Способ модифицирования штапельных каолиновых волокон

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7617 А 1 03 С 25/ 51 РЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности и Украинский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности (72) В,А.Романов, Т.Н,Романова, О,А.Ерохина, Э,Л,Аким, О.В,Анников, В.К.Скрипченко и Т.А.Анникова56) Авторское свидетельство СССР М 1346603, кл, С 03 С 25/02, 1985.Авторское свидетельство СССР М 977424, кл. С 03 С 25/00, 1981.(54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ШТАПЕЛЬНЫХ КАОЛИНОВЫХ ВОЛОКОН Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, а именно ктехнологии изготовления химически модифицированных каолиновых волокон, которые предназначены для производства теплоизоляционных материалов по бумагоделательной технологии мокрым способом, Теплоизоляционные материалы используют в строительной промышленности, доменном производстве, атомной энергетике и т.п.Известен способ получения непрерывного алюмосиликатного (базальтового) модифицированного волокна путем нанесения модифицирующего реагента на поверхность волокна в процессе его формования. При этом в качестве модифицирующего реагента используют поливинилацетатную дисперсию концентрацией 2,5-30 мас,% при температуре 170-240 С или водный раствор молочной кислоты концентрацией(57) Использование: производство теплоизоляционных материалов по бумагоделательной технологии мокрым способом, предназначенных для строительной промышленности, доменного производства, атомной энергетике. Сущность изобретения: штапельные каолиновые волокна обрабатывают смесью азотной и соляной кислот при мольном соотношении 1:1,8-1:2,7 и концентрации 2,9 - 3,8 моль/л. Характеристика модифицированных волокон: удельная поверхность 4,9 - 6,1 м /г, прочность на разрыв21,8 - 1,9 ГПа, диаметр волокна 4 мкм, разрывная деформация 3,0 - 3,5 О, начальный модуль упругости 40 - 50 ГПа, краевой угол смачивания О. 2 табл. 1,25-25 мас,% при 120-140 С или парафиновую эмульсию концентрацией 10% при температуре 130 - 230 С.В результате такой обработки на поверхности волокон образуется полимерная пленка, что приводит к повышению прочности волокна.Недостатком приведенного способа модификации алюмосиликатных волокон является сохранение низких бумагообразующих свойств волокон после их модификации, что отрицательно сказывается на прочности материала при получении его по бумагоделательной технологии мокрым способом,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ модифицирования штапельных каолиновых волокон, включающий обработку волокон модифицирующим агентом - соединением общей формулы:= С-С-СНг гпри весовом соотношении волокна и модифицирующего реагента 10;(0,5 - 2,0), При этом на поверхность волокон химическим путем прививаются функциональные группы, способные вступать в химическое взаимодействие с полимерным связующим. Повышается равномерность расп ределе" ния волокон в органофильных полимерных системах.Однако бумагообразующие свойства волокон при этом не улучшаются.Целью изобретения является улучшение бумагообразующих свойств волокон,Сущность изобретения заключается в том, что в способе модифицирования штапельных каолиновых волокон, включающем обработку волокон модифицирующим реагентом, в качестве модифицирующего реагента используют смесь азотной и соляной кислот при мольном соотношении 1:1,8- 1:2,7 и концентрацией 2,9 - 3,8 моль/л,У каолиновых волокон, полученных из расплава, на поверхности волокна образуется пленка геля кремниевой кислоты в результате взаимодействия с газообразной водой, находящейся в воздушной среде.При обработке волокна смесью кислот наблюдается активация поверхности, при этом изменяется структура геля (модифицированный гель), он становится более рыхлым, происходит открытие пор структуры волокна, волокна становятся менее жесткими и более эластичными, увеличивается их деформативность, следствием чего является улучшение условий формирования листа из модифицированных волокон,Изобретение иллюстрируется следующими примерами.П р и м е р 1. 60 г штапельного каолинового волокна диаметром до 4 мкм загружают в емкость. Туда же подают раство, содержащий 50 мл НМОз ( = 1,17 г/см; конц, 34,5 ), 100 мл НС (у = 1,36 г/смконц, 58,8%) и 450 мл Н 20, что соответствует концентрации раствора 2,9 моль/л при мольном соотношении НКОз и НС равном 1:1,8, Обработку каолинового волокна указанной смесью кислот ведут при нормальной температуре (20 +2 С), соотношении раствора кислот и волокна равном 10, в те 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чение 10 мин. Затем волокно отделяют отжидкости и промывают водой до достижения рН 6 - 7, Раствор кислот можно использовать многократно. Промытые волокнасушат при температуре 100 + 2 С,П р и м е р 2. 60 г штапельного каолинового волокна загружают в емкость, кудаподают раствор, содержащий 70 мл НМОз,140 мл НС и 390 мл Н 20. При этом мольноесоотношение НМОз:НС составляет 1;1,8, аконцентрация раствора - 3,8 моль/л. В остальном обработку волокна ведут аналогично примеру 1.П р и м е р 3 (контрольный). Модификацию каолинового волокна проводят аналогично примеру 1, но при концентрациираствора 2,6 моль/л, т.е, концентрации, выходящей за нижний предел, указанный вформуле изобретения,П р и м е р 4 (контрольный), Модификацию каолинового волокна проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается втом, что обработку волокна ведут растворомкислот с концентрацией 4,0 моль/л.П р и м е р 5. 60 г штапельного каолинового волокна заливают раствором, содержащим 40 мл НМОз,120 мл НС и 440 мл Н 20,Это соответствует мольному соотношениюНИОз:НС равному 1:2,7 и концентрациираствора 2,9 моль/л.П р и м е р 6, 60 г штапельного каолинового волокна заливают раствором, содержащим 50 мл НКОз и 150 мл НС и 400 млН 20, что соответствует мольному соотношению НМОз:НС равному 1:2,7 и концентрации раствора 3,8 моль/л,П р и м е р 7(контрольный), Модификацию каолинового волокна проводят аналогично примеру 5, но обработку ведутраствором - смесью кислот при концентрации 2,6 моль/л, т.е. концентрации, выходящей за нижний предел, указанный вформуле изобретения,П р и м е р 8 (контрольный). Модификацию волокна проводят аналогично примеру 5, но обработку волокна ведутраствором - смесью кислот при концентрации 4,0 моль/л, т.е, концентрации, выходящей за верхний предел, укаэанный вформуле изобретения.П р и м е р 9 (контрольный). 60 г штапельного волокна заливают раствором, содержащим 60 мл НАВОЗ, 90 мл НС и 450 млН 20, что соответствует мольному соотноше.нию НИОзНС, равному 1:1,5 и концентрации раствора 2,9 моль/л. Обработкукаолинового волокна указанной смеськкислот ведут при нормальной температуресоотношении раствора и волокна 10 в тече.ние 10 мин, Затем волокно отделяют от жид.30 35 40 кости и промывают водой до достижения рН 6 - 7.П р и м е р 10 (контрольный). Обработку штапельного каолинового волокна ведут при соотношении кислот НМОз:НС равном 1:1,5, но при концентрации раствора 3,8 моль/л,П р и м е р 11 (дополнительный). 60 г штапельного каолинового волокна заливают раствором, содержащим 38 мл Н МОз, 114 мл НС 1, 448 мл НгО, что соответствует моль- ному соотношению 1:3 и концентрации раствора 2,9 моль/л, Обработку каолинового волокна указанной смесью кислот ведут аналогично примеру 1.П р и м е р 12 (дополнительный). Обработку штапельного каолинового волокна ведут при этом же соотношении кислот, но при концентрации раствора 3,8 моль/л,П р и м е р 13 (по прототипу). 500 г каолинового волокна загружают в реактор, Туда же помещают ампулу с 25 мл этилдихлорсилана (10:0,8), температуру поднимают до 150 С и вакуумируют волокно в течение 1,5 ч под давлением 10 мм рт,ст, затем температуру снижают до 75 С, ампулу разбивают реакцию проводят в течение 3-х ч.)Затем избыток модификатора удаляют,Образцы полученных модифицированных волокон испытывают в режиме одноосного растяжения при постоянной скорости деформирования ч = 0,1 мм/мин до разрушения. Результаты испытания приведены в табл.1.Для прямого подтверждения улучшения бумагообразующих свойств волокон, модифицированных по предлагаемому способу, из суспензий полученных волокон (без введения связующего) были отлиты образцы материала массой 400 г/м. 5 10 15 20 25 Результаты испытаний полученных образцов приведены в табл. 2.Как видно из данных, приведенных в табл. 1 и 2, предлагаемый способ по сравнению со способом по прототипу позволяет повысить удельную поверхность волокна в 2 - 3 раза, повысить эластичность (начальный модуль упругости снижается в 2,8 - 3,5 раза) и гидрофильность волокон (краевой угол смачивания до О), что положительно сказывается на бумагообразующих свойствах волокна, В результате этого из суспензии каолиновых волокон, модифицированных предлагаемым способом, может быть сформован лист без связующего, в то время как из исходного, т.е. немодифицированного волокна, а также волокна, модифицированного по способу-прототипу, лист без связующего на сформовать (не снять с сетки) - табл. 2, Таким образом, механическая прочность готового материала из каолиновых волокон, немодифицированных или модифицированных по способу-прототипу, имеет низкое значение, практически не обеспечивающее даже сохранение формы листа на стадии получения и эксплуатации,Формула изобретения Способ модифицирования штапельных каолиновых волокон, включающий обработку волокон модифицирующим реагентом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения бумагообразующих свойств волокон, в качестве модифицирующего реагента используют смесь азотной и соляной кислот при молярном соотношении 1,0:1,8 - 1,0;2,7 и концентрации 2,9 - 3,8 моль/литр.охм а с1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 111 1 11 1 1 1 1 1 3 1 1 1 11 1 1 ОЕФ соо ХХО 3-ОХЗ 111 .О1 О Е 1"чооД 3 Ох лЧ 1 а Х 1 Ч 3 х 8 фоф 3- е О Э С О О ". оеэао 3 С ХСО1Е Ф лоэс чфоасаао Е Х ау л о хф 9 1 еащ фас,ма х 8 ч а эаол ЕЛО чха о с1 Х О 9 О О 3 О с х а с 176170210 1761702 Таблица 2 Составитель В.РомановТехред М.Моргентал Корректор О,Кравцова Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3230 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5