一种粉煤灰纤维纸浆及其为原料的造纸方法.pdf

本发明公开了一种粉煤灰纤维纸浆及其为原料的造纸方法。本发明的粉煤灰纤维纸浆的组分和重量百分比含量包括：软化剂1～10％，分散剂1～8％，表面改性剂1～10％，粉煤灰纤维20～80％，有机纤维20～80％，水余量。将上述的粉煤灰纤维纸浆采用常规的方法输送至造纸机上配抄纸品，即可制得纸张材料。采用相应的国家标准对本发明所制备的各种纸张制品进行检测，物理性能达到植物纤维纸张的同等性能，在耐水性、耐腐蚀和防火性方面优于植物纤维纸张。本发明适用于工业规模生产，粉煤灰超细纤维浆液制造过程无污染物排放，并降低造纸成本。本发明的方法赋予工业废物以功能化利用，取代木浆，节省原木耗费，对保护森林资源意义显著。

1.  一种粉煤灰纤维纸浆，其特征在于，组分和重量百分比含量以干浆计包括：
粉煤灰纤维                    20～80％
有机纤维                      20～80％
软化剂                        1～10％
分散剂                        1～8％
表面改性剂                    1～10％
其中：软化剂、分散剂和表面改性剂均以粉煤灰纤维总重量计；
粉煤灰纤维纸浆的固含量为65～75％，水25～35％；
软化剂选自盐酸、硫酸、醋酸、烷基酸金属盐其中的一种或其混合物；
分散剂选自多磷酸钠、藻酰酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、氧化聚乙烯或乳化甲基硅油其中一种或多种；
表面改性剂选自聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酰胺水溶液、改性淀粉水溶液、羧甲基纤维素和松香胶乳其中一种或多种；
所说的粉煤灰纤维是以工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物为原料制备的纤维。

2.  根据权利要求1所述的粉煤灰纤维纸浆，其特征在于，用于制备的纸张用作各种书本、报纸、文教用纸时，粉煤灰纤维用量为20～40％，有机纤维60～80％。

3.  根据权利要求1所述的粉煤灰纤维纸浆，其特征在于，所制备的纸张用作箱板纸、瓦楞纸、工业过滤纸、装饰纸和各种包装纸时，粉煤灰纤维为40～60％，有机纤维40～60％。

4.  根据权利要求1所述的粉煤灰纤维纸浆，其特征在于，所制备的纸张用作托盘、梭锭、包装材料时，粉煤灰纤维为60～80％，有机纤维20～40％。

5.  以权利要求1～4任一项所述的粉煤灰纤维纸浆为原料的造纸方法包括如下步骤：
将上述的粉煤灰纤维纸浆采用常规的方法输送至造纸机上配抄纸品，即可制得纸张材料；
其中：所述及的粉煤灰纤维纸浆的制备方法包括如下步骤：
将所述及的粉煤灰纤维经过湿法除渣、切断、疏解后，添加软化剂和分散剂或表面改性剂，然后在0.2～0.3MPa，温度为80～120℃的条件下，搅拌40～80分钟，获得分散均匀的浆液，再与有机纤维浆液混合，磨浆、脱水，即获得所说的粉煤灰纤维纸浆。

6.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所说粉煤灰纤维直径为1～10μm，长度为5～50cm。

7.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所说的除渣处理，是指粉煤灰纤维在除渣机器上进行湿法除渣，其中水为75～85％(重量)，粉煤灰纤维为15～25％。

8.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所说的切断，是指采用湿法剪切将粉煤灰纤维切为长度3～5mm以下的短纤维。

说明书 一种粉煤灰纤维纸浆及其为原料的造纸方法
技术领域
本发明涉及一种纸浆，具体涉及一种粉煤灰纤维纸浆，以及以粉煤灰纤维纸浆为原料的制造纸质材料的方法。
背景技术
粉煤灰纤维是用燃烧煤炭或煤粉后产生的灰和渣在高温熔融下喷丝制造的。这种无机纤维主要成分为SiO₂，Al₂O₃，含有少量的Fe₂O₃，CaO，MgO，TiO₂等，可代替部分玻璃纤维制作各种工业材料。粉煤灰纤维的合理利用是人们十分关注的课题。
其中十分有意义的和高附加值的利用是应用于纸浆生产特种纸品。以粉煤灰纤维为原料配制纸浆，可部分代替天然植物纸浆，生产成本低，无水源污染和环境污染，既能解决粉煤灰废物利用问题，又能减低天然植物造纸过程的废物排放，并节省树木资源的耗费。
目前，尚无如何采用粉煤灰纤维制备纸浆和制备纸张的文献报道，因此该课题的研究开发将具有十分重要的意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种粉煤灰纤维纸浆；
本发明需要解决的另一个技术问题是公开一种以粉煤灰纤维纸浆为原料的造纸方法。
本发明的粉煤灰纤维纸浆以干浆计，组分和重量百分比含量以干浆计包括：
粉煤灰纤维                   20～80％
有机纤维                     20～80％
软化剂                       1～10％
分散剂                       1～8％
表面改性剂                   1～10％
其中：软化剂、分散剂和表面改性剂均以粉煤灰纤维的总重量计；
粉煤灰纤维纸浆的固含量为65～75％，水25～35％
上述的粉煤灰纤维纸浆用于制备的纸张用作各种书本、报纸、文教用纸时，粉煤灰纤维用量为20～40％，有机纤维60～80％，最优选粉煤灰纤维用量为30％，有机纤维70％。
所制备的纸张用作箱板纸、瓦楞纸、工业过滤纸、装饰纸和各种包装纸时，粉煤灰纤维为40～60％，有机纤维40～60％，最优选粉煤灰超细纤维干浆50％，有机纤维50％。
所制备的纸张用作托盘、梭锭、包装材料时，粉煤灰超细纤维为60～80％，有机纤维20～40％，最优选粉煤灰纤维70％，有机纤维30％。
软化剂选自盐酸、硫酸、醋酸、烷基酸金属盐等其中的一种或其混合物；
分散剂选自多磷酸钠、藻酰酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、氧化聚乙烯或乳化甲基硅油等其中一种或多种；
表面改性剂选自聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酰胺水溶液、改性淀粉水溶液、羧甲基纤维素和松香胶乳等其中一种或多种。
所说的粉煤灰纤维是以工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物为原料制备的纤维，所说的粉煤灰纤维可以采用申请人在先的中国专利，申请号：200410018352.6公开的技术进行制备，制备过程包括如下步骤：
将工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物、添加剂和水混合造粒后在高温加压下加热熔化，控制稳定的熔体粘度，加压下由多孔喷丝板熔融喷出成丝，然后喷洒冷却剂或表面处理剂，制得超细的无机纤维。
所说的添加剂为无机添加剂或/和有机添加剂，无机添加剂和有机添加剂的总量以工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物的总重量计为5～10％；
无机添加剂选自石灰石、玄武岩石或白岩石等中的一种或其混合物，最优选的无机添加剂为石灰石；
有机添加剂选自烷基酸钙、烷基酸钠、烷基酸锌、烷基酸钡、烷基酸镁等，最优选的有机添加剂为烷基酸锌。
所说的冷却剂优选水；
所说的表面处理剂包括水溶性聚合物稀溶液、酸性水溶液、离子型表面活性剂或含硅表面活性剂中的一种；
所说的水溶性聚合物稀溶液选自聚乙烯醇稀水溶液、聚丙烯酰胺稀水溶液、水性丙烯酸类树脂稀溶液，水溶性纤维素醚或水溶性聚氨酯溶液等中的一种，其重量浓度一般为1～10％；
所说的酸性水溶液选自盐酸水溶液、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种，其重量浓度一般为0.5～5％；
所说的离子型表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或油酰氨基酸钠等中的一种；
所说的含硅表面活性剂选自烷氧基聚硅氧烷、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种；
熔化温度为1100～1500℃；
粉煤灰熔体喷丝的压力为0.35～0.65Mpa。
所指的有机纤维浆选自木纤维浆、草纤维浆、混合植物纤维浆以及废纸浆等中的一种或其混合物，最优选木纤维浆。
本发明的以粉煤灰纤维纸浆为原料的造纸方法包括如下步骤：
将上述的粉煤灰纤维纸浆采用常规的方法输送至造纸机上配抄纸品，即可制得纸张材料；
其中：所述及的粉煤灰纤维纸浆的制备方法包括如下步骤：
将所述及的粉煤灰纤维经过湿法除渣、切断、疏解后，添加软化剂和分散剂或表面改性剂，然后在0.2～0.3MPa，温度为80～120℃的条件下，搅拌40～80分钟，获得分散均匀的浆液，再与与有机纤维浆液混合，磨浆、脱水，即获得所说的粉煤灰纤维纸浆。
所说粉煤灰纤维直径为1～10μm，长度为5～50cm。优选的粉煤灰纤维直径为3～5μm，长度为35～40cm。
所说的除渣处理，是指粉煤灰纤维在除渣机器上进行湿法除渣，清除其中的结粒或结块，该机器特征为具有多层网状过滤装置，通常为3～5层。最优选5层过滤网。
所说的切断，是指使用具有固定刀和转刀的纤维切断机、采用湿法剪切将粉煤灰纤维切为长度3～5mm以下的短纤维。最优选长度为3mm以下。
所述的湿法是指含有水份的粉煤灰纤维，其中水为75～85％(重量)，粉煤灰纤维为15～25％。最优选水为80％，粉煤灰纤维为20％。
所说的疏解，是指切短的粉煤灰纤维在通用的疏解机上进行疏解，其目地是使粉煤灰纤维在水中均匀分散，不产生聚集。
本发明所说的粉煤灰纤维制成的浆，得浆率以干浆计为85％～92％。最优化条件下，得浆率为90％～92％
根据目标产物的用途不同，可调节粉煤灰纤维浆液与有机纤维浆液混合的比例，以满足纸张不同应用的要求。
采用相应的国家标准对本发明所制备的各种纸张制品进行检测，物理性能达到植物纤维纸张的同等性能，在耐水性、耐腐蚀和防火性方面优于植物纤维纸张。
粉煤灰纤维纸张包装材料可代替聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料包装材料。使用后易于回收和处理，可回归大自然，无二次污染。
本发明将粉煤灰超细纤维用于造纸，提高粉煤灰的应用附加值，所制造的纸品可在文化教育、工业生产、包装材料等方面有很好的应用前景。该技术的工艺方法适用于工业规模生产，粉煤灰超细纤维浆液制造过程无污染物排放，并降低造纸成本。本发明的方法赋予工业废物以功能化利用，取代木浆，节省原木耗费，对保护森林资源意义显著。
具体实施方式
                           实施例1
用直径3～5μm长度15～45cm的粉煤灰纤维20份(重量)，水80份，调和后物料进入5层网的除渣机中，除渣过滤后，用纤维切断机将纤维切成长度3～5cm的短纤。随后，送入多量疏解机中疏解；接着，加入3％醋酸水溶液4份、1％盐酸水溶液1份、烷基酸钙2份、多磷酸钠2份、5％聚乙烯醇水溶液8份，5％改性淀粉水溶液5份，物料输送到压力容器中，控制容器中压力0.3MPa、控制温度90～95℃、搅拌60分钟，制得粉煤灰纤维分散均匀的浆液。以干浆计，得率90％。然后在粉煤灰纤维浆液中，加入预先制备好的木纤维浆以干浆计20份，磨浆，使之分散均匀；再转入脱水机中脱水；所得到的复合纸浆再输送至高位槽，控制出料流速，输往造纸机上造纸。所制得的纸张适合于做箱板纸。依据国标GB/T13024-1999(箱板纸)对所制备的箱板纸进行测定，其性能指标处于A～B级之间：
定量           258         g/m²
紧度           0.71        g/m³
耐破指数       2.65        kPa·m²/g
(横向)环压指数  8.6  Nm/g
(横向)耐折度       ≥55次
吸水性(正/反)      27g/m²
交货水分      7.5％
                         实施例2
用直径3～5μm长度15～45cm的粉煤灰纤维20份(重量)，水80份，调和后物料进入5层网的除渣机中，除渣过滤后，用纤维切断机将纤维切成长度3～5cm的短纤。随后，送入多量疏解机中疏解；接着，加入3％醋酸水溶液2份、1％硫酸水溶液1份、烷基酸镁2份、烷基酸锌2份、5％聚丙烯酰胺水溶液2份、10％聚乙烯醇水溶液2份，物料输送到压力容器中，控制容器中压力0.25MPa、控制温度90～95℃、搅拌50分钟，制得粉煤灰纤维分散均匀的浆液。以干浆计，得率91％。然后在粉煤灰纤维浆液中，加入预先制备好的木纤维浆以干浆计80份，磨浆，使之分散均匀；再转入脱水机中脱水；所得到的复合纸浆再输送至高位槽，控制出料流速，输往造纸机上造纸。所制得的纸张适合于做文教纸。依据GB/T18935-2001(中小学教科书用纸、印刷质量标准和检验方法)对所制备的纸张进行测定，其性能指标处于A～C级之间：
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％
抗张强度(纵横平均)28Nm/g
施胶度            0.30mm
耐折度(横向)      7次
尘埃度(0.2mm²)  90个/m²
印刷表面强度(正反面均)  1.20m/s
交货水分  4.0％
                        实施例3
用直径3～5μm长度15～45cm的粉煤灰纤维18份(重量)，水82份，调和后物料进入5层网的除渣机中，除渣过滤后，用纤维切断机将纤维切成长度3～5cm的短纤。随后，送入多量疏解机中疏解；接着，加入3％多磷酸钠水溶液3份、1％十二烷基硫酸钠2份、烷基酸钡1份、藻酰酸钠2份、8％氧化聚乙烯水溶液1份、5％乳化甲基硅油2份，物料输送到压力容器中，控制容器中压力0.4MPa、控制温度60～65℃、搅拌70分钟，制得粉煤灰纤维分散均匀的浆液。以干浆计，得率92％。然后在粉煤灰纤维浆液中，加入预先制备好的木纤维浆以干浆计12份，磨浆，使之分散均匀；再转入脱水机中脱水；所得到的复合纸浆再输送至高位槽，控制出料流速，输往造纸机上造纸。所制得的纸张适合于做包装纸袋纸。依据国标GB/T 7968-1996(纸袋纸)对所制备的纸袋进行测定，其性能指标处于优等～1等之间：
定量     82g/m²
撕裂度   900mN
透气度   3.70μm/Pa·S
吸水性   11g/m²
抗张强度(横向)  2.6kN/m
伸长率(纵向)  1.8％
抗张能量吸收(纵向)  63J/m²
            (横向)  69J/m²
水分  8.1％
                         实施例4
用直径3～5μm长度15～45cm的粉煤灰纤维20份(重量)，水80份，调和后物料进入5层网的除渣机中，除渣过滤后，用纤维切断机将纤维切成长度3～5cm的短纤。随后，送入多量疏解机中疏解；接着，加入3％醋酸水溶液3份、烷基酸镁2份、多磷酸钠2份、5％聚丙烯酰胺水溶液2份、5％羧甲基纤维素水溶液2份，物料输送到压力容器中，控制容器中压力0.20MPa、控制温度80～85℃、搅拌60分钟，制得粉煤灰纤维分散均匀的浆液。以干浆计，得率90％。然后在粉煤灰纤维浆液中，加入预先制备好的木纤维浆以干浆计5份，磨浆，使之分散均匀；再转入脱水机中脱水；所得到的复合纸浆再输送至高位槽，控制出料流速，输往造纸机上造纸。所制得的纸张适合于做包装托盘。根据GB/T453-2002(纸和纸板抗张强度的测定)和GB/T13024-1999(箱板纸)对所制备的纸质托盘进行测定，其性能如下：
定量  490g/m²
紧度  0.78g/m³
横向抗张强度  16kN/m(厚1.0mm)
              24kN/m(厚1.5mm)
吸水性  3.0g/m²
耐温    600C
                         实施例5
纤维的制备
用粉煤灰100份(重量)、石灰石8份，烷基酸钠2份、烷基酸锌2份、掺和25份水使粉料润湿并有粘结性，利用双辊型造粒机，造成粒径约3cm的球粒，投入1250℃的封闭式熔化炉中，待完全熔融后，利用熔体液面与喷丝嘴的高度差来调节压力差，当压力达0.5MPa时，开闸喷丝。在喷丝嘴出口3cm处，朝喷出的细丝上均匀地喷洒乳化甲基硅油和油酰氨基酸钠混合液水雾，使之冷却。收丝，得到直径为1.2～5.5μm，长度为30～35cm的粉煤灰超细纤维。