CN102912669A

CN102912669A - 一种合成硅酸钙加填的轻型纸及其制造方法

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Publication number: CN102912669A
Application number: CN2012104370738A
Authority: CN
Inventors: 张毅; 陈刚; 孙俊民; 闫绍勇; 张战军; 魏晓芬; 王成海; 宋宝祥; 杨静; 王利娟
Original assignee: Datang International Power Generation Co Ltd; China National Pulp and Paper Research Institute
Current assignee: Datang International Power Generation Co Ltd; China National Pulp and Paper Research Institute
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明涉及一种合成硅酸钙加填的轻型纸及其制造方法。其制造方法包括：使用化学针叶木浆和杨木PRC-APMP浆作为纸浆原料，采用合成硅酸钙为填料，抄造制成轻型纸的过程。本发明生产的轻型纸具有高松厚度，高不透明度，表面无光泽且整饰性好，而且制造工艺简单，能有效增加填料添加量。同时本发明使用的硅酸钙填料可以来自电厂废弃物，不仅降低了生产成本，也为电厂排出的大量粉煤灰提供了高附加值的输出途径。

Description

一种合成硅酸钙加填的轻型纸及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种合成硅酸钙加填的轻型纸及其制造方法，属于造纸领域。

背景技术

轻型纸是一种对于松厚度、光散射系数和不透明度都要求较高的特种印刷纸，已经广泛应用于书刊、典籍、画册、名人传记和学生课本等的印刷，也称“蒙肯纸”。轻型纸的质感和松厚度好，不透明度高，印刷适应性和印刷后原稿还原性好，可以说是一种适应造纸和印刷行业要求纸张低定量、轻量化、低成本方向发展的纸张制品。

为了满足松厚度、不透明度以及纸张质感的要求，轻型印刷纸的制造中比较多的是采用漂白化学热磨机械浆（BCTMP）作为纤维原料，例如欧、美国家通常采用枫树和桦树纤维混合配制的BCTMP，BCTMP被认为是获得高松厚度和高强度性能的首选纤维浆，其对木浆原料和生产工艺都有较高的要求，因此目前造纸行业中使用的BCTMP主要来自例如加拿大等少数国家的生产企业。

因受国内木材材种的限制，我国造纸行业使用的高松厚度性能的BCTMP化机浆还主要依靠进口，无论是成本还是来源需求都受到很大制约。因此，研究开发利用国内木材资源生产化学机械浆，以替代进口纤维浆BCTMP，尤其是对蒙肯纸制造行业的发展有很显著的意义。

目前造纸行业研究和使用较多的是化学预处理的碱性过氧化氢漂白机械浆（PRC-APMP）。受到木材原料性能的限制，PRC-APMP的使用还存在一些难以克服的问题，如果全部替代BCTMP化机浆来生产蒙肯纸，对相关的工艺，包括填料的选择和使用、用以及相关工艺过程和参数的调整等，都提出较高的要求，以弥补浆料的缺陷，确保满足因为填料的添加对纸制品的比重和定量的影响，以及总体工艺改变对蒙肯纸的综合指标的影响。

例如，国产化机浆主要是杨木PRC-APMP，其纤维软且细小，具有较高的光散射系数，但松厚性能差，所以，已经有应用的技术是在生产轻型纸的浆料中配比一定量的杨木PRC-APMP，以解决全部使用进口BCTMP化机浆的生产成本和生产规模受到制约的问题。但鉴于这种杨木PRC-APMP的松厚性能缺陷，对于所使用的无机填料提出了较高的要求，即，需要选择适合高松厚性能的无机填料。目前使用的无机填料主要是轻质碳酸钙，轻质碳酸钙虽然结构质轻疏松，但制备成本较高，在一定程度上对加填纸张的松厚度指标提升形成制约。因此，开发具有低成本、比重小、可显著提高纸张高松厚度的无机填料及其应用技术，成为提高国产轻型纸质量的技术关键之一。

发明内容

本发明提供了一种制造轻型纸的方法，使用合成硅酸钙填料配合纤维浆的使用，生产的轻型纸具有高松厚度，高不透明度，表面无光泽且整饰性好，而且制造工艺简单，能有效增加填料添加量，同时降低了生产成本低。

为达到上述目的，本发明提供了一种制造轻型纸的方法，包括：使用化学针叶木浆和杨木PRC-APMP浆作为纸浆原料，采用合成硅酸钙为填料，抄造制成轻型纸的过程；其中，所述纸浆原料中，两种浆料以绝干纸浆计的质量配比是化学针叶木浆:杨木PRC-APMP浆为15-20%:80-85%，且化学针叶木浆的打浆度为38-45°SR，杨木PRC-APMP浆的打浆度为32-38°SR；

所述合成硅酸钙填料的用量为绝干纸浆质量的20-35%；

以绝干纸浆的质量为基准，抄造浆料中还添加有ATC 0.01-0.08%，AKD0.1-0.6％，阳离子淀粉1.0-1.8%和助留剂0.03-0.07%。

本发明的方法中，所使用的合成硅酸钙填料可以来自任何途径，但优选选择堆积密度0.15-0.30g/cm³，真密度1.2-1.4g/cm³，平均粒径8-15μm，比表面积120-250m²/g，空隙率0.3-0.45ml/g，吸油值160-200ml/100g，白度80-90%的合成硅酸钙材料。

本发明的方案中，所使用的合成硅酸钙填料可以是粉煤灰与石灰乳反应的产物，粉煤灰是来自电厂的废弃物，经与石灰乳的反应，成为可用于造纸的无机填料。即，本发明使用的合成硅酸钙可以是在利用高铝粉煤灰为原料提取铝的过程中制备的硅酸钙填料，通常具有蜂窝状、多空隙的特殊结构。

根据本发明的方法，为得到所要求的轻型纸，在用于抄造的浆料中还需要添加一定量的ATC（阴离子垃圾捕捉剂）、AKD（常用的中性/碱性施胶剂）、阳离子淀粉以及助留剂等添加剂，均为造纸工艺中常用的添加剂，其中所述助留剂可以选择聚丙烯酰胺类材料，例如可以为CPAM。

为提供符合要求的轻型纸，本发明的方法还可包括对抄造纸页进行表面施胶的过程，所用表面施胶剂可以为聚乙烯醇和氧化淀粉的混合胶料，二者的质量配比为7-15%:85-93%，表面施胶时，该混合胶料的固形物含量为7-15%，纸页表面上胶量为2-6g/m²。

本发明所使用的化学针叶木浆通常是指针叶纤维原料经过碎浆疏解和盘磨打浆处理而得到浆料，而杨木PRC-APMP也是造纸行业常用的纸浆原料，所以，本发明使用的纸浆原料均可以自行加工，或者商购。

本发明还提供了按照上述任一方法制造而成的轻型纸。

本发明使用合成硅酸钙作为无机填料，配合纸浆原料的选择，制造的轻型纸完全能够满足相关的行业标准，各项指标尤其是可以满足轻型纸国标GB26705-2011中的标准，即，所述轻型纸定量为45-70g/m²白度为78-88%，不透明度大于90%，松厚度大于2.0cm³/g，Cobb吸水值小于25g/m²，油墨吸收性为50-60%，裂断长大于3650m，横向伸缩率小于2.0％，横向耐折度大于9次，印刷表面强度大于1.0m/s，水分含量4-7%。

本发明使用了自行制造的合成硅酸钙无机粉体填料，加填后获得优质的轻型纸，同时，抄造工艺简单，成本低。另一方面，将大型电厂排出的粉煤灰通过有效方法转化成具有结构性特征的硅酸钙无机填料用于造纸，不仅充分利用了粉煤灰固体废弃物，降低环境污染，而且可为纸厂带来经济效益，降低生产成本。

所以，相比于传统制造轻型纸的技术，本发明的特点和有益技术效果可以归纳如下：

本发明采用了合成硅酸钙作为轻型纸的无机填料，配合纸浆原料的选择，加填的轻型纸与碳酸钙填料比较明显提升纸张白度、不透明度、松厚度和透气性；

本发明使用合成硅酸钙作为轻型纸的无机填料，利用合成硅酸钙填料具有的密度小、质软、蓬松多孔的结构特性，可以有针对性地增加用量（填料添加量可高于碳酸钙10-15%），从而节省了植物纤维消耗量，降低材料成本；

本发明所使用的合成硅酸钙无机填料是一种呈聚集体的蓬松多孔结构性材料，其堆积密度小，质软且轻，具有高的吸油值、比表面积、孔隙率和光散射系数，良好的白度稳定性和沉降体积等特征，尤其是可以来自电厂废弃物，其作为填料，不仅解决了利用国产浆料生产轻型纸的原料难题，降低了生产成本，也为电厂排出的大量粉煤灰提供了高附加值的输出途径；

试验结果显示，合成硅酸钙填料是一种理想的轻型纸新型填料，具有多孔结构产生的孔隙效应，使其具有较高的吸附性和吸水性，大量吸附了浆料中添加的补强剂、抗水剂等化学药品，以致加填轻型纸出现抗张强度、表面强度、挺度的下降，以及吸水性提升等明显负效应，本发明采用了成膜性好，并具有一定抗水效果的聚乙烯醇和价格低廉的氧化淀粉的混合胶料作为纸张的表面施胶剂，在降低生产成本的同时也提高了轻型纸的物理强度和抗水性。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明方案进行具体说明，但并不限制本发明的内容及可实施的范围。

实施例1

将化学针叶木浆打至40°SR，杨木PRC-APMP浆打至37°SR，二者按照绝干纸浆质量配比为20%:80%的质量配比混合调制成800kg混合浆。称取合成硅酸钙200kg(以固体绝干量计)，加入到水温50℃的化灰罐中，搅拌均匀，使其固含量为14%，经过过滤除渣后导入到叩后储浆池中，与上述800kg的混合纤维浆料充分搅拌。然后在该浆池中加入其它助剂（均以绝干纸浆质量为基准）：ATC 0.04%，AKD 0.4%，阳离子淀粉1.3%，助留剂CPAM 0.03%。浆料搅拌均匀后，经长网抄造，控制抄造上网浓度0.53％，获得轻型纸页。

对所得到的轻型纸页进行表面施胶，表面施胶剂为聚乙烯醇和氧化淀粉制成的混合胶料，二者的质量百分配比为8%:92％，且混合胶料的固形物含量为8%，纸页表面上胶量为2.3g/m²。

所制成的轻型纸的成纸定量为70g/m²,水分5.7%，白度为ISO85%，不透明度92.26%，松厚度2.17cm³/g，Cobb吸水值21.4g/m²，油墨吸收性为52%，裂断长卷筒纸纵向3770m，横向伸缩率1.5%,横向耐折度16次，印刷表面强度1.5m/s。

上述合成硅酸钙来自电厂废弃的粉煤灰与石灰乳的反应产物，具体合成过程可以参照申请号为200810112618.1，发明名称为“一种利用高铝粉煤灰制备硅酸钙微粉的方法”的专利申请，该合成产物（硅酸钙）堆积密度0.18g/cm³，真密度1.275g/cm³，平均粒径9.37μm，比表面积135m²/g，空隙率0.37ml/g，吸油值180ml/100g，白度85%。

实施例2

将化学针叶木浆打至45°SR，杨木PRC-APMP浆打至34°SR，二者按照绝干纸浆质量配比为17%:83%的质量配比混合调制成750kg混合浆。称取合成硅酸钙250kg(以固体绝干量计)，加入到水温60℃化灰罐中，搅拌均匀，使其固含量为16%，经过过滤除渣后导入到叩后储浆池中，与所述750kg的混合纤维浆料充分搅拌。然后在该浆池中加入其它助剂（均以绝干纸浆质量为基准）：ATC 0.06%，AKD 0.5%，阳离子淀粉1.5%，助留剂CPAM 0.05%；浆料搅拌均匀后，经长网抄造，控制抄造上网浓度0.53％，获得轻型纸页。

对所得到的轻型纸页进行表面施胶，表面施胶剂为聚乙烯醇和氧化淀粉制成的混合胶料，二者的质量百分配比为10%:90％，且混合胶料的固形物含量为10％，纸页表面上胶量为2.3g/m²。

所制成的轻型纸的成纸定量为70g/m²,水分6.3%，白度为ISO86%，不透明度93.5%，松厚度2.26cm³/g，Cobb吸水值23.5g/m²，油墨吸收性为58%，裂断长卷筒纸纵向3690m，横向伸缩率1.7％，横向耐折度12次，印刷表面强度1.35m/s。

上述合成硅酸钙来自电厂废弃的粉煤灰与石灰乳的反应产物，具体合成过程可以参照申请号为200810112618.1，发明名称为“一种利用高铝粉煤灰制备硅酸钙微粉的方法”的专利申请，该合成产物（硅酸钙）堆积密度0.21g/cm³，真密度1.215g/cm³，平均粒径10.15μm，比表面积195m²/g，空隙率0.41ml/g，吸油值200ml/100g，白度87%。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；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范围。

Claims

1.一种制造轻型纸的方法，包括：使用化学针叶木浆和杨木化学预处理的碱性过氧化氢漂白机械浆作为纸浆原料，采用合成硅酸钙为填料，抄造制成轻型纸的过程；其中，

所述纸浆原料中，两种浆料以绝干纸浆计的质量配比是化学针叶木浆:杨木化学预处理的碱性过氧化氢漂白机械浆为15-20%:80-85%，且化学针叶木浆的打浆度为38-45°SR，杨木化学预处理的碱性过氧化氢漂白机械浆的打浆度为32-38°SR；

所述合成硅酸钙填料的用量为绝干纸浆质量的20-35%；

以绝干纸浆的质量为基准，抄造浆料中还添加有阴离子垃圾捕捉剂0.01-0.08%，烷基烯酮二聚物0.1-0.6%，阳离子淀粉1.0-1.8%和助留剂0.03-0.07%。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述合成硅酸钙填料的堆积密度0.15-0.30g/cm³，真密度1.2-1.4g/cm³，平均粒径8-15μm，比表面积120-250m²/g，空隙率0.3-0.45ml/g，吸油值160-200ml/100g，白度80-90%。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述合成硅酸钙填料是粉煤灰与石灰乳反应的产物。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述助留剂为阳离子聚丙烯酰胺类材料。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，该方法还包括对抄造纸页进行表面施胶，所用表面施胶剂为聚乙烯醇和氧化淀粉的混合胶料，二者的质量配比为7-15%:85-93%，混合胶料的固形物含量为7-15％，纸页表面上胶量为2-6g/m²。

6.一种轻型纸，是按照权利要求1-5任一项所述方法制造而成。