CN102733255A - 一种钛白粉和pcc混合填料的表面改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及造纸用填料领域，特别涉及一种钛白粉和PCC混合填料的表面改性方法。该技术以粉体钛白粉和PCC为主体原料，用高分子胶黏剂作为表面改性剂。该表面改性混合填料大大改善了自留着性能及纸张的不透明度，同时改性后的填料加填到纸页中增强了纤维与填料之间的结合能力，纸张的抗张指数得到了极大的提高。本发明操作流程简单，对设备要求低，应用于生产实践可降低生产成本。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种钛白粉和PCC用于纸张混合加填时的表面改性方法。使用本发明技术可以提高低定量原纸的抗张指数、灰分含量、不透明度，且此改性方法过程简单易操作。
二、背景技术：
为了节约纤维资源并增加纸张的有效使用面积，实现低碳经济，纸张的低定量化发展趋势越来越明显。在不影响纸张各种物理性能、光学性能、运转特性的前提下，尽可能降低纸张定量，成为了许多造纸企业的选择。低定量纸不同于胶版纸之类的承印材料，是比较特殊的印刷纸质材料，在印刷使用方面存在一些很难解决的问题，如：透印、物理强度不够等。因此，使用何种填料、如何提高填料的留着、如何保证纸页的物理强度这些问题显得尤为重要。
为了提高低定量纸张的不透明度，很多企业考虑到用钛白粉。钛白粉粒度小，分散性好，有非常高的折射率和遮盖率，是一种高加填效率的造纸填料，具有非常好的不透明效果。然而钛白粉的价格较高，为了降低成本，目前大部分企业采用钛白粉与其他填料混合使用。但受成本的限制，在满足不透明度的前提下，要尽可能降低钛白粉的用量，这也要求能够充分发挥钛白粉的散射效率，防止钛白粉颗粒的过度絮聚和保持较高的留着率是关键的目标。浙江民丰本科特纸页有限公司于2005年尝试用碳酸钙和钛白粉混合加填，在保证一定的碳酸钙加入量前提下，适当增加钛白粉的用量，从而可以一定幅度的提高不透明度。其在碳酸钙加入量为35％时，钦白粉的用量从3％增加到8％时，不透明度可以从76％上升到79.8％，但是纸张的灰分低于17.5％，说明填料的留着情况还是不容乐观的，即使灰分含量的偏低可以保证纸页一定的物理强度性能。因此如何保证高价位的钛白粉在加填时高效的留着，同时纸张的强度性能也能有所改善还是一个急需解决的问题。
为了提高填料在造纸网部的留着，增大填料和纤维之间的胶体作用力，可以通过机械化学反应、化学吸附、表面包覆等方法，在填料颗粒表面连接上改性剂分子，达到造纸填料改性的目的。
填料的表面改性一直在被试验着。2005年，Yulin Zhao等人用普通的玉米和马铃薯淀粉对PCC进行包覆改性，将PCC和淀粉在高固含量下混合，再通过脱水来控制水的含量，然后在90℃下一同糊化3h，最后进行研磨解离规整，此种方法与传统方法对比实验发现，添加这种改性的PCC后，纸张物理的性能如抗张指数、撕裂指数、耐折指数均有大幅度的提高，但是在相同的添加量下不透明度变化不大，同时该种方法耗时较长，还需要一定的机械外力，工艺较复杂。雷芸等人于2009年以软质高岭土为基材，采用钛盐水解的方法制备高岭土/二氧化钛复合颜料，确定了最佳水解包覆工艺流程和工艺条件，所得产品白度高、吸油量较低，实现以低成本高岭土/二氧化钛复合颜料代替高价格二氧化钦的目标，但是关于钛白粉代替部分填料作为纸张内部加填的表面改性技术还没有得到很好的实践。
综上所述，目前在低定量纸中加填部分钛白粉还存在不足之处，且表面改性技术在这方面还有发展的空间。本发明的初衷就是研究高级低定量字典纸添加钛白粉时，混合填料的表面改性方法。
三、发明内容：
本发明的目的在于克服背景技术中的不足之处，开发一种自留着性能好且能改善纤维与填料之间的结合力的改性混合填料，该技术可以较好的满足低定量纸对不透明度和强度需求。
本发明具体包括以下步骤：
(1)将一定质量比的粉体PCC和钛白粉分别配制成固含量为1％～3％的分散液；
(2)然后将PCC分散液在搅拌状态下升温至90℃，同时用超声波分散仪将钛白粉分散均匀；
(3)配制浓度为1％的阳离子淀粉溶液，在90℃水浴恒温条件下糊化均匀；
(4)将质量为填料总量8％～10％的阳离子淀粉糊化液加入(2)中PCC分散液，待搅拌均匀后移出升温装置，然后加入一定量的清水，搅拌均匀后冷却至室温。
(5)将分散均匀的钛白粉分散液加入步骤(4)最终的混合物料，搅拌均匀后即制得所需产品。
本发明的优点在于：
本发明提出用钛白粉和轻质碳酸钙按一定质量比制备混合填料，通过阳离子淀粉胶黏剂进行表面改性，用于纸张加填。其表面改性工艺及方法具有如下优势：
(1)本发明以具有良好光学性能的钛白粉和廉价的PCC主体原料，通过阳离子淀粉胶黏剂表面包覆PCC后与钛白粉的粘结，实现替代纯钛白粉加填，降低生产成本。
(2)本发明制备的产品能提高纸张的物理强度、不透明度及灰分。
(3)制备工艺与过程操作简单，整个过程所需时间约30min左右。
(4)对设备要求低。
四、具体实施方式
实例1：①在100ml的烧杯中称取0.5g的阳离子淀粉，加去离子水至总质量为50g，将其置于温度为90℃的水浴锅中糊化；②称取1.8g的PCC和常温自来水58.2g一同加入250ml四口烧瓶中，将其在250r/min的搅拌状态下置于90℃的水浴锅中升温至90℃；③在100ml的烧杯中称取1.2g的钛白粉，加水至总质量为40g，置于超声波分散仪中分散；④待PCC分散液温度升至90℃时缓慢滴加糊化好的淀粉溶液30ml，继续搅拌5min，然后将四口烧瓶移出水浴锅，在搅拌状态下将90ml常温自来水加入四口烧瓶中，冷却至室温后，将钛白粉分散液转移至四口烧瓶中与其充分混合，即得到表面改性的钛白粉和PCC混合填料。
实例2：取0.5g绝干针叶浆和0.5g绝干阔叶浆于纤维标准解离器中疏解，疏解完毕后的浆料在1000r/min的速度下搅拌，加入实例1中的均匀改性混合填料18.3ml，然后依次加入相当于绝干浆0.03％的CPAM和0.03％的硅溶胶，最后在RK-2A型实验室快速抄片器中抄片。结果表明添加该改性混合填料后纸张的不透明度提高了3.01％，抗张指数提高19.47％，灰分提高29.16％。
Claims (7)
1.本发明所提供的一种钛白粉和PCC混合填料的表面改性方法，包括以下步骤：
(1)将一定质量比的粉体PCC和钛白粉分别配制成适当固含量的分散液；
(2)将(1)中的PCC在搅拌状态下升温至所需温度，同时用超声波分散仪将(1)中的钛白粉分散均匀；
(3)配制浓度为1％的阳离子淀粉溶液，在90℃水浴恒温条件下糊化均匀；
(4)将一定量糊化好的阳离子淀粉溶液加入(2)中的PCC分散液，待搅拌均匀后移出升温装置，然后加入一定量的清水，冷却至室温。
(5)将(2)中的钛白粉分散液加入(4)中的混合物料，搅拌均匀后即制得所需产品。
2.根据权利要求1一种钛白粉和PCC混合填料的表面改性方法，其特征在于该方法先用糊化均匀的阳离子淀粉表面包覆PCC，然后将分散均匀的钛白粉加入其中并搅拌均匀。
3.根据权利要求1一种钛白粉和PCC混合填料的表面改性方法，其特征在于该方法中的粉体PCC和钛白粉的质量比在1∶1至4∶1范围内。
4.根据权利要求1一种钛白粉和PCC混合填料的表面改性方法，其特征在于该方法中的钛白粉和PCC分散液固含量为1％～3％。
5.根据权利要求1一种钛白粉和PCC混合填料的表面改性方法，其特征在于阳离子淀粉的加入量为填料总量的8％～10％。
6.根据权利要求1一种钛白粉和PCC混合填料的表面改性方法，其特征在于PCC分散液恒温水浴锅加热至90℃左右。
7.根据权利要求1一种钛白粉和PCC混合填料的表面改性方法，其特征在于搅拌均匀的阳离子淀粉表面包覆的PCC分散液需加入清水迅速冷却，并且加入量恰好能使PCC分散液的固含量降低一倍左右。
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