造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法及其在造纸中的应用

摘要

本发明提供造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法及其在造纸中的应用，制备方法包括以下步骤：(1)将对位芳纶聚合物废料和水配置为废料－水悬浮液浸泡，浓度：1～10％，温度：15～40℃，时间：4～24小时。(2)将悬浮液用荷兰式打浆机大将处理制备造纸加填用芳纶粉体浆料，打浆浓度：0.5～10％，压力：2～20kg，时间：1～10小时。(3)将经过步骤(2)处理的浆料沉淀，洗涤，沉淀，去除上层清液后，得到膏状对位芳纶聚合体浆料。将所述膏状造纸加填用芳纶粉体浆料添加到抄纸浆料中，可以降低芳纶纸生产成本或制备具有耐热、耐摩擦性能的特种纸。本发明操作简单、成本低，有利于芳纶聚合体废料的综合利用和资源转化。

说明书

技术领域

本发明涉及对位芳纶聚合废料的应用领域，具体涉及造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法及其在造纸中的应用。

背景技术

对位芳纶(PPTA)是20世纪70年代美国杜邦公司开发的高性能纤维品种对位芳纶：不但可以用作各种结构材料和功能材料，而且还可以与其它材料复合使用，在航空航天、国防、摩擦、密封、增强材料等领域中得到广泛的应用。目前对位芳纶的生产技术主要由美国杜邦、日本帝人等跨国公司所垄断，我国主要依靠进口，每年需要大量的外汇，2006年年进口量已超过3500吨，价值人民币14亿左右。随着我国经济的飞速发展和国防现代化建设的迫切需要，对位芳纶的需求量越来越大，预计每年将以10％的速度增长。因此我国急需进行产、学、研的联合攻关，尽快实现对位芳纶的国产化。目前对位芳纶聚合体的制备过程存在着两大的技术难点，其一是聚合粉体可能过早从溶剂中析出导致PPTA分子链增长困难，分子量达不到预定值，因此产生聚合废料；其二是聚合过程需要大量的溶剂，溶剂的高效回收也是制约对位芳纶产业化的关键技术之一。而聚合过程产生的聚合体废料由于分子量和结晶度较低不能正常纺丝，不能用于对位芳纶纤维或丝的生产，这将直接导致对位芳纶纤维生产成本的提高，同时产生的废料不能利用而造成资源的浪费，因此发明一种利用聚合过程中产生的对位芳纶聚合体废料的新技术显得非常重要。而目前有关芳纶聚合体废料的结构与性质、资源化综合利用技术，国内外均未见报道。

国内对于对位芳纶生产过程废料的利用，见诸于报道均是对经过纺丝后的纤维废料的利用。如上海依极科技有限公司的利用对位芳纶废料生产对位芳纶浆粕的专利技术，所用芳纶废料选自芳纶布边角料、芳纶纱下脚料、芳纶长丝废料、回收使用过的芳纶纺织品(如芳纶旧手套)等。上海兰邦工业纤维有限公司报道利用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(对位芳纶)和聚对亚苯基苯并二噁唑纤维(PBO纤维)等耐高温高性能有机纤维的废丝、纺丝等外品、纺织、编织下脚料、边角料等为原料制造浆粕状纤维(简称芳纶浆粕或PBO浆粕等)，这类耐高温高性能有机浆粕可替代石棉用于摩擦、密封材料、造纸等多个领域。上述的报道均不是以聚合度和结晶度未达到纺丝要求的对位芳纶聚合物废料为原料来制备造纸加填用芳纶浆料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供造纸加填用对位芳纶粉体浆料的制备方法及其在造纸中的应用，本发明由对位芳纶聚合体废料制备造纸加填用芳纶粉体浆料，解决了对位芳纶生产中聚合过程中产生的聚合体废料的综合利用问题。本发明所采用的原料为对位芳纶聚合体废料，其易聚集、粘结成团，粒径较大，不能作为造纸填料使用。

为了解决上述技术问题，本发明提供的造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法包括以下步骤：

(1)预浸：将对位芳纶聚合体废料制成聚合体水悬浮液，使对位芳纶聚合体废料浸泡1～24小时，水悬浮液质量浓度为0.5％～10％，浸泡温度为15～40℃；

(2)打浆处理：将上述水悬浮液，采用打浆机直接打浆处理，制备造纸加填用对位芳纶粉体浆料，打浆时悬浮液的质量浓度为0.5％～10％，打浆压力为2～20kg，打浆时间为0.5～10小时；

(3)将经过步骤(2)处理的浆料沉淀，洗涤，再沉淀，去除上层清液后，得到膏状对位芳纶聚合体浆料，其固含量为20～50％(质量分数)。

上述的造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法中，所述对位芳纶聚合体废料是指在对位芳纶生产时的聚合过程中产生的聚合度和结晶度未达到纺丝要求而不能生产出对位芳纶纤维或丝的聚合物。

上述的造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法中，步骤(2)所述打浆机为槽式打浆机。

上述的造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法中，步骤(2)所述打浆时间为1～10小时。

上述的造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法中，所述对位芳纶聚合体废料的体积平均粒径为70～200μm，质量平均粒径为30～100μm。

上述的造纸加填用芳纶粉体浆料的制备方法中，步骤(3)制得的膏状对位芳纶聚合体浆料的体积平均粒径为10～50μm，质量平均粒径为4～20μm。

上述制备方法制得的造纸加填用芳纶粉体浆料在造纸中的应用，具体是将所述造纸加填用芳纶粉体浆料添加到抄纸浆料中。

上述制备方法制得的造纸加填用芳纶粉体浆料在造纸中的应用，将所述造纸加填用芳纶粉体浆料添加到含对位芳纶短切纤维和/或对位芳纶浆粕的抄纸浆料中，所述造纸加填用芳纶粉体浆料的添加量为3％～30％(质量分数)。

上述制备方法制得的造纸加填用芳纶粉体浆料在造纸中的应用，将所述造纸加填用芳纶粉体浆料添加到纯植物纤维抄纸浆料中制备含对位芳纶粉体浆料的特种纸，所述芳纶粉体浆料的添加量为3％～30％(质量分数)。

本发明以对位芳纶聚合物废料为原料，采用槽式打浆机以直接打浆的方式制备造纸加填用的膏状对位芳纶粉体浆料产品，制备的膏状芳纶聚合体浆料可加入含芳纶短切纤维或芳纶浆粕的芳纶纸中，取代部分芳纶短切纤维或芳纶浆粕，降低芳纶纸生产成本，实现芳纶聚合体废料的综合利用和资源化转化。本发明将对位芳纶纤维纺丝过程中产生的对位芳纶聚合体废料转化为高附加值的可供造纸加填用的对位芳纶产品，有利于芳纶聚合体废料的综合利用和资源化转化。与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

1、以对位芳纶聚合过程产生的聚合体废料为原料，直接利用现有的造纸槽式打浆机通过打浆处理制备成膏状的造纸加填用的聚合体废料浆料，有效解决对位芳纶聚合体废料的资源化综合利用问题，方法简单、易行，也不会增加新的设备投资。

2、将由对位芳纶聚合体废料制备的膏状对位芳纶废料浆料以造纸加填方式添加到含对位芳纶短切纤维或对位芳纶浆粕的芳纶纸中，可取代部分对位芳纶短切纤维或对位芳纶浆粕，降低芳纶纸生产成本，也可添加到不含对位芳纶短切纤维或对位芳纶浆粕的抄纸浆料中制备新的具有耐热、耐摩擦性能的特种纸。

具体实施方式：

下面结合具体实例对本发明作进一步详细阐述，但本发明的具体实施方式不限于此。

本实施方式采用如下步骤来制备膏状对位芳纶聚合体浆料：

(1)预浸：将对位芳纶聚合体废料制成聚合体水悬浮液，使对位芳纶聚合体浸泡1～24小时，水悬浮液质量浓度为1％～10％，浸泡温度为15～40℃；

(2)打浆处理：将上述水悬浮液，采用打浆机直接打浆处理，制备造纸加填用对位芳纶粉体浆料，打浆时悬浮液的浓度为0.5％～10％(质量)，打浆压力为2～20kg，打浆时间为0.5～10小时；

(3)将经过步骤(2)处理的浆料沉淀，洗涤，再沉淀，去除上层清液后，得到膏状对位芳纶聚合体浆料，其固含量为20～50％(质量)。

以下分别为对应不同工艺参数的实施例，所用对位芳纶聚合体废料原料的体积平均粒径为74.9μm，质量平均为粒径26.7μm。

实施例1

预浸工艺：浓度：5％(质量分数)，温度：25℃，时间：4小时。打浆浆浓2％(质量分数)，打浆压力2kg，打浆30min，静置沉淀，用水洗涤，再静置沉淀，去除上层清液后得到膏状对位芳纶聚合体浆料。产品浆料的性能为：体积平均粒径47.8μm，质量平均粒径14.1μm，固含量46％(质量分数)。

实施例2

预浸工艺：浓度：5％(质量分数)，温度：25℃，时间：4小时。打浆浆浓6％(质量分数)，打浆压力10kg条件下，打浆180min。静置沉淀，用水洗涤，再静置沉淀，去除上层清液后得到膏状对位芳纶聚合体浆料。产品浆料的性能为：体积平均粒径44.3μm，质量平均粒径9.9μm，固含量40％(质量分数)。

实施例3

预浸工艺：浓度：5％(质量分数)，温度：20℃，时间：6小时。打浆浆浓3％，打浆压力10kg，打浆时间90min。静置沉淀，用水洗涤，再静置沉淀，去除上层清液后得到膏状对位芳纶聚合体浆料。产品浆料的性能为：体积平均粒径48.0μm，质量平均粒径17.0μm，固含量38％(质量分数)。

实施例4

预浸工艺：浓度：8％(质量分数)，温度：20℃，时间：6小时。打浆浆浓3％，打浆压力8-10kg，打浆时间140min。静置沉淀，用水洗涤，再静置沉淀，去除上层清液后得到膏状对位芳纶聚合体浆料。产品浆料的性能为：体积平均粒径38.6μm，质量平均粒径13.7μm，固含量34％(质量分数)。

实施例5

预浸工艺：浓度：5％(质量分数)，温度：28℃，时间：8小时。打浆浆浓3％，打浆压力10kg，打浆时间240min。静置沉淀，用水洗涤，再静置沉淀，去除上层清液后得到膏状对位芳纶聚合体浆料。产品浆料的性能为：体积平均粒径24.5μm，质量平均粒径9.3μm，固含量40％(质量分数)。

实施例6

预浸工艺：浓度：10％(质量分数)，温度：28℃，时间：4小时。打浆浆浓4％，打浆压力12kg，打浆时间180min。静置沉淀，用水洗涤，再静置沉淀，去除上层清液后得到膏状对位芳纶聚合体浆料。产品浆料的性能为：体积平均粒径18.4μm，质量平均粒径8.4μm，固含量38％(质量分数)。

实施例7

预浸工艺：浓度：10％(质量分数)，温度：25℃，时间：4小时。打浆浆浓4％，打浆压力12kg，打浆时间240min。静置沉淀，用水洗涤，再静置沉淀，去除上层清液后得到膏状对位芳纶聚合体浆料。产品浆料的性能为：体积平均粒径12.6μm，质量平均粒径6.5μm，固含量40％(质量分数)。

将上述制备的膏状对位芳纶聚合体浆料加入含芳纶短切纤维或芳纶浆粕的抄纸浆料中制备芳纶纸中，取代部分芳纶短切纤维或芳纶浆粕，降低芳纶纸的生产成本。制备的膏状对位芳纶聚合体浆料添加到不含上述纤维或浆粕的抄纸浆料中制备特种纸，赋予纸张新的性能，如耐热和耐磨擦性能。

造纸加填用芳纶粉体浆料在造纸中的应用具体实施例1：在含芳纶短切纤维1％～10％(质量分数)、芳纶浆粕90％～60％(质量分数)的抄纸浆料中，添加体积平均粒径12.6μm，质量平均粒径为6.5μm，固含量为40％的膏状对位芳纶聚合体浆料，添加量为3～30％(质量分数)，加入阳离子助留剂助留后，对位芳纶聚合体浆料在纸页中留着为70～85％(质量分数)，得到含3～26％(质量分数)对位芳纶粉体浆料的对位芳纶纸。

造纸加填用芳纶粉体浆料在造纸中的应用具体实施例2：在纯植物纤维抄纸浆料中，添加体积平均粒径12.6μm，质量平均粒径为6.5μm，固含量为40％的膏状对位芳纶聚合体浆料，添加量为3～30％(质量分数)，加入阳离子助留剂助留后，对位芳纶聚合体浆料在纸页中的留着为70～90％，得到含3～27％(质量分数)对位芳纶粉体浆料的的特种纸。