本发明专利技术公开一种石头纸专用硅酸钙纤维。其特征是由针状硅灰石与硅藻土穿插连接形成，具有纤维状的柔性网络纤维球结构，易在少量的高分子聚合物中分散形成石头纸。不同于传统的碳酸钙、矿物纤维等粉体维在石头纸中作为单一填料使用，而是利用近似球形的硅藻土具有弹性缓冲，在石头纸加工中可有效避免由于螺杆挤压、压延机压延造成石头纸密实的缺陷，使石头纸中充分保留了纤维网状支撑性和蓬松特性，降低石头纸密度，使得石头纸手感良好、质轻，更接近于传统植物纤维纸张。进一步提供石头纸专用硅酸钙纤维的制备方法，通过酸化、苯乙烯浸透、穿插、聚合，使得单束纤维分散良好，呈柔性，具有非极性，与高分子材料相容性良好。
【技术实现步骤摘要】
一种石头纸专用硅酸钙纤维及其制备方法
本专利技术涉及石头纸领域，具体讲本专利技术提供了一种可用于石头纸的硅酸钙矿物纤维以及其制备方法。
技术介绍
蔡伦利用植物纤维造纸的技术是人类文明史上的一项杰出的专利技术创造，纸的出现为人类的生活、学习带来了极大的便利。造纸技术经过不断变革发展至今，几乎达到了完美的地步。但随着纸张在包装等领域的大量应用，需求越来越大，生产需要消耗大量的森林资源，产生大量的废水。因此利用植物纤维造纸的技术面领着严峻的挑战。为了减少造纸对植物纤维的需求，出现了利用矿物纤维替换部分植物纤维作为纸浆原料。中国专利技术专利CN1242116C公开了一种造纸用改性硅灰石矿物复合纤维及用其造纸的方法，该专利技术将硅灰石通过改性处理，在配浆过程中加入5-50%的改性硅灰石矿物复合纤维以及50-95%的植物纤维用于造纸，可有效地降低生产成本。但硅灰石纤维由于是刚性，纸张的性能仍然依靠柔性的植物纤维，替代量有限，另外硅灰石纤维替代植物纤维仍需要传统的纸浆造纸工艺，并产生大量污水。因此，以纤维纸浆为主要原材料的造纸，由于纸浆制备工艺复杂水污染严重，对环境造成极大的威胁。为了进一步彻底摆脱造纸对植物纤维的依赖，消除造纸的废水排放，一种由高分子聚合物与碳酸钙等无机粉体材料组成，通过热塑混炼、吹塑或压延得到的石头纸较好的解决了纸张对植物纤维纸浆的依赖，而且制作过程无需植物纤维，不砍伐树木，不排放废水，不需添加漂白剂、强酸、强碱，不会对环境造成污染。从目前已报道的专利文献中，石头纸都是先采用对无机矿物粉体进行表面偶联活化处理，改善其与聚合物的相容性，然后再利用螺杆反应机挤出时产生的剪切作用或密炼机产生的捏合作用将无机矿物粉体分散于高分子聚合物中，通过吹塑、压延得到石头纸。中国专利公开号CN1378909A提出了一种环保纸，将56-80%的无机矿物粉体与43-18%的聚乙烯树脂以及助剂通过挤压造粒，在O型模口通过吹塑得到石头纸；中国专利公开号CN1202166C报道了将超细碳酸钙经偶联剂表面处理后，依次与抗静电剂、着色剂、润滑剂和聚烯烃树脂混炼挤出后送至延压机延压成型石头纸的制造方法；中国专利公开号CN101462387A同样报道了将超细无机粉体经铝酸酯偶联处理后与高密度聚乙烯熔融挤出得到造纸用粒料的方法。以无机粉体为加工主体的石头纸摆脱了对纸浆的依赖，生产过程不再产生废水污染环境。但石头纸由于大量使用碳酸钙等粉体，纸张缺乏纤维的支撑性，手感较沉，缺乏纸感，印刷书写性能差。为此，中国专利技术专利CN104119600A公开了一种矿物纤维填充高强度环保石头纸，其原料由高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯树脂、无机粉体、非金属矿物纤维等组合而成，通过使用纤维以达到降比重、改善硬度、改善纸质感、改善印刷效果和吸墨性等目的。但由于石头纸是通过螺杆挤压、压延成型而成，因而矿物纤维用于制备石头纸时其网状结构难以充分保留，因而使得矿物纤维在石头纸中难以发挥纤维的网状支撑性，从而导致石头纸与传统纸相比仍然存在手感较沉，缺乏纸感，从而阻碍了石头纸的推广应用进程。
技术实现思路
为了使石头纸的性能更接近于传统植物纤维纸张，使其在制备过程中形成纤维状的网络结构，具有轻质蓬松的特性，本专利技术提供一种石头纸专用硅酸钙纤维，该纤维由针状硅灰石与硅藻土穿插连接形成，具有纤维状的柔性纤维球网络结构，易在少量的高分子聚合物中分散形成轻质蓬松的石头纸。进一步提供石头纸专用硅酸钙纤维的制备方法。本专利技术一种石头纸专用硅酸钙纤维是采用如下技术方案实现的：一种石头纸专用硅酸钙纤维，其特征是由针状硅灰石与近似的硅藻土穿插连接形成的纤维状柔性网络结构，按照下列重量份数计的原料组成：硅灰石60-80份，硅藻土20-40份，上述组成中，所述的硅灰石选用纤维晶体结构的硅灰石；所述的硅藻土选用粒径小于30μm近似球形的颗粒，硅藻土具有独特的有序排列的微孔结构、孔隙率高、孔体积大、质量轻、堆积密度小、比表面积大。硅灰石纤维状单晶间的作用力主要是范德华力和氢键，在机械力的作用下，被分离和分解成一维单晶，其针状束被拆散，通过与多孔的近似球形的硅藻土颗粒互穿形成网络结构，使纤维形成具有一定弹性的纤维球。本专利技术一种石头纸专用硅酸钙纤维的制备方法，以上述所述重量份的各成分为原料，按下述方式进行制备：（1）将60-80重量份具有纤维晶体结构的硅灰石在气流磨中进行悬浮解束，分级转速控制在2000-2500rpm，通过气流超音速解束、分级得到针状硅灰石微粉；（2）将步骤（1）得到的针状硅灰石微粉加入浓度为30-50%的稀硫酸搅拌酸化2-3h，然后过滤，用过量的苯乙烯液中浸泡24h，使针状硅灰石的单束纤维被苯乙烯液完全浸透，通过离心机滤干多余的苯乙烯得到改性硅灰石；（3）将20-40重量份的硅藻土加入浓度为30-50%的稀硫酸搅拌酸化2-3h，然后过滤，用过量的苯乙烯液浸泡24h，使硅藻土被苯乙烯液完全浸透，通过离心机滤干多余的苯乙烯得到改性硅藻土；（4）将步骤（1）得到的改性硅灰石、步骤（2）得到的改性硅藻土与引发剂送入流化床反应器，设定流化床反应器温度为80-100℃，通过空气将改性硅灰石、改性硅藻土悬浮于运动的流体之中，从而使针状硅灰石穿插于硅藻土的微孔，通过引发剂使硅灰石单束纤维、硅藻土表面浸透的苯乙烯聚合并连接，形成具有纤维状柔性纤维球网络结构的硅酸钙纤维。上述制备方法中，步骤（1）所述的气流磨选用涡旋气流磨、扁平气流磨，通过喷嘴把压缩空气变为高速气流，当物料通过加料器送入粉碎室时受到高速气流的悬浮剪切作用，使硅灰石在完全悬浮状态下进行细化解束，得到针状硅灰石粉。上述制备方法中，步骤（4）所述的引发剂选用氧化羟基二异丙苯、四乙撑五胺中至少一种，引发剂使用量为硅灰石与硅藻土总质量的0.3-0.5%。本专利技术一种石头纸专用硅酸钙纤维，通过针状硅灰石穿插在硅藻土孔道中形成网状结构，并通过纤维表面酸化、浸透的苯乙烯引发聚合从而使针状硅灰石与硅藻土连接形成硅酸钙纤维。通过穿插连接，形成的一种兼具球形和纤维状的柔性网络结构，用于石头纸使可确保纸张良好的纤维支撑性和蓬松性，具有低密度特性。穿插的网络结构通过浸透的苯乙烯引发聚合，赋予通过具有非极性，因而与高分子聚合物加工时相容性良好，可以直接作为石头纸专用原料。作为石头纸专用料，可以以80-90%的质量比例与10-20%的聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中至少一种通过螺杆挤出机加工，从而利用吹塑、压延或者流延得到石头纸。本专利技术一种石头纸专用硅酸钙纤维，通过针状硅灰石与硅藻土的穿插连接，确保了纤维的空间结构，近似球形的硅藻土具有弹性缓冲，在石头纸加工中可有效避免由于螺杆挤压、压延机压延造成石头纸密实的缺陷，使石头纸中充分保留了具有纤维网状支撑性和蓬松特性，使得石头纸手感良好、质轻，更接近于传统植物纤维纸张。将本专利技术得到的纤维球与薄膜级HDPE以质量比8:2在高速混合机中混合均匀，经密炼式三螺杆反应型挤出机挤出造粒，通过塑料通用薄膜吹塑机吹制得到厚度为0.04mm的石头纸。其性能与同种厚度的传统纸张对比如下表：检测项目利用本专利技术矿物纤维制备的石头纸同等厚度植物纤维纸厚度（mm）0.040.04定量（g/m2）3233密度g/cm30.800.82不透明度%本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石头纸专用硅酸钙纤维，其特征是由针状硅灰石与近似球形的硅藻土穿插连接形成的具有一定弹性的纤维球，按照下列重量份数计的原料组成： 硅灰石 60‑80份，硅藻土 20‑40份，其中，所述的硅灰石选用纤维晶体结构的硅灰石；所述的硅藻土选用粒径小于30μm近似球形的颗粒。
【技术特征摘要】
1.一种石头纸专用硅酸钙纤维，其特征是由针状硅灰石与近似球形的硅藻土穿插连接形成的具有一定弹性的纤维球，按照下列重量份数计的原料组成：硅灰石60-80份，硅藻土20-40份，其中，所述的硅灰石选用纤维晶体结构的硅灰石；所述的硅藻土选用粒径小于30μm近似球形的颗粒。2.根据权利要求1所述的一种石头纸专用硅酸钙纤维，其特征是石头纸专用硅酸钙纤维的制备方法按下述方式进行制备：（1）将60-80重量份具有纤维晶体结构的硅灰石在气流磨中进行悬浮解束，分级转速控制在2000-2500rpm，通过气流超音速解束、分级得到针状硅灰石微粉；（2）将步骤（1）得到的针状硅灰石微粉加入浓度为30-50%的稀硫酸搅拌酸化2-3h，然后过滤，用过量的苯乙烯液浸泡24h，使针状硅灰石的单束纤维被苯乙烯液完全浸透，通过离心机滤干多余的苯乙烯得到改性硅灰石；（3）将20-40重量份的硅藻土加入浓度为30-50%的稀硫酸搅拌酸化2-3h，然后过滤，用过量的苯乙烯液浸泡24h，使硅藻土被苯乙烯液完全浸透，通过离心机滤干多余的苯乙烯得到改性硅藻土；（4）将步骤（2）得到的改性...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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