Способ модифицирования штапельных каолиновых волокон

 

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 разрыв 1,8-1,9 ГПа, диаметр волокна 4 мкм, разрывная деформация 3,0-3,5%, начальный модуль упругости 40-50 ГПа, краевой угол смачивания 0. 2 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 03 С 25/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834733/33 (22) 02.04.91 (46) 15.09,92. Бюл, № 34 (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,Ан ников, В.К. Скрипчен ко и Т.А.Анникова (56) Авторское свидетельство СССР

N 1346603, кл, С 03 С 25/02, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 997777442244, 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.и.

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

„„. Ж„„1761702 А1 (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 /r, прочность на разрыв

1,8 — 1,9 ГПа, диаметр волокна 4 мкм, разрывная деформация 3,0 — 3,5%, 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:

1761702 >g l где R — — СНз; -CrHs;

R> — — Н; — СНз; — CH= СНг;

= C-C-0-СН г 2

СН3 при 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 ределения 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 1:1,81:2,7 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.

Пример 1. 60 г штапельного каолинового волокна диаметром до 4 мкм загружают в емкость. Туда же подают раствор, содержащий 50 мл НМОз („ = 1,17 г/см; конц, 34,5 ), 100 мл HCI (g = 1,36 г/см конц. 58,8 ) и 450 мл НгО, 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 те5

55 чение 10 мин. Затем волокно отделяют от жидкости и промывают водой до достижения рН 6 — 7, Раствор кислот можно использовать многократно. Промытые волокна сушат при температуре 100 + 2 С, Пример 2. 60 г штапельного каолинового волокна загружают в емкость, куда подают раствор, содержащий 70 мл НМОз, 140 мл HCI и 390 мл Н О. При этом мольное соотношение Н МОз: H CI составляет 1;1,8, а концентрация раствора — 3,8 моль/л. В остальном обработку волокна ведут аналогично примеру 1.

Пример 3 (контрольный). Модификацию каолинового волокна проводят аналогично примеру 1, но при концентрации раствора 2,6 моль/л, т.е, концентрации, выходящей за нижний предел, указанный в формуле изобретения.

Пример 4 (контрольный). Модификацию каолинового волокна проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что обработку волокна ведут раствором кислот с концентрацией 4,0 моль/л.

Пример 5. 60 г штапельного каолинового волокна заливают раствором, содержащим 40мл НМОз,120мл HCI и 440 мл Н О, Это соответствует мольному соотношению

Н ИОз. Н CI равному 1:2,7 и кон цент рации раствора 2,9 моль/л.

Пример 6, 60 r штапельного каолинового волокна заливают раствором, содержащим 50 мл НКОз и 150 мл HCI и 400 мл

HzO, что соответствует мольному соотношению НМОз:HCI равному 1:2,7 и концентрации раствора 3,8 моль/л, Пример 7(контрольный), Модификацию каолинового волокна проводят аналогично примеру 5, но обработку ведут раствором — смесью кислот при концентрации 2,6 моль/л, т.е. концентрации, выходящей за нижний предел, указанный в формуле изобретения, Пример 8 (контрольный). Модификацию волокна проводят аналогично примеру 5, но обработку волокна ведут раствором — смесью кислот при концентрации 4,0 моль/л, т.е, концентрации, выходящей за верхний предел, укаэанный в формуле изобретения.

Пример 9 (контрольный). 60 г штапельного волокна заливают раствором, содержащим 60 мл НМОз, 90 мл HCI и 450 мл

НгО, что соответствует мольному соотношению НИОз;НС1, равному 1:1,5 и концентрации раствора 2,9 моль/л. Обработку каолинового волокна указанной смеськ кислот ведут при нормальной температуре соотношении раствора и волокна 10 в течение 10 мин, Затем волокно отделяют от жид1761702

40 кости и промывают водой до достижения рН

6 — 7.

Пример 10 (контрольный). Обработку штапельного каолинового волокна ведут при соотношении кислот НМОз:HCI равном 1:1,5, но при концентрации раствора 3,8 моль/л.

Пример 11 (дополнительный). 60 г штапельного каолинового волокна заливают раствором, содержащим 38 мл Н МОз, 114 мл HCI, 448 мл HzO, что соответствует мольному соотношению 1:3 и концентрации раствора 2,9 моль/л. Обработку каолинового волокна указанной смесью кислот ведут аналогично примеру 1.

Пример 12 (дополнительный). Обработку штапельного каолинового волокна ведут при этом же соотношении кислот, но при концентрации раствора 3,8 моль/л, Пример 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 .

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, отличающийся 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.

1761702

Таблица 2

Составитель B.Ðoìàíoâ

Техред М.Моргентал Корректор О,Кравцова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3230 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5