專利名稱：一種粉煤灰纖維紙漿及其為原料的造紙方法
技術領域：
本發明涉及一種紙漿，具體涉及一種粉煤灰纖維紙漿，以及以粉煤灰纖維紙漿為原料的制造紙質材料的方法。
背景技術：
粉煤灰纖維是用燃燒煤炭或煤粉后產生的灰和渣在高溫熔融下噴絲制造的。這種無機纖維主要成分為SiO2，Al2O3，含有少量的Fe2O3，CaO，MgO，TiO2等，可代替部分玻璃纖維制作各種工業材料。粉煤灰纖維的合理利用是人們十分關注的課題。
其中十分有意義的和高附加值的利用是應用于紙漿生產特種紙品。以粉煤灰纖維為原料配制紙漿，可部分代替天然植物紙漿，生產成本低，無水源污染和環境污染，既能解決粉煤灰廢物利用問題，又能減低天然植物造紙過程的廢物排放，并節省樹木資源的耗費。
目前，尚無如何采用粉煤灰纖維制備紙漿和制備紙張的文獻報道，因此該課題的研究開發將具有十分重要的意義。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是公開一種粉煤灰纖維紙漿；本發明需要解決的另一個技術問題是公開一種以粉煤灰纖維紙漿為原料的造紙方法。
本發明的粉煤灰纖維紙漿以干漿計，組分和重量百分比含量以干漿計包括粉煤灰纖維 20～80％有機纖維 20～80％軟化劑 1～10％
分散劑 1～8％表面改性劑 1～10％其中軟化劑、分散劑和表面改性劑均以粉煤灰纖維的總重量計；粉煤灰纖維紙漿的固含量為65～75％，水25～35％上述的粉煤灰纖維紙漿用于制備的紙張用作各種書本、報紙、文教用紙時，粉煤灰纖維用量為20～40％，有機纖維60～80％，最優選粉煤灰纖維用量為30％，有機纖維70％。
所制備的紙張用作箱板紙、瓦楞紙、工業過濾紙、裝飾紙和各種包裝紙時，粉煤灰纖維為40～60％，有機纖維40～60％，最優選粉煤灰超細纖維干漿50％，有機纖維50％。
所制備的紙張用作托盤、梭錠、包裝材料時，粉煤灰超細纖維為60～80％，有機纖維20～40％，最優選粉煤灰纖維70％，有機纖維30％。
軟化劑選自鹽酸、硫酸、醋酸、烷基酸金屬鹽等其中的一種或其混合物；分散劑選自多磷酸鈉、藻酰酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、氧化聚乙烯或乳化甲基硅油等其中一種或多種；表面改性劑選自聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酰胺水溶液、改性淀粉水溶液、羧甲基纖維素和松香膠乳等其中一種或多種。
所說的粉煤灰纖維是以工業粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物為原料制備的纖維，所說的粉煤灰纖維可以采用申請人在先的中國專利，申請號200410018352.6公開的技術進行制備，制備過程包括如下步驟將工業粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物、添加劑和水混合造粒后在高溫加壓下加熱熔化，控制穩定的熔體粘度，加壓下由多孔噴絲板熔融噴出成絲，然后噴灑冷卻劑或表面處理劑，制得超細的無機纖維。
所說的添加劑為無機添加劑或/和有機添加劑，無機添加劑和有機添加劑的總量以工業粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物的總重量計為5～10％；無機添加劑選自石灰石、玄武巖石或白巖石等中的一種或其混合物，最優選的無機添加劑為石灰石；有機添加劑選自烷基酸鈣、烷基酸鈉、烷基酸鋅、烷基酸鋇、烷基酸鎂等，最優選的有機添加劑為烷基酸鋅。
所說的冷卻劑優選水；所說的表面處理劑包括水溶性聚合物稀溶液、酸性水溶液、離子型表面活性劑或含硅表面活性劑中的一種；所說的水溶性聚合物稀溶液選自聚乙烯醇稀水溶液、聚丙烯酰胺稀水溶液、水性丙烯酸類樹脂稀溶液，水溶性纖維素醚或水溶性聚氨酯溶液等中的一種，其重量濃度一般為1～10％；所說的酸性水溶液選自鹽酸水溶液、硫酸水溶液、醋酸水溶液、十二烷基硫酸水溶液或十二烷基苯磺酸水溶液等中的一種，其重量濃度一般為0.5～5％；所說的離子型表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或油酰氨基酸鈉等中的一種；所說的含硅表面活性劑選自烷氧基聚硅氧烷、乳化甲基硅油、氨基改性硅油、羧基改性硅油、聚醚改性硅油、醇改性硅油等中的一種；熔化溫度為1100～1500℃；粉煤灰熔體噴絲的壓力為0.35～0.65Mpa。
所指的有機纖維漿選自木纖維漿、草纖維漿、混合植物纖維漿以及廢紙漿等中的一種或其混合物，最優選木纖維漿。
本發明的以粉煤灰纖維紙漿為原料的造紙方法包括如下步驟將上述的粉煤灰纖維紙漿采用常規的方法輸送至造紙機上配抄紙品，即可制得紙張材料；其中所述及的粉煤灰纖維紙漿的制備方法包括如下步驟將所述及的粉煤灰纖維經過濕法除渣、切斷、疏解后，添加軟化劑和分散劑或表面改性劑，然后在0.2～0.3MPa，溫度為80～120℃的條件下，攪拌40～80分鐘，獲得分散均勻的漿液，再與與有機纖維漿液混合，磨漿、脫水，即獲得所說的粉煤灰纖維紙漿。
所說粉煤灰纖維直徑為1～10μm，長度為5～50cm。優選的粉煤灰纖維直徑為3～5μm，長度為35～40cm。
所說的除渣處理，是指粉煤灰纖維在除渣機器上進行濕法除渣，清除其中的結粒或結塊，該機器特征為具有多層網狀過濾裝置，通常為3～5層。最優選5層過濾網。
所說的切斷，是指使用具有固定刀和轉刀的纖維切斷機、采用濕法剪切將粉煤灰纖維切為長度3～5mm以下的短纖維。最優選長度為3mm以下。
所述的濕法是指含有水份的粉煤灰纖維，其中水為75～85％(重量)，粉煤灰纖維為15～25％。最優選水為80％，粉煤灰纖維為20％。
所說的疏解，是指切短的粉煤灰纖維在通用的疏解機上進行疏解，其目的是使粉煤灰纖維在水中均勻分散，不產生聚集。
本發明所說的粉煤灰纖維制成的漿，得漿率以干漿計為85％～92％。最優化條件下，得漿率為90％～92％根據目標產物的用途不同，可調節粉煤灰纖維漿液與有機纖維漿液混合的比例，以滿足紙張不同應用的要求。
采用相應的國家標準對本發明所制備的各種紙張制品進行檢測，物理性能達到植物纖維紙張的同等性能，在耐水性、耐腐蝕和防火性方面優于植物纖維紙張。
粉煤灰纖維紙張包裝材料可代替聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料包裝材料。使用后易于回收和處理，可回歸大自然，無二次污染。
本發明將粉煤灰超細纖維用于造紙，提高粉煤灰的應用附加值，所制造的紙品可在文化教育、工業生產、包裝材料等方面有很好的應用前景。該技術的工藝方法適用于工業規模生產，粉煤灰超細纖維漿液制造過程無污染物排放，并降低造紙成本。本發明的方法賦予工業廢物以功能化利用，取代木漿，節省原木耗費，對保護森林資源意義顯著。
具體實施例方式
實施例1用直徑3～5μm長度15～45cm的粉煤灰纖維20份(重量)，水80份，調和后物料進入5層網的除渣機中，除渣過濾后，用纖維切斷機將纖維切成長度3～5cm的短纖。隨后，送入多量疏解機中疏解；接著，加入3％醋酸水溶液4份、1％鹽酸水溶液1份、烷基酸鈣2份、多磷酸鈉2份、5％聚乙烯醇水溶液8份，5％改性淀粉水溶液5份，物料輸送到壓力容器中，控制容器中壓力0.3MPa、控制溫度90～95℃、攪拌60分鐘，制得粉煤灰纖維分散均勻的漿液。以干漿計，得率90％。然后在粉煤灰纖維漿液中，加入預先制備好的木纖維漿以干漿計20份，磨漿，使之分散均勻；再轉入脫水機中脫水；所得到的復合紙漿再輸送至高位槽，控制出料流速，輸往造紙機上造紙。所制得的紙張適合于做箱板紙。依據國標GB/T13024-1999(箱板紙)對所制備的箱板紙進行測定，其性能指標處于A～B級之間定量 258 g/m2緊度 0.71g/m3耐破指數 2.65kPa·m2/g(橫向)環壓指數 8.6 Nm/g
(橫向)耐折度 ≥55次吸水性(正/反) 27g/m2交貨水分 7.5％實施例2用直徑3～5μm長度15～45cm的粉煤灰纖維20份(重量)，水80份，調和后物料進入5層網的除渣機中，除渣過濾后，用纖維切斷機將纖維切成長度3～5cm的短纖。隨后，送入多量疏解機中疏解；接著，加入3％醋酸水溶液2份、1％硫酸水溶液1份、烷基酸鎂2份、烷基酸鋅2份、5％聚丙烯酰胺水溶液2份、10％聚乙烯醇水溶液2份，物料輸送到壓力容器中，控制容器中壓力0.25MPa、控制溫度90～95℃、攪拌50分鐘，制得粉煤灰纖維分散均勻的漿液。以干漿計，得率91％。然后在粉煤灰纖維漿液中，加入預先制備好的木纖維漿以干漿計80份，磨漿，使之分散均勻；再轉入脫水機中脫水；所得到的復合紙漿再輸送至高位槽，控制出料流速，輸往造紙機上造紙。所制得的紙張適合于做文教紙。依據GB/T18935-2001(中小學教科書用紙、印刷質量標準和檢驗方法)對所制備的紙張進行測定，其性能指標處于A～C級之間定量 60g/m2厚度 65μm白度 75％不透明度 85％平滑度(正反面平均)30s(正反面差) 25％抗張強度(縱橫平均)28Nm/g施膠度0.30mm耐折度(橫向) 7次塵埃度(0.2mm2) 90個/m2印刷表面強度(正反面均) 1.20m/s交貨水分 4.0％實施例3用直徑3～5μm長度15～45cm的粉煤灰纖維18份(重量)，水82份，調和后物料進入5層網的除渣機中，除渣過濾后，用纖維切斷機將纖維切成長度3～5cm的短纖。隨后，送入多量疏解機中疏解；接著，加入3％多磷酸鈉水溶液3份、1％十二烷基硫酸鈉2份、烷基酸鋇1份、藻酰酸鈉2份、8％氧化聚乙烯水溶液1份、5％乳化甲基硅油2份，物料輸送到壓力容器中，控制容器中壓力0.4MPa、控制溫度60～65℃、攪拌70分鐘，制得粉煤灰纖維分散均勻的漿液。以干漿計，得率92％。然后在粉煤灰纖維漿液中，加入預先制備好的木纖維漿以干漿計12份，磨漿，使之分散均勻；再轉入脫水機中脫水；所得到的復合紙漿再輸送至高位槽，控制出料流速，輸往造紙機上造紙。所制得的紙張適合于做包裝紙袋紙。依據國標GB/T 7968-1996(紙袋紙)對所制備的紙袋進行測定，其性能指標處于優等～1等之間定量 82g/m2撕裂度 900mN透氣度 3.70μm/Pa·S吸水性 11g/m2抗張強度(橫向) 2.6kN/m伸長率(縱向) 1.8％抗張能量吸收(縱向) 63J/m2(橫向) 69J/m2水分 8.1％
實施例4用直徑3～5μm長度15～45cm的粉煤灰纖維20份(重量)，水80份，調和后物料進入5層網的除渣機中，除渣過濾后，用纖維切斷機將纖維切成長度3～5cm的短纖。隨后，送入多量疏解機中疏解；接著，加入3％醋酸水溶液3份、烷基酸鎂2份、多磷酸鈉2份、5％聚丙烯酰胺水溶液2份、5％羧甲基纖維素水溶液2份，物料輸送到壓力容器中，控制容器中壓力0.20MPa、控制溫度80～85℃、攪拌60分鐘，制得粉煤灰纖維分散均勻的漿液。以干漿計，得率90％。然后在粉煤灰纖維漿液中，加入預先制備好的木纖維漿以干漿計5份，磨漿，使之分散均勻；再轉入脫水機中脫水；所得到的復合紙漿再輸送至高位槽，控制出料流速，輸往造紙機上造紙。所制得的紙張適合于做包裝托盤。根據GB/T453-2002(紙和紙板抗張強度的測定)和GB/T13024-1999(箱板紙)對所制備的紙質托盤進行測定，其性能如下定量 490g/m2緊度 0.78g/m3橫向抗張強度 16kN/m(厚1.0mm)24kN/m(厚1.5mm)吸水性 3.0g/m2耐溫600C實施例5纖維的制備用粉煤灰100份(重量)、石灰石8份，烷基酸鈉2份、烷基酸鋅2份、摻和25份水使粉料潤濕并有粘結性，利用雙輥型造粒機，造成粒徑約3cm的球粒，投入1250℃的封閉式熔化爐中，待完全熔融后，利用熔體液面與噴絲嘴的高度差來調節壓力差，當壓力達0.5MPa時，開閘噴絲。在噴絲嘴出口3cm處，朝噴出的細絲上均勻地噴灑乳化甲基硅油和油酰氨基酸鈉混合液水霧，使之冷卻。收絲，得到直徑為1.2～5.5μm，長度為30～35cm的粉煤灰超細纖維。
權利要求
1.一種粉煤灰纖維紙漿，其特征在于，組分和重量百分比含量以干漿計包括粉煤灰纖維20～80％有機纖維 20～80％軟化劑1～10％分散劑1～8％表面改性劑1～10％其中軟化劑、分散劑和表面改性劑均以粉煤灰纖維總重量計；粉煤灰纖維紙漿的固含量為65～75％，水25～35％；軟化劑選自鹽酸、硫酸、醋酸、烷基酸金屬鹽其中的一種或其混合物；分散劑選自多磷酸鈉、藻酰酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、氧化聚乙烯或乳化甲基硅油其中一種或多種；表面改性劑選自聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酰胺水溶液、改性淀粉水溶液、羧甲基纖維素和松香膠乳其中一種或多種；所說的粉煤灰纖維是以工業粉煤灰或煤炭燃燒固態殘留物為原料制備的纖維。
2.根據權利要求1所述的粉煤灰纖維紙漿，其特征在于，用于制備的紙張用作各種書本、報紙、文教用紙時，粉煤灰纖維用量為20～40％，有機纖維60～80％。
3.根據權利要求1所述的粉煤灰纖維紙漿，其特征在于，所制備的紙張用作箱板紙、瓦楞紙、工業過濾紙、裝飾紙和各種包裝紙時，粉煤灰纖維為40～60％，有機纖維40～60％。
4.根據權利要求1所述的粉煤灰纖維紙漿，其特征在于，所制備的紙張用作托盤、梭錠、包裝材料時，粉煤灰纖維為60～80％，有機纖維20～40％。
5.以權利要求1～4任一項所述的粉煤灰纖維紙漿為原料的造紙方法包括如下步驟將上述的粉煤灰纖維紙漿采用常規的方法輸送至造紙機上配抄紙品，即可制得紙張材料；其中所述及的粉煤灰纖維紙漿的制備方法包括如下步驟將所述及的粉煤灰纖維經過濕法除渣、切斷、疏解后，添加軟化劑和分散劑或表面改性劑，然后在0.2～0.3MPa，溫度為80～120℃的條件下，攪拌40～80分鐘，獲得分散均勻的漿液，再與有機纖維漿液混合，磨漿、脫水，即獲得所說的粉煤灰纖維紙漿。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所說粉煤灰纖維直徑為1～10μm，長度為5～50cm。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所說的除渣處理，是指粉煤灰纖維在除渣機器上進行濕法除渣，其中水為75～85％(重量)，粉煤灰纖維為15～25％。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所說的切斷，是指采用濕法剪切將粉煤灰纖維切為長度3～5mm以下的短纖維。
全文摘要
本發明公開了一種粉煤灰纖維紙漿及其為原料的造紙方法。本發明的粉煤灰纖維紙漿的組分和重量百分比含量包括軟化劑1～10％，分散劑1～8％，表面改性劑1～10％，粉煤灰纖維20～80％，有機纖維20～80％，水余量。將上述的粉煤灰纖維紙漿采用常規的方法輸送至造紙機上配抄紙品，即可制得紙張材料。采用相應的國家標準對本發明所制備的各種紙張制品進行檢測，物理性能達到植物纖維紙張的同等性能，在耐水性、耐腐蝕和防火性方面優于植物纖維紙張。本發明適用于工業規模生產，粉煤灰超細纖維漿液制造過程無污染物排放，并降低造紙成本。本發明的方法賦予工業廢物以功能化利用，取代木漿，節省原木耗費，對保護森林資源意義顯著。
文檔編號D21H13/00GK1580391SQ200410018
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月18日 優先權日2004年5月18日
發明者陳建定, 鄭小鵬, 陳忠榮 申請人:華東理工大學, 上海融申紙業有限公司