CN102675919A

CN102675919A - 一种硫酸钙晶须造纸涂布颜料的制备方法

Info

Publication number: CN102675919A
Application number: CN2012101375848A
Authority: CN
Inventors: 王玉珑; 覃盛涛; 刘艳新
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: CN102675919B

Abstract

本发明公开了一种硫酸钙晶须造纸涂布颜料的制备方法，其采用从工业石膏废渣中提取的硫酸钙晶须副产物为原料，经过结晶形态转化、预分散、研磨等步骤制备出固含量在30%-60%，≤2μm颗粒所占的比例在60%-95%，白度≥90%ISO的符合造纸应用的涂布颜料。本发明制得的硫酸钙晶须颜料分散液固含量高、粘度低、稳定性好、水中易分散，解决了硫酸钙晶须难以制备造纸用高浓低粘的稳定颜料分散液的难题；制得的硫酸钙晶须涂布颜料具有白度高、磨耗低、油墨吸收性好等特性，能够有效用于颜料整饰施胶涂布、低定量涂布纸、铜版纸及涂布白板（卡）的底涂或面涂。

Description

一种硫酸钙晶须造纸涂布颜料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种硫酸钙晶须造纸涂布颜料的制备方法，属于造纸技术领域。

背景技术

硫酸钙晶须（又称石膏晶须，石膏纤维），是国内外近年来从脱硫石膏、磷石膏等工业石膏废渣或金属冶炼废渣中提取的一种新型无机材料。硫酸钙晶须具有低磨耗、耐高温、耐酸碱、尺寸稳定等诸多优良理化性能，但由于应用技术开发及应用领域的局限，目前硫酸钙晶须除在塑料、橡胶行业中用作少量添加剂外，其他行业中没有得到大规模工业化应用。而造纸工业生产中，为了提高纸张质量，降低生产成本，通常在纸张表面涂覆一定的涂料，该涂料中70%以上的组分为碳酸钙、瓷土等白色无机颜料。据统计，我国每年用作造纸涂布颜料的无机矿物质用量约600万吨左右，其中95%以上为碳酸钙和瓷土。尽管我国碳酸钙和瓷土资源比较丰富，但碳酸钙和瓷土矿源为不可再生资源，目前许多储量丰富的矿山经过百年的开采已经面临枯竭，并且由于盲目开采，对矿区植被及自然环境带来了严重的破坏。如果能够利用这种可再生的资源丰富的硫酸钙晶须作为造纸涂布颜料，取代或部分代替不可再生的碳酸钙或瓷土矿物颜料，对于保护天然矿产资源、节约植物纤维，有效解决固废污染等具有十分重要的意义。

然而硫酸钙晶须用作造纸涂布颜料存在许多关键的问题需要解决，如：（1）硫酸钙晶须存在多种结晶水形态，并且结晶水形态在不同的温度和湿度下会相互转化，不同结晶水形态的硫酸钙晶须在水中的稳定性差异非常大，必须对硫酸钙晶须的结晶形态及水中的稳定性问题进行研究解决；（2）由于硫酸钙晶须的层间结构及化学键的联接与碳酸钙及瓷土具有明显差异，导致高固含量硫酸钙晶须悬浮液的制备非常困难，在不加分散剂的情况下，很难制备超过30%固含量的颜料悬浮液，难以满足造纸涂料的高浓低粘的要求；而常规的聚丙烯酸盐、聚磷酸盐等分散剂无法满足硫酸钙晶须分散和研磨的要求，因此必须对硫酸钙晶须的分散性能进行研究；（3）硫酸钙晶须原料具有纯度高、磨耗低、白度高等优越性能，其用作造纸涂布颜料的基本性能指标不尽同于碳酸钙、瓷土颜料，必须研究适合硫酸钙晶须的颜料性能。综上所述，只有合理解决以上存在的诸多问题，才能够将硫酸钙晶须有效的用作造纸涂布颜料，替代碳酸钙、瓷土颜料，有效解决工业石膏废渣的环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种用可循环再生的资源丰富的硫酸钙晶须为原料，制备出高白度、低磨耗、低溶解度的满足造纸工业应用的涂布颜料的方法。

本发明采用的技术方案是：一种硫酸钙晶须造纸涂布颜料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）晶须原料获取：晶须原料为脱硫石膏、磷石膏、金属冶炼废渣及其他工业石膏废渣中提取的硫酸钙晶须副产物，其中晶须纯度≥99%，白度≥90%ISO，粒径为0.5-200μm，结晶形态为半水、二水或两者都有，晶须形状为片状、针状或菱形；

2）分散：将容器中加入适量水和硫酸钙晶须用分散剂，在搅拌状态下慢慢加入硫酸钙晶须原料，将所有晶须全部转化成二水形态，调配成以二水硫酸钙计固含量为30%-60%的晶须悬浮液，并预分散10-15分钟，使悬浮液混合均匀，并调节pH在5.5-8之间；

3）湿法研磨：将上述调配好的硫酸钙晶须悬浮液置于砂磨机中进行湿法研磨，研磨用介质为耐磨陶瓷珠或锆珠，粒径在0.8mm-1.2mm，球料比为3：1～6：1，研磨时间60-300分钟，得到所需要的不同粒度分布的硫酸钙晶须颜料研磨分散液；

4）颜料性能：上述经过研磨分散后的硫酸钙晶须颜料悬浮液固含量在30%-60%之间；粘度在150-1000mPa·s；采用沉降法粒度测定≤2μm颗粒所占的比例在60%-95%，白度≥90%ISO。

所述硫酸钙晶须用分散剂为主分散剂的单独一种或与其他一种或两种辅助分散剂的混合其中主分散剂为脂肪醇醚磷酸酯及酸式磷酸酯，其用量在1.5%-8%；辅助分散剂为萘磺酸盐或分子量在15000-100000，取代度≥0.8的CMC，其用量为0%-1%。

主分散剂具体类型为MOA-3P（中国桑达化工有限公司）、Lutensit A-EP（德国巴斯夫公司）或其他脂肪醇醚磷酸酯及酸式磷酸酯分散剂产品；辅助分散剂用萘磺酸盐润湿剂为Tamol NN 8906，Tamol NN 9104，Tamol DN（德国巴斯夫公司）。

本发明制得的硫酸钙晶须造纸涂布颜料可用于颜料整饰施胶涂布、低定量涂布纸、铜版纸及涂布白板（卡）的底涂或面涂。

本发明具有如下优点：

（1）采用的硫酸钙晶须原料来源广、条件宽，可以有效解决多种工业石膏废渣或金属废渣带来的固体污染，保护环境；

（2）制得的硫酸钙晶须颜料分散液具有固含量高、粘度低、稳定性好、水中易分散等特点，解决了硫酸钙晶须难以制备高浓低粘的稳定颜料分散液的难题，从而可以使硫酸钙晶须颜料能够用于配制高浓低粘的造纸涂料，拓展了晶须应用领域，提高了硫酸钙晶须附加值；

（4）与传统碳酸钙、瓷土等造纸涂布颜料相比，制得的硫酸钙晶须涂布颜料具有白度高、磨耗低、油墨吸收性好等特性，能够有效替代目前的碳酸钙或瓷土颜料，减少不可再生的碳酸钙、瓷土等矿物的消耗。

具体实施方式

实施例1：

将脱硫石膏中提取的纯度≥99%，白度≥90%ISO，粒度范围在20-100μm的硫酸钙晶须300g，在搅拌下慢慢加入含有2% MOA-3P分散剂（分散剂用量以二水硫酸钙晶须计）的水分散液中，调整悬浮液浓度为40%，pH值为6.5-7.0，预分散10分钟，转移至砂磨机中；调整砂磨工艺，研磨锆珠直径0.8mm-1.0mm，球料比采用5：1，研磨转速采用2000转/分钟，对硫酸钙晶须进行研磨90分钟，放料；得到固含量40%-45%，粘度在300-500mPa.s，≤2μm颗粒所占的比例在65%-70%（沉降法粒度测定），白度≥90%ISO的硫酸钙晶须颜料分散液；可以用作造纸涂布颜料，用于颜料整饰施胶涂布、铜版纸及涂布白板（卡）的底涂。

实施例2：

将磷石膏废渣中提取的纯度≥99%，白度≥90%ISO，粒度范围在5-150μm的硫酸钙晶须300g，在搅拌下慢慢加入含有4% MOA-3P主分散剂和1% Tamol NN 8906辅助分散剂（分散剂用量以二水硫酸钙晶须计）的水分散液中，调整悬浮液浓度为45%，pH值为6.5-7.0，预分散 10分钟，转移至砂磨机中；调整砂磨工艺，研磨锆珠直径0.8mm-1.0mm，球料比采用5：1，研磨转速采用2000转/分钟，对硫酸钙晶须进行研磨180分钟，放料；得到固含量45%-50%，粘度在400-600mPa.s，≤2μm颗粒所占的比例在75%-80%（沉降法粒度测定），白度≥90%ISO的硫酸钙晶须颜料分散液；可以用作造纸涂布颜料，用于颜料整饰施胶涂布、铜版纸及涂布白板（卡）的底涂。

实施例3：

将磷石膏废渣中提取的纯度≥99%，白度≥90%ISO，粒度范围在5-150μm的硫酸钙晶须300g，在搅拌下慢慢加入含有6%Lutensit A-EP主分散剂和1% Tamol DN辅助分散剂（分散剂用量以二水硫酸钙晶须计）的水分散液中，调整悬浮液浓度为50%，pH值为6.5-7.0，预分散 10分钟，转移至砂磨机中；调整砂磨工艺，研磨锆珠直径0.8mm-1.0mm，球料比采用4：1，研磨转速采用2000转/分钟，对硫酸钙晶须进行研磨270分钟，放料；得到固含量50%-55%，粘度在300-800mPa.s，≤2μm颗粒所占的比例在90%以上（沉降法粒度测定），白度≥90%ISO的硫酸钙晶须颜料分散液；可以用作造纸涂布颜料，用于颜料整饰施胶涂布、低定量涂布纸、铜版纸及涂布白板（卡）的面涂。

实施例4：

将镍矿冶炼废渣中提取的纯度≥99%，白度≥90%ISO，粒度范围在5-100μm的硫酸钙晶须300g，在搅拌下慢慢加入含有4% MOA-3P主分散剂和1%CMC辅助分散剂（分散剂用量以二水硫酸钙晶须计）的水分散液中，调整悬浮液浓度为40%，pH值为6.5-7.0，预分散 10分钟，转移至砂磨机中；调整砂磨工艺，研磨锆珠直径0.8mm-1.0mm，球料比采用4：1，研磨转速采用2000转/分钟，对硫酸钙晶须进行研磨180分钟，放料；得到固含量40%-45%，粘度在400-600mPa.s，≤2μm颗粒所占的比例在75%-80%（沉降法粒度测定），白度≥90%ISO的硫酸钙晶须颜料分散液；可以用作造纸涂布颜料，用于颜料整饰施胶涂布、铜版纸及涂布白板（卡）的底涂。

Claims

1.一种硫酸钙晶须造纸涂布颜料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）晶须原料获取：晶须原料为脱硫石膏、磷石膏、金属冶炼废渣及其他工业石膏废渣中提取的硫酸钙晶须副产物，其中纯度≥99%，白度≥90%ISO，粒径为0.5-200μm，结晶形态为半水、二水或两者都有，晶须形状为片状、针状或菱形；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硫酸钙晶须用分散剂为主分散剂的单独一种或与其他一种或两种辅助分散剂的混合，其中主分散剂为脂肪醇醚磷酸酯及酸式磷酸酯，其用量在1.5%-8%；辅助分散剂为萘磺酸盐或分子量在15000-100000，取代度≥0.8的CMC，其用量为0%-1%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：制备的硫酸钙晶须造纸涂布颜料用于颜料整饰施胶涂布、低定量涂布纸、铜版纸及涂布白板／卡的底涂或面涂。