CN102561105A - 阳离子造纸复合助留剂及其制备方法和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了阳离子造纸复合助留剂及其制备方法和应用方法，它由膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒石、沸石、水滑石和高岭土混合而成，各组份的重量份数为：膨润土5-15份、方解石20-35份、硅灰石10-20份、海泡石10-20份、凹凸棒石5-10份、沸石5-15份、水滑石5-10份、高岭土5-10份，合计100份。本发明助留剂由水滑石和多种非金属矿物粉体组成，利用水滑石层板化学的可调变性、层间离子种类及数量的可调控性和晶体尺寸及分布的可调控性及层板含烃基、记忆效应的特征对多种非金属矿物粉体的抗团聚机理和分散规律进行位能匹配，在抄纸过程中提高产品质量、降低生产成本和绿色环保生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种阳离子造纸复合助留剂及其制备方法和应用方法。
背景技术
众所周知，膨润土助留剂具有留着填料和细微纤维的作用，是造纸行业必不可少的原材料之一，它能减少纸浆中的细小纤维的流失，减少原材料消耗，提高纸张质量，因而广泛应用于造纸行业中。但是，膨润土助留剂留着率低（60%-65%左右），白水负担重。在酸性、中性、碱性抄纸过程中受静团位阻和空间位阻的影响，会使纸张纤维和矿物纤维团聚，因而在造纸行业中达不到提高产品质量、降低产品成本和环保生产的目的。
发明内容
本发明的目的是：提供一种阳离子造纸复合助留剂及其制备方法和应用方法，该助留剂由水滑石和多种非金属矿物粉体组成，利用水滑石层板化学的可调变性、层间离子种类及数量的可调控性和晶体尺寸及分布的可调控性及层板含烃基、记忆效应的特征对多种非金属矿物粉体的抗团聚机理和分散规律进行位能匹配，从而达到在抄纸过程中提高产品质量、降低生产成本和绿色环保生产。
为了实现上述目的，本发明采用的技术解决方案如下：
阳离子造纸复合助留剂，它由膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒石、沸石、水滑石和高岭土混合而成，各组份的重量份数为：膨润土5-15份、方解石20-35份、硅灰石10-20份、海泡石10-20份、凹凸棒石5-10份、沸石5-15份、水滑石5-10份、高岭土5-10份，合计100份。
其中，所述方解石、硅灰石、凹凸棒土、高岭土和海泡石均为粉体，其细度为325目95%通过。
其中，所述海泡石为纤维状海泡石，所述硅灰石为针状硅灰石，其长度为5-10μm，长径比为20/1。
其中，所述水滑石：层状，微观结构，双羟基、金属及含氧化物，简称LDHS；LDHS通式：[m2+(1-x)M3+x(OH)2](An-)x/nyH2O。
其中，典型水滑石：Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O层板：Mg、L、H；层间：阴离子、水。
其中，典型水滑石的微观结构：六方片层结构，八面体公用棱形成单元层，品牌型号：韩国世昌korea(SECHANG)/MA-20,Mg4Al2(OH)12CO3·3H2O，平均粒径0.7±0.3（0.4~1.0）μm，比表面积＜15㎡/g，有效物质99%。
阳离子造纸复合助留剂的制备方法，它包括以下步骤：
步骤1：将膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、水滑石和高岭土进行初选，去除杂质，破碎磨细为粉体，其细度为20目；
步骤2：取步骤1中膨润土5-15份、方解石20-35份、凹凸棒土5-10份、沸石5-15份、水滑石5-10份和高岭土5-10份，按比例混合，送入搅拌机搅拌均匀制成粉体混合料；
步骤3：将步骤2的混合料投入至煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为4小时，煅烧温度为575℃；
步骤4：取步骤3煅烧后的混合料破碎碾磨为超细粉，其细度为325目；
步骤5：在步骤4的超细粉中，按重量份数合计100份加入硅灰石10-20份、海泡石10-20份，经搅拌机高速搅拌制成阳离子造纸复合助留剂。
阳离子造纸复合助留剂的应用方法：对于具有纸浆搅拌工序的生产线，在纸浆搅拌的过程中投入该助留剂，但使用前需要加水搅拌均匀成糊状，使该助留剂的浓度与纸浆浓度相当；对于没有纸浆搅拌工序的生产线，在打浆过程中直接投放；该助留剂投放总量控制在原纸总重的15%以内。
本发明具有以下优点：
1、根据DLVD双电层理论的揭示，当两个颗粒相距较远时，离子氛尚未重叠，粒子间的“远距离”吸引力在起作用，即吸引力占优势；曲线在横轴以下，总位能为负值，随着颗粒距离变迁，粒子氛重叠，坼力开始起作用，总位能逐渐上升为正值，至一定距离处总位能最大，出现一个位能峰E0，当越过一个位能峰E0时，位能迅速下降；这说明当颗粒距离很近时，吸引能Ea随着颗粒变小而激增，使引能占优势，总位能下降为负值，颗粒将发生团聚；水滑石Hydrotalcite 典型组成Mg6Al2(OH)16Co3·4H2O，镁、铝丰富，水滑石的加入增加了吸附性，一方面降低了粒子间与分散介质之间的界面张力，增加了两相之间的亲密性，另一方面粒子的表面形成了空间屏障，增大了空间位阻，保持了分散体系的稳定性；水滑石对微粒体系稳定性的影响:1.带电聚合物被吸附后增加了颗粒之间的静电斥力位能，这一点与简单吸附离子的影响相同，也符合双电子层DLVO的理论；2.水滑石的加入减少了颗粒间的引力位能；3.颗粒与水滑石复合产生斥力位能—空间位阻能。
2、本发明利用方解石的碳化性、凹凸棒土的吸附性、膨润土的润滑交质性、硅灰石的结构性、水滑石的位能性，在各组份的协同增效下构成了复合新材料；加入水滑石使矿物复合助留剂的比表面积增大，改善其抄纸过程中的透水性，弥补了物料表面邻近的配位电子，提高留纸浆的附着力，以极强的吸附作用将纸浆里的细小纤维助留在纸浆里，既避免了纤维的流失，也减少了纸浆原料的投入，降低了纸浆的消耗，尤其是在再生产纸的生产中，利用该助留剂具有的净水作用，对水中碳酸钙和氧化钙有优良的分解作用，可将原来必须排放的废渣、污泥及废沙凝聚起来参与造纸过程，进入纸张成分，极大地减少造纸废渣的排放，其废渣不仅不再需要地方填埋产生二次污染，而且可以进行回用，其配比可占废纸原料的30%左右，既可以进一步降低成本，又减少了生物资源的使用和环境的污染。
3、该助留剂全部采用干法生产，没有水质污染，使造纸尾水里的纤维减少，尾水的降解水中的悬浮物值（SS值）大大降低，化学需氧量（COD值）降低，减少含磷、含氮比例有明显效果，吸附、分解尾水中的臭味，水质得到明显改善后可以反复循环使用，可节约大量的新水，由每吨纸耗水60吨降至每吨纸耗水20吨。
4、该阳离子造纸复合助留剂具有增强、抗拉和填充作用，投入到纸浆中，可以提高不透明度，改善纤维结构，平衡纸张的环压指数和横向抗张力，增加纸张光洁度、平整度，改善白度，提高纸张质量。
5、工艺简单，易于操作，以具有吸附、团聚的非金属矿超细粉末替代目前世界通用的化学液体助留剂，实现无废水、废渣排放，降低了废气的排放，可从根本上解决造纸的污染治理，减少了废纸的使用量近30% 。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。
实施例1：依以下步骤制备助留剂
步骤1：将膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、水滑石和高岭土进行初选，去除杂质，破碎磨细为粉体，其细度为20目；
步骤2：取步骤1中膨润土5份、方解石35份、凹凸棒土5份、沸石5份、水滑石5份和高岭土5份，按比例混合，送入搅拌机搅拌均匀制成粉体混合料；
步骤3：将步骤2的混合料投入至煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为4小时，煅烧温度为575℃；
步骤4：取步骤3煅烧后的混合料破碎碾磨为超细粉，其细度为325目；
步骤5：在步骤4的超细粉中，按重量份数合计100份加入硅灰石20份、海泡石20份，经搅拌机高速搅拌制成该助留剂。
实施例2：依以下步骤制备该助留剂
步骤1：将膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、水滑石和高岭土进行初选，去除杂质，破碎磨细为粉体，其细度为20目；
步骤2：取步骤1中膨润土10份、方解石27.5份、凹凸棒土7.5份、沸石10份、水滑石7.5份和高岭土7.5份，按比例混合，送入搅拌机搅拌均匀制成粉体混合料；
步骤3：将步骤2的混合料投入至煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为4小时，煅烧温度为575℃；
步骤4：取步骤3煅烧后的混合料破碎碾磨为超细粉，其细度为325目；
步骤5：在步骤4的超细粉中，按重量份数合计100份加入硅灰石15份、海泡石15份，经搅拌机高速搅拌制成造纸矿物复合助留剂。
实施例3：依以下步骤制备该助留剂
步骤1：将膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、水滑石和高岭土进行初选，去除杂质，破碎磨细为粉体，其细度为20目；
步骤2：取步骤1中膨润土15份、方解石20份、凹凸棒土10份、沸石15份、水滑石10份和高岭土10份，按比例混合，送入搅拌机搅拌均匀制成粉体混合料；
步骤3：将步骤2的混合料投入至煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为4小时，煅烧温度为575℃；
步骤4：取步骤3煅烧后的混合料破碎碾磨为超细粉，其细度为325目；
步骤5：在步骤4的超细粉中，按重量份数合计100份加入硅灰石10份、海泡石10份，经搅拌机高速搅拌制成该助留剂。
比较例：阳离子造纸复合助留剂的应用试验，评价该助留剂的使用效果。
步骤如下：
步骤1：取造纸公司抄六车间磨后合成浆，其中：针叶浆30%、阔叶浆20%、自制化学浆50%，车间现用AKD、PAM、阳离子淀粉以及填料（浓度35.0%）备用；
步骤2：测定浆料浓度，量取100ml纸浆、抽滤、烘干后测定浓度；
步骤3：取实施例1、3矿物复合助留剂，溶解，溶解浓度1%；
步骤4：手抄片
4.1 按混合浆71%、填料21%进行混合浆料配制；
4.2按每张手抄片定量70g/m2，分别量取混合浆料，然后将上述两种矿物复合助留剂分别按对纸0%、2%、4%、6%的用量加入到混合浆料中，最后依次加入AKD、阳离子淀粉、PAM，AKD用量0.9%（原液），阳离子淀粉用量0.15%（对绝干），PAM用量250ppm；
4.3手抄片自然风干，将做吸水的手抄片，放入烘箱中，在105℃条件下烘干5分钟后，取出；
步骤5：将所有的纸样，在恒温恒湿实验室中平衡4小时后，检测其各项物理指标。
试验数据：
试验结论：
从试验数据可以看出，加入该复合助留剂时，实施例1样品助留剂的保留效果比实施例2样品好；实施例1样品在4%用量时，助留效果最好，纸样的各项指标均优，灰分能提高13.2%。
Claims (8)
1.阳离子造纸复合助留剂，其特征在于：它由膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒石、沸石、水滑石和高岭土混合而成，各组份的重量份数为：膨润土5-15份、方解石20-35份、硅灰石10-20份、海泡石10-20份、凹凸棒石5-10份、沸石5-15份、水滑石5-10份、高岭土5-10份，合计100份。
2. 根据权利要求1所述的阳离子造纸复合助留剂，其特征在于：其中，所述方解石、硅灰石、凹凸棒土、高岭土和海泡石均为粉体，其细度为325目95%通过。
3. 根据权利要求2所述的阳离子造纸复合助留剂，其特征在于：其中，所述海泡石为纤维状海泡石，所述硅灰石为针状硅灰石，其长度为5-10μm，长径比为20/1。
4. 根据权利要求1所述的阳离子造纸复合助留剂，其特征在于：其中，所述水滑石：层状，微观结构，双羟基、金属及含氧化物，简称LDHS；LDHS通式：[m2+(1-x)M3+x(OH)2](An-)x/nyH2O。
5. 根据权利要求4所述的造纸矿物复合助留剂，其特征在于：其中，典型水滑石：Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O层板：Mg、L、H；层间：阴离子、水。
6. 根据权利要求5所述的阳离子造纸复合助留剂，其特征在于：其中，典型水滑石的微观结构为六方片层，八面体公用棱形成单元层，品牌型号：korea(SECHANG)/MA-20,Mg4Al2(OH)12CO3·3H2O，平均粒径0.7±0.3（0.4~1.0）μm，比表面积＜15㎡/g，有效物质99%。
7. 阳离子造纸复合助留剂的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
步骤1：将膨润土、方解石、硅灰石、海泡石、凹凸棒土、沸石、水滑石和高岭土进行初选，去除杂质，破碎磨细为粉体，其细度为20目；
步骤2：取步骤1中膨润土5-15份、方解石20-35份、凹凸棒土5-10份、沸石5-15份、水滑石5-10份和高岭土5-10份，按比例混合，送入搅拌机搅拌均匀制成粉体混合料；
步骤3：将步骤2的混合料投入至煅烧炉进行煅烧，其煅烧时间为4小时，煅烧温度为575℃；
步骤4：取步骤3煅烧后的混合料破碎碾磨为超细粉，其细度为325目；
步骤5：在步骤4的超细粉中，按重量份数合计100份加入硅灰石10-20份、海泡石10-20份，经搅拌机高速搅拌制成该助留剂。
8. 阳离子造纸复合助留剂的应用方法，其特征在于：对于具有纸浆搅拌工序的生产线，在纸浆搅拌的过程中投入该助留剂，但使用前需要加水搅拌均匀成糊状，使该造纸矿物复合助留剂的浓度与纸浆浓度相当；对于没有纸浆搅拌工序的生产线，在打浆过程中直接投放；该助留剂投放总量控制在原纸总重的15%以内。
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