[发明专利]一种通过有机/无机复合包覆改性制备石膏晶须的方法

说明书

技术领域

本发明属于石膏晶须的改性制备领域，具体涉及一种通过有机/无机复合包覆改性制备石膏晶须的方法。 

背景技术

磷石膏晶须(即硫酸钙晶须Calcium Sulfate Whisker，亦称硫酸钙微纤维，国际商品名称为ONODA-GPF)是一种新型的具有很高综合性能的无机材料。在造纸上，石膏晶须加入助剂后以胶体状态存在，具有强烈的吸附性，它通过大量吸附带正电荷的电解质，与带负电荷的纤维形成桥联作用，从而使石膏晶须留着在纤维上，能和木质纤维很好地结合在一起，抄造出性能优良的纸张。但由于在抄纸过程中未改性石膏晶须存在留着率低，石膏晶须在水溶液中溶解度大等缺点，磷石膏尚不能很好满足造纸工艺的要求。 

壳聚糖是自然界中唯一的碱性多糖，分子结构和性质与纤维素极为相似，多为白色无定形、半透明的固体。分子链中含有大量反应性基团-NH2、-OH，在酸性溶液中会形成高电荷密度的阳离子聚电解质，显示出良好絮凝性能。壳聚糖凝胶可以以氢键键合的方式吸附在石膏晶须表面，更可利用在加热条件下良好的成膜性，在石膏表面牢牢形成一层有机保护层，既能降低石膏晶须溶解度亦能增加与纸浆的亲和力。壳聚糖价格昂贵，用于工业生产增加了成本，先使用无机包覆，让其溶解度得到降低，再通过壳聚糖改性，即可以降低生产成本，又可保持石膏晶须的优良理化性能。文献1（钱丽颖,刘文波,何北海.天然高分子对化学纤维涂覆改性的新方法[J].中国造纸学报,2006,21(4):107-110.）文献2（廖夏林，钱学仁，何北海.石膏晶须的溶解抑制改性及在造纸中的应用[J].Paper Science&Technology,2010,29(6):82-86.）对壳聚糖涂覆化学纤维进行了研究，但方法繁杂，易受环境影响，不易实现工业生产。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过有机/无机复合包覆改性制备石膏晶须的方法。经改性处理后的石膏晶须可以有效解决其在抄纸过程中出现的留着率低、与纸浆的附着力不佳等问题，在降低石膏晶须溶解度的同时，不改变其优异的 理化性能，并且能增加石膏晶须与纸浆的亲和力。本发明的改性石膏晶须可以代替碳酸钙作为一种新型造纸填料应用于造纸工艺。 

本发明的发明目的主要通过以下技术方案实现： 

本发明提供一种通过有机/无机复合包覆改性制备石膏晶须的方法，包括： 

(1)采用离子交换法进行石膏晶须表面的无机改性 

将氢氧化钡和石膏晶须按质量比1:5～20于去离子水中进行离子交换反应，搅拌反应1h后向溶液中通入CO₂气体，控制pH为7.0～9.5，过滤干燥即得到无机改性石膏晶须； 

(2)壳聚糖溶液对石膏晶须进行表面有机改性 

在浓度为0.1～0.5%（w/v）壳聚糖溶液中首次加入1mol/L的氢氧化钠溶液，调节溶液pH为4.0～6.0，然后加入步骤（1）制备的无机改性石膏晶须，壳聚糖与无机改性石膏晶须的质量比为1：10～100，搅拌反应2-3h后，再次加入1mol/L的氢氧化钠溶液，调节溶液pH为7.0～10.0，反应包覆2-3h后，过滤干燥即得改性石膏晶须。 

所述步骤（1）中的氢氧化钡和石膏晶须的质量比优选1:10。 

所述步骤（1）中溶液的pH范围优选8.0～9.0，控制pH为弱碱性，避免生成可溶性盐，增加石膏晶须的溶解度。 

所述步骤（2）中0.1～0.5%（w/v）壳聚糖溶液的配制如下：首先配制浓度为1%（w/v）的乙酸溶液，然后在该乙酸溶液加入壳聚糖，配制浓度为0.1～0.5%（w/v）的壳聚糖乙酸溶液。 

所述步骤（2）中壳聚糖与无机改性石膏晶须的优选质量比为1：20。 

所述步骤（2）中首次加入氢氧化钠溶液后，调节溶液pH范围优选5.0～5.5；再次加入氢氧化钠溶液后，调节溶液pH范围优选7.0～9.0；氢氧化钠分两次加入，避免生成不均匀的壳聚糖碎片，造成晶须表面包覆不完整。 

本发明采用两步法对石膏晶须进行改性处理，第一步是用氢氧化钡和石膏晶须在水溶液中反应，再通入CO₂气体，进行碳酸化反应，过滤干燥得到无机改性晶须；第二步是配制壳聚糖乙酸溶液，通过调节pH，让壳聚糖先溶胶再凝胶，在晶须表面均匀成膜，过滤干燥得到最终改性晶须。 

有益效果