CN102433795B - 造纸填料及其预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种造纸填料及其预处理方法,属于造纸工艺技术领域;本发明的填料为活性硅酸钙,填料的预处理方法为将所述活性硅酸钙加入水温为50~100℃的热水中,充分搅拌溶解成乳浊液状;本发明的填料原料来源广泛、成本低廉,特别是可综合利用电厂废弃的粉煤灰为原料生产该填料,有效保护了生态环境和矿产资源;填料溶解时间短、能耗低,填料活性高,符合高填料造纸的要求,并且预处理方法流程简单,使填料充分分散和活化,经过预处理后的填料能与植物纤维充分混合均匀,增加填料与纤维的内部结合力,从而提高纸张性能。
Description
技术领域
本发明属于造纸生产工艺技术领域,具体涉及一种造纸填料及其预处理方法。
背景技术
目前常规的造纸生产领域,以文化用纸为例,是以大量的植物纤维纸浆为主作为纸张骨架,通过纸机高位箱向植物纤维中再添加约7%~20%不等的碳酸钙或滑石粉等传统矿物填料和少量的化学助剂完成造纸。这种纸张具有较高的印刷性能和书写性能及其它的使用性能,为人类的文化发展和文明传承起到了功不可没的作用。
造纸工业中使用填料是为了提高纸张均匀度、不透明度和降低成本,原料主要为广泛易得且价格低廉的无机矿物质,目前主要使用的有:轻质碳酸钙、重质碳酸钙、滑石粉等。造纸工业对填料有如下要求:粒径均匀、粒径适宜、较高的白度和化学稳定性、不易发生氧化或还原反应、不溶解或不易溶解于水、有较大的遮盖率、折射率和散射系数、资源丰富、价格低廉等。
但目前常规的造纸填料(如:轻质碳酸钙、重质碳酸钙、滑石粉等)及其预处理过程存在以下技术问题:
1、填料多为含水率较低(10%以下)的无机矿物质,多呈粉末状存在,在溶解的过程中,由于粉末颗粒较细,容易出现结团并浮在液面的现象,很难充分溶解,不仅影响溶解时间,降低生产效率,还增加能耗;
2、现有填料不含活性官能基团,因此填料没有化学活性,预处理过程中,无法通过溶解升温和搅拌分散等手段得以激发,因而使用恒温恒速搅拌的落后溶解技术;
3、目前造纸领域使用的常规填料普遍密度较大,在预处理溶解过程中,需要快速搅拌以防止填料沉降分层,因此搅拌能耗较大。
随着地球环境的日益恶化,伴随着植物制浆过程所带来的环境污染和植物原料、水及能源的大量消耗,传统造纸工艺及原料的使用的局限性日益显现。从降低纸浆纤维用量的同时保持纸张本身特性的角度出发,需要改变传统造纸填料及其预处理方法,提高填料的分散性和表面活性,从而以高性能造纸填料较大程度地取代植物纤维,生产高填料纸张。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种造纸填料,该填料原料来源广泛、成本低廉,填料溶解时间短、能耗低,填料活性高,符合高填料造纸的要求。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
本发明的造纸填料,该填料为活性硅酸钙。
进一步,所述活性硅酸钙为块状,其含水率为20%~70%。
进一步,所述活性硅酸钙的真密度为1.2~1.5g/cm3,堆积密度为0.15~0.30g/cm3。
进一步,所述活性硅酸钙的粒径为5~30μm,比表面积为50~150m2/g,白度为89~95%,pH值为8~11。
进一步,所述活性硅酸钙由粉煤灰为原料制成。
本发明的目的之二在于提供一种造纸填料的预处理方法,该预处理方法流程简单,使填料充分分散和活化,经过预处理后的填料能与植物纤维充分混合均匀,增加填料与纤维的内部结合力,从而提高纸张性能。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
本发明的造纸填料的预处理方法,将所述活性硅酸钙加入水温为50~100℃的热水中,充分搅拌溶解成乳浊液状。
进一步,所述预处理方法的具体步骤为:
1)在活性硅酸钙溶解槽罐中,加入计量的水,并将水温升温至50~80℃;
2)将计量的活性硅酸钙加入到升温后的水中,活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为30~200g/L;
3)在活性硅酸钙加入的过程中开启搅拌装置搅拌溶解,转速控制在50~200r/min;
4)当计量的活性硅酸钙全部加入以后,逐渐将水温升温至80~100℃,升温速度低于10℃/min;
5)在升温过程中,逐渐提升搅拌装置的转速至200~500r/min,提升转速后稳定运转10min~3h。
进一步,将所述活性硅酸钙溶解得到的填料浆料通过管道导入30~200目的筛网槽中,经过筛网过滤后的填料浆液进入浆池中与植物纤维混合。
本发明的有益效果在于:
本发明摒弃了传统的造纸填料,使用活性硅酸钙作为造纸填料。活性硅酸钙又称作高分散硅酸钙,是一种新型硅酸盐产品,分子式可表示为:CaO·mSiO2·nH2O,无毒无味,不溶于水、酒精和碱,能溶于酸中;该产品呈白色粉末状,微观形态为分散的颗粒状,结构为疏松多孔。该产品不仅具有白度高、真密度小、堆积密度小、不透明度高、粒度小且均匀等符合造纸填料的物理特性,而且因其表面存在与白炭黑相同的硅氧基和硅醇基官能团,能与植物纤维的氢键相结合形成较为稳定的化学键。因此,该造纸填料与纤维的结合兼有物理填充和化学结合的特性,不仅添加比例高,而且结合稳定,成纸质量较好,在高填料造纸领域显示出十分优越的应用特性和市场潜力。过去,活性硅酸钙主要利用石灰与工业水玻璃合成,存在成本较高、难以推广应用的问题。近来,以粉煤灰为主要原料,制取多孔状活性硅酸钙产品的工艺已经成熟,不仅原料广泛易得,生产工艺可靠,而且生产成本大幅度降低,因此活性硅酸钙可以作为新型造纸填料广泛应用。
因此,本发明具有以下优点:
1)本发明的造纸填料原料来源广泛、成本较低;特别是综合利用电厂废弃的粉煤灰为原料生产该填料(粉煤灰综合利用生产氧化铝联产活性硅酸钙),不大量节约了造纸过程中植物纤维的使用,同时避免了传统造纸工艺使用不可再生的矿产资源作为造纸填料,因此有效保护了生态环境和矿产资源;
2)由于活性硅酸钙密度较小,不容易沉降分层,因此填料溶解时间短、能耗低,特别是含水率为20%~70%的块状活性硅酸钙,不容易出现结团现象,更容易分散溶解;
3)填料物理结构及化学性能优异,填料活性高,特别是经过搅拌状态下水热升温乳化活化预处理,充分分散和激发活性后,其真密度与纤维相近,因而可在浆池中与其充分混合,不会出现分层现象,同时由于其在浆池中与纤维结构充分进行物理填充和化学键结合,因而其结合性能更稳定,在造纸过程中有效避免了成纸表面填料“掉粉”的现象,此外由于其密度略轻于纤维,因而大量添加不会降低纸张厚度,反而会对纸张厚度有所增加;
4)本发明涉及的填料在造纸过程中的留着率较传统造纸填料(如轻质碳酸钙、重质碳酸钙及滑石粉等)的留着率提高20%~50%,本发明的填料在纸机上网后的留着率一般在60%~80%,可将大部分填料留着于纸张当中,减少填料浪费;
5)本发明的预处理方法的工艺流程简单,对现有填料预处理设备改动较小,对设备要求也相对较低,可操作性较强,因而本发明易于产业化推广。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
本实施例的造纸填料为活性硅酸钙,所述活性硅酸钙的真密度为1.2g/cm3,堆积密度为0.15g/cm3,粒径为5~30μm,比表面积为150m2/g,白度为89%,pH值为8;所述活性硅酸钙由粉煤灰为原料制成,填料生产过程中不完全干燥,而是用板框压滤后保持其含水率为70%,使其成块状。本发明中,含水率是指块状活性硅酸钙中水的重量百分含量。
将上述造纸填料进行如下预处理:
1)在活性硅酸钙溶解槽罐中,加入1m3水,并通过蒸汽将水温升温至50℃;
2)将107.5kg含水率为70%的块状活性硅酸钙加入到升温后的水中,活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为30g/L;
3)在活性硅酸钙加入的过程中开启搅拌装置搅拌溶解,转速控制在50r/min;
4)当活性硅酸钙全部加入以后,逐渐将水温升温至80℃,升温速度为6℃/min;
5)在升温过程中,逐渐提升搅拌装置的转速至200r/min后,稳定运转10min;在此过程中活性硅酸钙被充分分散和溶解成乳浊液状,分散后的颗粒表面功能基团充分得到活化;
6)将所述活性硅酸钙溶解得到的填料浆料通过管道导入200目的筛网槽中,经过筛网过滤后的填料浆液进入浆池中与植物纤维混合。
实施例2
本实施例的造纸填料为活性硅酸钙,所述活性硅酸钙的真密度为1.3g/cm3,堆积密度为0.20g/cm3,粒径为5~30μm,比表面积为112m2/g,白度为90%,pH值为10;所述活性硅酸钙由粉煤灰为原料制成,填料生产过程中不完全干燥,而是用板框压滤后保持其含水率为50%,使其成块状。本发明中,含水率是指块状活性硅酸钙中水的重量百分含量。
将上述造纸填料进行如下预处理:
1)在活性硅酸钙溶解槽罐中,加入1m3水,并通过蒸汽将水温升温至60℃;
2)将222.2kg含水率为50%的块状活性硅酸钙加入到升温后的水中,活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为100g/L;
3)在活性硅酸钙加入的过程中开启搅拌装置搅拌溶解,转速控制在100r/min;
4)当活性硅酸钙全部加入以后,逐渐将水温升温至90℃,升温速度为5℃/min;
5)在升温过程中,逐渐提升搅拌装置的转速至300r/min后,稳定运转30min;在此过程中活性硅酸钙被充分分散和溶解成乳浊液状,分散后的颗粒表面功能基团充分得到活化;
6)将所述活性硅酸钙溶解得到的填料浆料通过管道导入100目的筛网槽中,经过筛网过滤后的填料浆液进入浆池中与植物纤维混合。
实施例3
本实施例的造纸填料为活性硅酸钙,所述活性硅酸钙的真密度为1.4g/cm3,堆积密度为0. 25g/cm3,粒径为5~30μm,比表面积为105m2/g,白度为92%,pH值为10;所述活性硅酸钙由粉煤灰为原料制成,填料生产过程中不完全干燥,而是用板框压滤后保持其含水率为60%,使其成块状。本发明中,含水率是指块状活性硅酸钙中水的重量百分含量。
将上述造纸填料进行如下预处理:
1)在活性硅酸钙溶解槽罐中,加入1m3水,并通过蒸汽将水温升温至70℃;
2)将483.9kg含水率为60%的块状活性硅酸钙加入到升温后的水中,活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为150g/L;
3)在活性硅酸钙加入的过程中开启搅拌装置搅拌溶解,转速控制在100r/min;
4)当活性硅酸钙全部加入以后,逐渐将水温升温至90℃,升温速度为5℃/min;
5)在升温过程中,逐渐提升搅拌装置的转速至300r/min后,稳定运转1h;在此过程中活性硅酸钙被充分分散和溶解成乳浊液状,分散后的颗粒表面功能基团充分得到活化;
6)将所述活性硅酸钙溶解得到的填料浆料通过管道导入150目的筛网槽中,经过筛网过滤后的填料浆液进入浆池中与植物纤维混合。
实施例4
本实施例的造纸填料为活性硅酸钙,所述活性硅酸钙的真密度为1.4g/cm3,堆积密度为0. 25g/cm3,粒径为5~30μm,比表面积为105m2/g,白度为92%,pH值为10;所述活性硅酸钙由粉煤灰为原料制成,填料生产过程中不完全干燥,而是用板框压滤后保持其含水率为30%,使其成块状。本发明中,含水率是指块状活性硅酸钙中水的重量百分含量。
将上述造纸填料进行如下预处理:
1)在活性硅酸钙溶解槽罐中,加入1m3水,并通过蒸汽将水温升温至70℃;
2)将312.5kg含水率为30%的块状活性硅酸钙加入到升温后的水中,活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为200g/L;
3)在活性硅酸钙加入的过程中开启搅拌装置搅拌溶解,转速控制在150r/min;
4)当活性硅酸钙全部加入以后,逐渐将水温升温至86℃,升温速度为2℃/min;
5)在升温过程中,逐渐提升搅拌装置的转速至400r/min后,稳定运转2h;在此过程中活性硅酸钙被充分分散和溶解成乳浊液状,分散后的颗粒表面功能基团充分得到活化;
6)将所述活性硅酸钙溶解得到的填料浆料通过管道导入50目的筛网槽中,经过筛网过滤后的填料浆液进入浆池中与植物纤维混合。
实施例5
本实施例的造纸填料为活性硅酸钙,所述活性硅酸钙的真密度为1.5g/cm3,堆积密度为0.30g/cm3,粒径为5~30μm,比表面积为50m2/g,白度为95%,pH值为11;所述活性硅酸钙由粉煤灰为原料制成,填料生产过程中不完全干燥,而是用板框压滤后保持其含水率为20%,使其成块状。本发明中,含水率是指块状活性硅酸钙中水的重量百分含量。
将上述造纸填料进行如下预处理:
1)在活性硅酸钙溶解槽罐中,加入1m3水,并通过蒸汽将水温升温至80℃;
2)将221.9kg含水率为20%的块状活性硅酸钙加入到升温后的水中,活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为170g/L;
3)在活性硅酸钙加入的过程中开启搅拌装置搅拌溶解,转速控制在200r/min;
4)当活性硅酸钙全部加入以后,逐渐将水温升温至100℃,升温速度为2℃/min;
5)在升温过程中,逐渐提升搅拌装置的转速至500r/min后,稳定运转3h;在此过程中活性硅酸钙被充分分散和溶解成乳浊液状,分散后的颗粒表面功能基团充分得到活化;
6)将所述活性硅酸钙溶解得到的填料浆料通过管道导入30目的筛网槽中,经过筛网过滤后的填料浆液进入浆池中与植物纤维混合。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述,但本领域的普通技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (5)
1.一种造纸填料的预处理方法,该填料为活性硅酸钙,所述活性硅酸钙为块状,其含水率为20%~70%,其特征在于:所述预处理方法的具体步骤为:
1)在活性硅酸钙溶解槽罐中,加入计量的水,并将水温升温至50~80℃;
2)将计量的活性硅酸钙加入到升温后的水中,活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为30~200g/L;
3)在活性硅酸钙加入的过程中开启搅拌装置搅拌溶解,转速控制在50~200r/min;
4)当计量的活性硅酸钙全部加入以后,逐渐将水温升温至80~100℃,升温速度低于10℃/min;
5)在升温过程中,逐渐提升搅拌装置的转速至200~500r/min,提升转速后稳定运转10min~3h。
2.根据权利要求1所述的造纸填料的预处理方法,其特征在于:所述活性硅酸钙的真密度为1.2~1.5g/cm3,堆积密度为0.15~0.30g/cm3。
3.根据权利要求1所述的造纸填料的预处理方法,其特征在于:所述活性硅酸钙的粒径为5~30μm,比表面积为50~150m2/g,白度为89~95%,pH值为8~11。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的造纸填料的预处理方法,其特征在于:所述活性硅酸钙由粉煤灰为原料制成。
5.根据权利要求1所述的造纸填料的预处理方法,其特征在于:将所述活性硅酸钙溶解得到的填料浆料通过管道导入30~200目的筛网槽中,经过筛网过滤后的填料浆液进入浆池中与植物纤维混合。
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