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为3%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的6%，并保持混合液温度为80℃的条件下匀速搅拌5min，再升温至95℃保持搅拌10min，升温时间控制为10min，再降温至40℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：使用NBKP浆、LBKP浆和APMP浆的混合浆，所述浆料的比例采用通用的比例，其中NBKP浆、LBKP浆、APMP浆的质量比20：60：20，分别添加不同量的改性矿物纤维于混合浆中，其中改性矿物纤维的添加量为LBKP浆的绝干质量的5%和3%。

对比例1

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(硅灰石)分散液，匀速搅拌10min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例1所制得的矿物纤维。

实施例2

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(硅灰石)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加瓜尔胶溶液(温度为30℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.05%)，匀速搅拌5min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为2%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的3%，并保持混合液温度为70℃的条件下匀速搅拌30min，再升温至100℃保持搅拌15min，升温时间控制为10min，再降温至30℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加实施例2所制得的改性矿物纤维。

对比例2

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(硅灰石)分散液，匀速搅拌5min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例2的矿物纤维。

实施例3

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(硅灰石)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加瓜尔胶溶液(温度为45℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.1%)，匀速搅拌5min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为0.5%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%，并保持混合液温度为58℃的条件下匀速搅拌45min，再升温至105℃保持搅拌5min，升温时间控制为10min，再降温至20℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加实施例3所制得的改性矿物纤维。

对比例3

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(硅灰石)分散液，匀速搅拌5min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例3的矿物纤维。

实施例1-3和对比例1-3的矿物纤维自身磨耗和配浆磨耗测试结果如表一所示。

表一

项目对比例1实施例1对比例2实施例2对比例3实施例3自身磨耗 mg2021061086690515%配浆磨耗 mg261997873%配浆磨耗 mg12114332

由表一可知：相较于矿物纤维(对比例1-3)，以实施例1、2和3所制得的改性矿物纤维自身磨耗和配浆磨耗都有所降低。

矿物纤维自身磨耗的测试方式：以100g绝干质量的矿物纤维加水稀释成1000ml溶液，一定时间内对圆形铜片的磨损程度。

配浆磨耗的测试方式：加入矿物纤维配浆后，取1000ml浆料溶液(含矿物纤维的绝干质量为10g)，一定时间内对圆形铜片的磨损程度。

实施例4

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(石棉)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加CMC溶液(温度为15℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.2%)，匀速搅拌3min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为3%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%，并保持混合液温度为58℃的条件下匀速搅拌5min，再升温至95℃保持搅拌5min，升温时间控制为10min，再降温至40℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加实施例4所制得的改性矿物纤维。

对比例4

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(石棉)分散液，匀速搅拌3min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例4的矿物纤维。

实施例5

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(石棉)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加CMC溶液(温度为15℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.05%)，匀速搅拌4min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为2%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的3%，并保持混合液温度为70℃的条件下匀速搅拌30min，再升温至100℃保持搅拌15min，升温时间控制为10min，再降温至30℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加实施例5所制得的改性矿物纤维。

对比例5

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(石棉)分散液，匀速搅拌4min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例5的矿物纤维。

实施例6

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(石棉)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加CMC溶液(温度为15℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.1%)，匀速搅拌5min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为0.5%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%，并保持混合液温度为80℃的条件下匀速搅拌45min，再升温至105℃保持搅拌30min，升温时间控制为10min，再降温至20℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加实施例6所制得的改性矿物纤维。

对比例6

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(石棉)分散液，匀速搅拌5min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例6的矿物纤维。

实施例4-6和对比例4-6的矿物纤维自身磨耗和配浆磨耗测试结果如表二所示。

表二

项目对比例4实施例4对比例5实施例5对比例6实施例6自身磨耗 mg24515012592110875%配浆磨耗 mg41271581673%配浆磨耗 mg15146443

由表二可知：相较于矿物纤维(对比例4-6)，以实施例4、5和6所制得的改性矿物纤维自身磨耗和配浆磨耗都有所降低。

实施例7

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(玻璃纤维)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加丙烯酰胺共聚物溶液(温度为15℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.02%)，匀速搅拌15min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为3%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的6%，并保持混合液温度为58℃的条件下匀速搅拌5min，再升温至95℃保持搅拌5min，升温时间控制为10min，再降温至40℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加实施例7所制得的改性矿物纤维。

对比例7

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(玻璃纤维)分散液，匀速搅拌15min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例7的矿物纤维。

实施例8

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(玻璃纤维)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加丙烯酰胺共聚物溶液(温度为30℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.05%)，匀速搅拌30min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为2%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的3%，并保持混合液温度为70℃的条件下匀速搅拌30min，再升温至100℃保持搅拌15min，升温时间控制为10min，再降温至30℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加实施例8所制得的改性矿物纤维。

对比例8

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(玻璃纤维)分散液，匀速搅拌30min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例8的矿物纤维。

实施例9

制备改性矿物纤维：配置矿物纤维(玻璃纤维)分散液，向上述矿物纤维分散液中添加丙烯酰胺共聚物溶液(温度为45℃，绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.1%)，匀速搅拌45min；将上述混合液添加于半熟化阳离子淀粉溶液(质量百分浓度为0.5%)中，该半熟化阳离子淀粉的绝干质量为矿物纤维绝干质量的0.01%，并保持混合液温度为80℃的条件下匀速搅拌45min，再升温至105℃保持搅拌30min，升温时间控制为10min，再降温至20℃制得所述改性矿物纤维。

制备浆料：参实施例7的方法和步骤制备浆料，添加实施例9所制得的改性矿物纤维。

对比例9

制备矿物纤维分散液：配置矿物纤维(玻璃纤维)分散液，匀速搅拌45min。

制备浆料：参实施例1的方法和步骤制备浆料，添加对比例9的矿物纤维。

实施例7-9和对比例7-9的矿物纤维自身磨耗和配浆磨耗测试结果如表三所示。

表三

项目对比例7实施例7对比例8实施例8对比例9实施例9自身磨耗 mg196811085197425%配浆磨耗 mg52231761473%配浆磨耗 mg16149653

由表三可知：相较于矿物纤维(对比例7-9)，以实施例7、8和9所制得的改性矿物纤维自身磨耗和配浆磨耗都有所降低。

另外，本领域技术人员还可在本发明权利要求公开的范围和精神内做其它形式和细节上的各种修改、添加和替换。当然，这些依据本发明精神所做的各种修改、添加和替换等变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。