CN102433796B

CN102433796B - 高填料纸张及其生产方法

Info

Publication number: CN102433796B
Application number: CN 201110319642
Authority: CN
Inventors: 吴养育; 徐鹏; 张晓云; 孙俊民; 张战军; 张毅; 陈刚; 张楠; 吕永利
Original assignee: GUONENG PAPER INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: GUONENG PAPER INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102433796A

Abstract

本发明公开了一种高填料纸张及其生产方法，该高填料纸张按质量百分比计含有30%~60%的填料，所述填料为活性硅酸钙，在添加填料的步骤中，将占活性硅酸钙和纸浆总质量40%~70%的活性硅酸钙充分搅拌溶解成乳浊液状后，导入叩后储浆池或抄前储浆池中与植物纤维充分搅拌混合；本发明的高填料纸张，填料添加比例提高，在提高纸张性能的同时，较大程度地减少了植物纤维的用量；本发明的高填料纸张的生产方法不仅简化了造纸填料的添加工艺，而且保证填料和植物纤维能够充分混合均匀，增加了内部结合力，从而提高了纸张性能。

Description

高填料纸张及其生产方法

技术领域

本发明属于造纸生产工艺技术领域，具体涉及一种高填料纸张及其生产方法。

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添加工艺及纸张生产存在以下技术问题：

1、填料本身密度较纤维密度相差较大，如果在浆池中与植物纤维混合加入，会快速沉降至池底，无法与纤维混合均匀，并且在叩前池、叩后池以及抄前池之间的转移过程中由于沉于底部无法转移，造成填料利用率低，纸张灰分较低；

2、现有技术中，填料是在纸机的高位箱设备中存储，并在纸浆即将上网抄造前快速加入纸浆当中然后进入流浆箱，在流浆箱中与纤维快速混合运动，通过这种方法使填料不发生沉降，不与纸浆分层；该方法虽然解决了传统填料密度大沉降速度快的缺点，但是填料与纤维混合时间过短，不利于填料在纤维中的充分物理填充，也造成了传统填料留着率低，且成纸纸面上聚集大量填料，造成纸面“掉粉”的现象；

3、目前造纸领域使用的常规填料普遍密度较大，即使在工艺上满足相对较高的填料添加比例，也会由于大量填料的加入影响固定定量纸张的厚度，从而使其无法满足纸张的指标要求，因此在对纸张有厚度要求的情况下，无法添加过多的传统填料。

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，需要以高性能造纸填料较大程度地取代植物纤维，生产纸张性能优良的高填料纸张，较大程度地节省植物纤维为目的，发明高填料纸张的制造工艺方法，取得好的经济效益和生态环保效益。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高填料纸张，填料添加比例较高，在提高纸张性能的同时，减少植物纤维的使用。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明的高填料纸张，所述高填料纸张按质量百分比计含有30%~60%的填料，所述填料为活性硅酸钙。

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，粒径为5~30μm，比表面积为50~150m²/g，白度为89~95%，pH值为8~11。

本发明的目的之二在于提供一种高填料纸张的生产方法，该生产方法不仅简化造纸填料的添加工艺，而且保证填料和植物纤维能够充分混合均匀，增加内部结合力，从而提高纸张性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明的高填料纸张的生产方法，在添加填料的步骤中，将占活性硅酸钙和纸浆总质量40%~70%的活性硅酸钙在水中充分搅拌溶解成乳浊液状后，导入叩后储浆池或抄前储浆池中与植物纤维充分搅拌混合。

进一步，所述活性硅酸钙在水温为50~100℃的热水中充分搅拌溶解成乳浊液状，活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为30~200g/L。

进一步，所述活性硅酸钙搅拌溶解成乳浊液状后，经过过滤除渣后再导入叩后储浆池或抄前储浆池中与植物纤维充分搅拌混合。

进一步，所述生产方法的具体步骤为：

1）将占活性硅酸钙和纸浆总质量30%~60%的纸浆碎解分散后送入叩前储浆池，调节浆料的质量分数浓度到3%~15%；

2）将步骤1）所得浆料中的植物纤维打浆到20°SR～60°SR的打浆度后，调节浆料的质量分数浓度到2%~15%，送入叩后储浆池；

3）将占活性硅酸钙和纸浆总质量40%~70%的活性硅酸钙在水温为50~100℃的热水中充分搅拌溶解成乳浊液状，活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为30~200g/L，溶解液经过过滤除渣后，导入叩后储浆池中与步骤2）所得浆料中的植物纤维充分搅拌混合；

4）向步骤3）所得浆料中加入化学助剂，搅拌并混合均匀；

5）加水调节混合浆料的质量分数浓度到1%~10%后送入抄前储浆池；

6）用造纸机抄造成所需定量的纸张。

进一步，所述步骤3）中，使用水平推进器对活性硅酸钙和植物纤维进行搅拌混合，搅拌混合时间为0.1~3h。

进一步，所述步骤4）中，所述化学助剂为占纸浆质量0.5%~5%的增强剂、0.5%~3%的分散剂、0.1%~5%的助留助滤剂和0.5%~5%的抗水剂，且依次先后加入。

进一步，所述步骤6）中，加入占纸浆质量0.5%~5%的涂布胶乳进行浸渍涂布。

进一步，所述高填料纸张为双胶纸、静电复印纸、轻型纸或铜版纸，所述纸浆为针叶木浆、阔叶木浆、竹浆、芦苇浆、草浆、化机浆、机械浆或再生纸浆。

本发明的有益效果在于：

本发明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造纸填料（粉煤灰综合利用生产氧化铝联产活性硅酸钙），不仅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）本发明摒弃了传统造纸填料高位箱加入纸浆的方式，改为预处理后直接导入叩后储浆池或抄前储浆池与植物纤维混合搅拌的添加方式，不仅简化了造纸填料的添加工艺，而且由于填料的真密度与纤维相近，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；

3）通过使用高性能的活性硅酸钙填料，可在传统造纸基础上，大幅度提高填料的添加比例，较大程度地减少了植物纤维的使用，且纸张性能得到提高；与目前常用的纸张相比，高填料纸张具有伸长率低、不透明度高、平滑度高、无污染、可降解、可回收、低成本的优点，特别是在节约植物纤维方面具有强大优势，具有很高的经济意义、社会意义以及生态环保意义；

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%，本发明涉及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）本发明涉及的填料在造纸过程中进入白水的部分，有絮凝沉淀的作用，即在沉淀池中可作为吸附剂和絮凝剂将白水中的细小纤维及化学品吸附在填料表面的多孔结构中，然后快速絮凝沉淀，能显著提高造纸白水的沉淀分离速度并减少絮凝剂的使用；

6）本发明的工艺流程简单，对现有造纸工艺和设备改动较小，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

本实施例的高填料纸张的生产方法，具体步骤为：

1）将占活性硅酸钙和纸浆总质量60%的纸浆用水力碎浆机碎解分散后送入叩前储浆池，调节浆料的质量分数浓度到15%；所述纸浆为漂白硫酸盐针叶木浆板；

2）用盘磨机将步骤1）所得浆料中的植物纤维打浆到60°SR的打浆度后，调节浆料的质量分数浓度到15%，送入叩后储浆池；

3）将占活性硅酸钙和纸浆总质量40%的活性硅酸钙在水温50℃的热水中充分搅拌溶解成乳浊液状，活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为30g/L，溶解液经过过滤除渣后，导入叩后储浆池中，并在水平推进器的作用下，与步骤2）所得浆料中的植物纤维充分搅拌混合0.1h；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；

4）向步骤3）所得浆料中依次先后加入占纸浆质量0.5%的增强剂、0.5%的分散剂、0.1%的助留助滤剂和0.5%的抗水剂，搅拌并混合均匀；

5）加水调节混合浆料的质量分数浓度到10%后送入抄前储浆池；

6）用造纸机抄造成定量为75g/m²的纸张，加入占纸浆质量0.5%的涂布胶乳进行浸渍涂布；均匀涂布胶乳后能使组成纸张的纤维之间紧密结合，形成具有较高的拉力和防水性的纸张。

本实施例得到的高填料纸张，按质量百分比计含有30%的活性硅酸钙填料。

实施例2

本实施例的高填料纸张的生产方法，具体步骤为：

1）将占活性硅酸钙和纸浆总质量50%的纸浆用水力碎浆机碎解分散后送入叩前储浆池，调节浆料的质量分数浓度到10%；所述纸浆为漂白阔叶木浆板；

2）用盘磨机将步骤1）所得浆料中的植物纤维打浆到40°SR的打浆度后，调节浆料的质量分数浓度到8%，送入叩后储浆池；

3）将占活性硅酸钙和纸浆总质量50%的活性硅酸钙在水温70℃的热水中充分搅拌溶解成乳浊液状，活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为80g/L，溶解液经过过滤除渣后，导入叩后储浆池中，并在水平推进器的作用下，与步骤2）所得浆料中的植物纤维充分搅拌混合0.5h；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；

4）向步骤3）所得浆料中依次先后加入占纸浆质量3%的增强剂、1%的分散剂、1%的助留助滤剂和3%的抗水剂，搅拌并混合均匀；

5）加水调节混合浆料的质量分数浓度到5%后送入抄前储浆池；

6）用造纸机抄造成定量为70g/m²的纸张，加入占纸浆质量3%的涂布胶乳进行浸渍涂布；均匀涂布胶乳后能使组成纸张的纤维之间紧密结合，形成具有较高的拉力和防水性的纸张。

本实施例得到的高填料纸张，按质量百分比计含有38%的活性硅酸钙填料。

实施例3

本实施例的高填料纸张的生产方法，具体步骤为：

1）将占活性硅酸钙和纸浆总质量40%的纸浆用水力碎浆机碎解分散后送入叩前储浆池，调节浆料的质量分数浓度到5%；所述纸浆为漂白竹浆板；

2）用盘磨机将步骤1）所得浆料中的植物纤维打浆到50°SR的打浆度后，调节浆料的质量分数浓度到3%，送入叩后储浆池；

3）将占活性硅酸钙和纸浆总质量60%的活性硅酸钙在水温90℃的热水中充分搅拌溶解成乳浊液状，活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为130g/L，溶解液经过过滤除渣后，导入叩后储浆池中，并在水平推进器的作用下，与步骤2）所得浆料中的植物纤维充分搅拌混合2h；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；

4）向步骤3）所得浆料中依次先后加入占纸浆质量2%的增强剂、2%的分散剂、1%的助留助滤剂和1%的抗水剂，搅拌并混合均匀；

5）加水调节混合浆料的质量分数浓度到2%后送入抄前储浆池；

6）用造纸机抄造成定量为80g/m²的纸张，加入占纸浆质量3%的涂布胶乳进行浸渍涂布；均匀涂布胶乳后能使组成纸张的纤维之间紧密结合，形成具有较高的拉力和防水性的纸张。

本实施例得到的高填料纸张，按质量百分比计含有45%的活性硅酸钙填料。

实施例4

本实施例的高填料纸张的生产方法，具体步骤为：

1）将占活性硅酸钙和纸浆总质量30%的纸浆用水力碎浆机碎解分散后送入叩前储浆池，调节浆料的质量分数浓度到3%；所述纸浆为芦苇浆板；

2）用盘磨机将步骤1）所得浆料中的植物纤维打浆到20°SR的打浆度后，调节浆料的质量分数浓度到2%，送入叩后储浆池；

3）将占活性硅酸钙和纸浆总质量70%的活性硅酸钙在水温100℃的热水中充分搅拌溶解成乳浊液状，活性硅酸钙干基在溶解液中的最终固含为200g/L，溶解液经过过滤除渣后，导入叩后储浆池中，并在水平推进器的作用下，与步骤2）所得浆料中的植物纤维充分搅拌混合3h；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；

4）向步骤3）所得浆料中依次先后加入占纸浆质量5%的增强剂、3%的分散剂、5%的助留助滤剂和5%的抗水剂，搅拌并混合均匀；

5）加水调节混合浆料的质量分数浓度到1%后送入抄前储浆池；

6）用造纸机抄造成定量为80g/m²的纸张，加入占纸浆质量5%的涂布胶乳进行浸渍涂布；均匀涂布胶乳后能使组成纸张的纤维之间紧密结合，形成具有较高的拉力和防水性的纸张。

本实施例得到的高填料纸张，按质量百分比计含有60%的活性硅酸钙填料。

本发明的高填料纸张的生产方法中，在添加填料的步骤中（步骤3））中，将活性硅酸钙在水中充分搅拌溶解成乳浊液状后，也可以将其导入抄前储浆池中与植物纤维充分搅拌混合，其效果与导入叩后储浆池中与植物纤维充分搅拌混合的效果一致。

本发明所述高填料纸张主要为高填料文件用纸，包括双胶纸、静电复印纸、轻型纸、铜版纸等，本发明所述纸浆还可以为草浆、化机浆、机械浆或再生纸浆等。

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

1.一种高填料纸张的生产方法，所述高填料纸张按质量百分比计含有30%~60%的填料，所述填料为活性硅酸钙，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，粒径为5~30μm，比表面积为50~150m²/g，白度为89~95%，pH值为8~11，其特征在于：所述生产方法的具体步骤为：

4）向步骤3）所得浆料中加入化学助剂，搅拌并混合均匀；

6）用造纸机抄造成所需定量的纸张。

2.根据权利要求1所述的高填料纸张的生产方法，其特征在于：所述步骤3）中，使用水平推进器对活性硅酸钙和植物纤维进行搅拌混合，搅拌混合时间为0.1~3h。

3.根据权利要求1所述的高填料纸张的生产方法，其特征在于：所述步骤4）中，所述化学助剂为占纸浆质量0.5%~5%的增强剂、0.5%~3%的分散剂、0.1%~5%的助留助滤剂和0.5%~5%的抗水剂，且依次先后加入。

4.根据权利要求1所述的高填料纸张的生产方法，其特征在于：所述步骤6）中，加入占纸浆质量0.5%~5%的涂布胶乳进行浸渍涂布。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的高填料纸张的生产方法，其特征在于：所述高填料纸张为双胶纸、静电复印纸、轻型纸或铜版纸，所述纸浆为针叶木浆、阔叶木浆、竹浆、芦苇浆、草浆、化机浆、机械浆或再生纸浆。