CN102720092A - 一种改善成纸性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用改善成纸性能的方法。首先，分别对化学针叶木浆与化学阔叶木浆进行碎解、加水稀释、打浆后按照10～25：75～90比例混合，并添加高低密度复合填料，然后将阳离子淀粉糊化后加入得到的浆料中，并加入助留剂，最后进行抄纸。本方法将高低密度填料进行复合后应用于造纸技术，可有效改善纸张的松厚度，撕裂强度、和成纸灰分优势。

Description

一种改善成纸性能的方法

技术领域

本发明属于造纸领域，具体涉及一种改善纸张成纸性能的方法。

背景技术

为了改善纸张光学性能和印刷适性，满足纸张某些特殊性能要求，节约纤维原料降低生产成本，在纸张的生产中，一般均需要加入填料。不同纸种的加填量相差很大，少的在2%～3%，高的达到40%。由于一般填料的价格只有植物纤维价格的十分之一甚至更低，因此，在纸张中加入更多的填料，可以显著降低纸张生产成本。对于定量相同的纸张而言，填料含量每提高一个百分点，意味着植物纤维的含量同比降低一个百分点，按照该标准对2009年我国纸浆消费量（7980万吨）进行简单计算，填料含量每提高一个百分点，造纸行业每年可节约纸浆近80万吨，相当于节约木材资源200多万立方米。因此提高纸张的填料含量，不仅有利于降低纸张的生产成本，同时有利于林木资源的保护，有利于缓解造纸植物纤维短缺的局面。另一方面，由于高松厚度纸张以同等厚度替代原来的高定量纸张，不仅节约纤维原料，同时降低生产成本和运输成本，从而为企业带来更好的经济效益。在纸张强度满足要求的情况下，增加纸张中的填料含量和提高成纸的松厚度一直造纸企业追求的目标。

目前，造纸工业所使用的填料通常为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土等，这些填料的密度通常介于2.5~2.9g/cm³之间。于此同时，一些新型的填料如硅灰石纤维、合成硅酸钙、镁铝水滑石及一些无机晶须填料由于具有一些普通填料所不具备的优势，故也引起造纸科研人员和纸厂造纸工作者的兴趣。由于不同填料的基本物理化学性质的不同，将填料进行合理复配可以起到改善填料留着和纸张强度的作用。目前已有一些文献对不同填料进行复配进行报道，但都局限于对重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土等密度较大且相近的填料进行复配研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善成纸性能的方法，即将高、低密度填料进行复合后应用于造纸中，从而有效改善纸张的松厚度，撕裂强度、抗张强度和成纸灰分。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

1）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆分别进行碎解，加水稀释并使浆料的质量浓度为10%，而后分别打浆，并分别加水稀释使化学针叶木浆料和化学阔叶木浆料的质量浓度为0.1-0.3%；

2）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按10～25：75～90的质量比混合，并向混合物中加入化学针叶木浆和化学阔叶木浆绝干量20%～40%的复合填料混合均匀；

3）将质量浓度为0.4%~0.8%的阳离子淀粉在90℃下糊化30分钟；将糊化后的阳离子淀粉按8千克/吨纸～12千克/吨纸的添加量加入到由步骤2）混合所得的浆料中；

4）将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.3千克/吨纸～0.5千克/吨纸的用量加入浆料中，与浆料充分混合20~40秒后上网成型，进行抄纸。

所述的化学针叶木浆和化学阔叶木的打浆度分别为28°SR～32°SR和22°SR～28°SR。

所述的复合填料由高、低密度填料按4:1～1:4的质量比混合而成；

所述的高密度填料的密度为2.5g/cm³～2.9g/cm³，其平均粒径为3μm～15μm；

低密度填料的密度为1.3g/cm³～1.9g/cm³，其平均粒径为10μm～30μm。

所述的复合填料是将高、低密度填料分别配成质量浓度为20%~30%的泥浆，然后经除渣、分散后，加水稀释成质量浓度为10%~20%的泥浆后混合得到。

所述的高密度填料为普通造纸用重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉；

所述低密度填料为合成硅酸钙。

所述的复合填料的白度为90%ISO～92%ISO。

所述的抄纸过程中的湿纸页压榨压力为3Mpa，时间为5min，干燥温度为103-107℃。

本发明的技术原理如下：

对于同一种纤维原料，在填料添加量一定的情况下，若填料粒径相同，高密度的填料有利于提高成纸中填料的含量，而低密度的填料由于粒子数目更多，所以有利于提高成纸的松厚度和纸张的光散射性能。

设低密度的填料密度为ρ₁，填料的等效平均粒径为d₁，高密度填料的密度为ρ₂，其等效平均粒径为d₂。则在相同填料添加量时，添加于纸张中的填料粒子数目分别为N₁和N₂。假设填料的添加质量为M,将填料形态等效为球形，则

$N_1=\frac{6M}{\mathrm{\π}{\mathrm{\ρ}}_1{d}_1^3}---\left(1\right)$

$N_2=\frac{6M}{\mathrm{\π}{\mathrm{\ρ}}_2{d}_2^3}---\left(2\right)$

若d₁=d₂，因为ρ₁<ρ₂，则N₁>N₂。如果两种填料的密度相差不大，则填料粒子的的数目理论上应相近，若两种填料粒子密度相差较大，如2ρ₁=ρ₂，则在相同留着率下，纸张中低密度填料粒子的数目应该是高密度填料粒子数目的2倍。通常认为填料通过阻碍纤维氢键的结合而降低纸张强度，但却可以在一定范围内提高纸张的松厚度。而低密度填料由于粒子数目在纸张中显著增多，对松厚度提高作用更加明显。但是，当所以纸张中填料粒子数目的增加对纸张强度会有负面影响。

为了降低低密度填料粒子数目过多对纸张强度造成的负面影响，由式（1）可知，通过提高低密度填料的等效平均粒径来降低纸张中填料粒子的数目，从而可以减轻由于粒子数目过多对纤维结合产生的负面影响。同时，在相同填料质量下，由于低密度的填料粒子体积比高密度填料粒子的体积大，所以增加低密度填料粒径，不仅可以缓解填料对纤维结合产生的负面影响，同时也有利于提高成纸松厚度。

因此，本发明利用填料密度的不同特性，选择合适的填料密度、粒径及形态，按一定比例配成复合填料，可以达到有效改善成纸填料含量和纸张强度，提高纸张松厚度的目的。

采用此复合填料添加于纤维中，根据本发明所提供的抄纸工艺，其手抄片具有较好的强度性能和较高的松厚度，同时有利于提高纸张灰分含量。

具体实施方式

实施例1：

1）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆分别进行碎解，加水稀释使浆料的质量浓度为10%，而后分别打浆使化学针叶木浆和化学阔叶木的打浆度为28°SR～32°SR和22°SR～28°SR，并分别加水稀释使化学针叶木浆料和化学阔叶木浆料的质量浓度为0.1%；

2）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按10：90的质量比混合，并向混合物中加入化学针叶木浆和化学阔叶木浆绝干量20%的复合填料混合均匀；

所述的复合填料的制备如下：

按4：1的质量比分别取其平均粒径为3μm～15μm的高密度填料轻质碳酸钙和其平均粒径为10μm～30μm的低密度填料合成硅酸钙；

将高、低密度填料分别配成质量浓度为30%的泥浆，然后经除渣、分散后，加水稀释成质量浓度为10%的泥浆后混合得到；

3）将质量浓度为0.4%的阳离子淀粉在90℃下糊化30分钟；将糊化后的阳离子淀粉按8千克/吨纸的添加量加入到由步骤2）混合所得的浆料中；

4）将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.3千克/吨纸的用量加入浆料中，与浆料充分混合30秒后上网成型，进行抄纸，抄纸过程中的湿纸页压榨压力为3Mpa，时间为5min，干燥温度为103℃。

对纸张进行物理性能检测，其结果为松厚度1.63cm³/g，抗张指数37.82N·m/g，耐破指数2.70kPa·m²/g，撕裂指数10.45mN·m²/g，纸张填料含量为13.50%。按照相同实验条件，单独使用高密度填料轻质碳酸钙进行加填，其结果如下：松厚度1.52cm³/g，抗张指数40.04N·m/g，耐破指数2.66kPa·m²/g，撕裂指数10.40mN·m²/g，纸张填料含量为12.18%。

实施例2：

1）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆分别进行碎解，加水稀释使浆料的质量浓度为10%，而后分别打浆使化学针叶木浆和化学阔叶木的打浆度为28°SR～32°SR和22°SR～28°SR，并分别加水稀释使化学针叶木浆料和化学阔叶木浆料的质量浓度为0.3%；

2）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按25：75的质量比混合，并向混合物中加入化学针叶木浆和化学阔叶木浆绝干量28%的复合填料混合均匀；

所述的复合填料的制备如下：

按1：4的质量比分别取其平均粒径为3μm～15μm的高密度填料普通造纸用重质碳酸钙和其平均粒径为10μm～30μm的低密度填料合成硅酸钙；

将高、低密度填料分别配成质量浓度为22%的泥浆，然后经除渣、分散后，加水稀释成质量浓度为18%的泥浆后混合得到；

3）将质量浓度为0.5%的阳离子淀粉在90℃下糊化30分钟；将糊化后的阳离子淀粉按9千克/吨纸的添加量加入到由步骤2）混合所得的浆料中；

4）将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.34千克/吨纸的用量加入浆料中，与浆料充分混合30秒后上网成型，进行抄纸，抄纸过程中的湿纸页压榨压力为3Mpa，时间为5min，干燥温度为107℃。

该实施例纸张性能检测结果为：松厚度1.92cm³/g，抗张指数38.82N·m/g，耐破指数2.60kPa·m²/g，撕裂指数9.85mN·m²/g，纸张填料含量为17.89%。按照相同实验条件，单独使用高密度填料重质碳酸钙进行加填，其结果如下：松厚度1.43cm³/g，抗张指数46.86N·m/g，耐破指数3.20kPa·m²/g，撕裂指数8.86mN·m²/g，纸张填料含量为15.68%。

实施例3：

1）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆分别进行碎解，加水稀释使浆料的质量浓度为10%，而后分别打浆使化学针叶木浆和化学阔叶木的打浆度为28°SR～32°SR和22°SR～28°SR，并分别加水稀释使化学针叶木浆料和化学阔叶木浆料的质量浓度为0.15%；

2）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按15：85的质量比混合，并向混合物中加入化学针叶木浆和化学阔叶木浆绝干量30%的复合填料混合均匀；

所述的复合填料的制备如下：

按1：2的质量比分别取其平均粒径为3μm～15μm的高密度填料滑石粉和其平均粒径为10μm～30μm的低密度填料合成硅酸钙；

将高、低密度填料分别配成质量浓度为28%的泥浆，然后经除渣、分散后，加水稀释成质量浓度为15%的泥浆后混合得到；

3）将质量浓度为0.8%的阳离子淀粉在90℃下糊化30分钟；将糊化后的阳离子淀粉按12千克/吨纸的添加量加入到由步骤2）混合所得的浆料中；

4）将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.35千克/吨纸的用量加入浆料中，与浆料充分混合30秒后上网成型，进行抄纸，抄纸过程中的湿纸页压榨压力为3Mpa，时间为5min，干燥温度为104℃。

该实施例纸张性能检测结果为：松厚度1.86cm³/g，抗张指数39.82N·m/g，耐破指数2.70kPa·m²/g，撕裂指数9.85mN·m²/g，纸张填料含量为18.29%。按照相同实验条件，单独使用高密度填料滑石粉进行加填，其结果如下：松厚度1.38cm³/g，抗张指数47.90N·m/g，耐破指数3.30kPa·m²/g，撕裂指数8.90mN·m²/g，纸张填料含量为17.65%。

实施例4：

1）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆分别进行碎解，加水稀释使浆料的质量浓度为10%，而后分别打浆使化学针叶木浆和化学阔叶木的打浆度为28°SR～32°SR和22°SR～28°SR，并分别加水稀释使化学针叶木浆料和化学阔叶木浆料的质量浓度为0.25%；

2）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按18:82的质量比混合，并向混合物中加入化学针叶木浆和化学阔叶木浆绝干量40%的复合填料混合均匀；

所述的复合填料的制备如下：

按1：1的质量比分别取其平均粒径为3μm～15μm的高密度填料重质碳酸钙和其平均粒径为10μm～30μm的低密度填料合成硅酸钙；

将高、低密度填料分别配成质量浓度为20%的泥浆，然后经除渣、分散后，加水稀释成质量浓度为20%的泥浆后混合得到；

3）将质量浓度为0.7%的阳离子淀粉在90℃下糊化30分钟；将糊化后的阳离子淀粉按11千克/吨纸的添加量加入到由步骤2）混合所得的浆料中；

4）将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.45千克/吨纸的用量加入浆料中，与浆料充分混合30秒后上网成型，进行抄纸，抄纸过程中的湿纸页压榨压力为3Mpa，时间为5min，干燥温度为106℃。

该实施例纸张性能检测结果为：松厚度1.88cm³/g，抗张指数33.34N·m/g，耐破指数2.52kPa·m²/g，撕裂指数8.55mN·m²/g，纸张填料含量为21.09%。按照相同实验条件，单独使用重质碳酸钙进行加填，其结果如下：松厚度1.46cm³/g，抗张指数38.36N·m/g，耐破指数2.82kPa·m²/g，撕裂指数8.02mN·m²/g，纸张填料含量为19.65%。

从实验数据可以明显看出，将高低密度填料按不同比例复合后添加到浆料中，可起到改善纸张各项指标性能的作用。提高复合填料中高密度填料比例有利于纸张抗张强度和耐破强度的提高，而提高复合填料中低密度填料比例有利于纸张松厚度和撕裂强度的提高，同时可提高纸张填料含量。所以，根据对纸张性能要求，利用高低密度填料特性不同进行复合加填，可制造出不同性能的纸张。

本发明提供了一种利用填料密度特性改善纸张性能的方法，与现有加填方法相比，本发明所提供的方法可改善纸张的灰分含量、松厚度等指标。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神范围。

Claims (7)

1.一种改善成纸性能的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆分别进行碎解，加水稀释并使浆料的质量浓度为10%，而后分别打浆，并分别加水稀释使化学针叶木浆料和化学阔叶木浆料的质量浓度为0.1-0.3%；

2）将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按10～25：75～90的质量比混合，并向混合物中加入化学针叶木浆和化学阔叶木浆绝干量20%～40%的复合填料混合均匀；

3）将质量浓度为0.4%~0.8%的阳离子淀粉在90℃下糊化30分钟；将糊化后的阳离子淀粉按8千克/吨纸～12千克/吨纸的添加量加入到由步骤2）混合所得的浆料中；

4）将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.3千克/吨纸～0.5千克/吨纸的用量加入浆料中，与浆料充分混合20~40秒后上网成型，进行抄纸。

2.根据权利要求1所述的一种改善成纸性能的方法，其特征在于：所述的化学针叶木浆和化学阔叶木的打浆度分别为28°SR～32°SR和22°SR～28°SR。

3.根据权利要求1所述的改善成纸性能的方法，其特征在于：所述的复合填料由高、低密度填料按4:1～1:4的质量比混合而成；

所述的高密度填料的密度为2.5g/cm³～2.9g/cm³，其平均粒径为3μm～15μm；

低密度填料的密度为1.3g/cm³～1.9g/cm³，其平均粒径为10μm～30μm。

4.根据权利要求1或3所述的改善成纸性能的方法，其特征在于：所述的复合填料是将高、低密度填料分别配成质量浓度为20%~30%的泥浆，然后经除渣、分散后，加水稀释成质量浓度为10%~20%的泥浆后混合得到。

5.根据权利要求3所述的改善成纸性能的方法，其特征在于：所述的高密度填料为普通造纸用重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉；

所述低密度填料为合成硅酸钙。

6.根据权利要求1所述的改善成纸性能的方法，其特征在于：所述的复合填料的白度为90%ISO～92%ISO。

7.根据权利要求1所述的改善成纸性能的方法，其特征在于：所述的抄纸过程中的湿纸页压榨压力为3Mpa，时间为5min，干燥温度为103-107℃。