CN103266531B - 造纸工艺及由其制得的纸张 - Google Patents

Abstract

一种造纸工艺，其包括如下步骤：将填料颗粒、阳离子淀粉、阳离子淀粉交联剂、水混合成混合液，其中填料颗粒的绝干质量为阳离子淀粉绝干质量的4～100倍，阳离子淀粉交联剂的绝干质量为阳离子淀粉绝干质量的10%～60%，升温蒸煮该混合液使淀粉糊化、交联，制得含改性填料颗粒的混合体系，该改性填料颗粒为填料颗粒的外表面包覆有交联阳离子淀粉；将上述含改性填料颗粒的混合体系添加于原始浆料中混合均匀得到混合浆料；使用混合浆料抄造制得纸张，该纸张中改性填料的绝干质量占纸张绝干质量的0.001%～60%。本发明还提供应用上述工艺制得的纸张。本发明的造纸工艺可使填料均匀分布在纸张中。

Description

造纸工艺及由其制得的纸张

技术领域

本发明涉及一种造纸工艺及由该工艺制得的纸张。

背景技术

在造纸工业中，为了节省纤维，降低成本，通常采用的方式是向纸张中加入填料，较常用的填料包括滑石粉、二氧化钛、高岭土、碳酸钙、矿物纤维等，但是由于这些填料都是电中性的，很难与带负电荷的纤维结合，所以直接将这些填料与纤维混合抄造成纸则会导致填料不均匀分布在纸张中（包括XY平面的不均匀和Z向的不均匀），从而导致纸张各向异性，物理性能变差。此外，填料的密度高于纤维的密度，由于重力作用在抄纸过程中填料会沉积在纤维下层，这样就会导致抄出来的纸张，在XY平面是均匀分布的，但是在Z向却是不均匀分布的。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种纸张的制备工艺，该纸张中填料分布均匀。

另外，还有必要提供一种应用上述制备工艺制得的纸张。

一种造纸工艺，其包括如下步骤：

将填料颗粒、阳离子淀粉、阳离子淀粉交联剂、水混合成混合液，其中填料颗粒的绝干质量为阳离子淀粉绝干质量的4～100倍，阳离子淀粉交联剂的绝干质量为阳离子淀粉绝干质量的10%～60%，升温蒸煮该混合液使淀粉糊化、交联，制得含改性填料颗粒的混合体系，该改性填料颗粒为填料颗粒的外表面包覆有交联阳离子淀粉；

将上述含改性填料颗粒的混合体系添加于原始浆料中混合均匀得到混合浆料；

使用该混合浆料抄造制得纸张，该纸张中改性填料颗粒的绝干质量占纸张绝干质量的0.001%～60%。

一种应用上述造纸工艺制得的纸张，该纸张中均匀分布有改性填料颗粒，该改性填料颗粒为填料颗粒的外表面包覆有交联阳离子淀粉，该纸张中改性填料颗粒的绝干质量占纸张绝干质量的0.001%～60%。

该造纸工艺通过在填料颗粒的外表面包覆交联阳离子淀粉，正电性的交联阳离子淀粉能够易于与负电性的纸张纤维结合；阳离子淀粉表面有大量的羟基存在，大量的羟基可以与纤维表面的羟基形成氢键结合，如此，改性填料颗粒可以克服重力作用均匀地与纤维形成键结，并在脱水过程中均匀的分布在纸张中。

具体实施方式

本发明的造纸工艺，其包括如下步骤：

（1）制备含改性填料颗粒的混合体系。

在一容器中直接将填料颗粒、阳离子淀粉、阳离子淀粉交联剂与水一并加入混合成一混合物，升温蒸煮该混合液使淀粉糊化、交联，具体为调节混合物温度至50-100℃，保持此温度范围并搅拌直至混合物变成粘稠状，即制得含改性填料颗粒的混合体系。该改性填料颗粒为填料颗粒的外表面包覆有交联阳离子淀粉。

填料颗粒的绝干质量为阳离子淀粉绝干质量的4～100倍，阳离子淀粉交联剂的绝干质量为阳离子淀粉绝干质量的10%～60%。该混合体系中，填料颗粒质量为混合体系总质量的5%～40%。

填料的为常规的造纸使用填料，具体可以为滑石粉、二氧化钛、高岭土、碳酸钙、矿物纤维。

阳离子淀粉交联剂可选自醛类化合物（比如甲醛，乙二醛，丙三醛等等），脂肪族环氧树脂化合物（比如环氧氯丙烷等），多磷酸盐（比如六偏磷酸纳，六偏磷酸钾，三偏磷酸钠等等），氰氯化物（比如异氰酸酯等），三聚氯胺甲醛树脂，氯化磷或者氢氯化磷等能够使得阳离子淀粉发生交联反应的物质。

阳离子淀粉的具体种类不限，只要是阳离子淀粉即可。

（2）将上述含改性填料颗粒的混合体系添加于原始浆料中混合均匀得到混合浆料。

该原始浆料可选自阔叶浆和针叶浆中的一种或两种的混合，且该原始浆料预先经疏解处理，优选该原始浆料经过疏解和磨浆处理。

可以理解的，该原始浆料中还可选择性添加有干强剂、湿强剂、柔软剂、表面活性剂、固化剂、助留剂中的一种或几种。

（3）使用该添加有改性填料颗粒混合体系的混合浆料抄造制得纸张。该纸张中改性填料颗粒的绝干质量占纸张绝干质量的0.001%～60%，纸张的基重为10～300gsm。

抄造时，该混合浆料中纤维的质量百分浓度为0.6%～1.2%，如果此时纤维的含量过高，可以加入适量的水进行稀释；纤维含量过低，可去除部分水分进行浓缩。

一种应用上述造纸工艺制得的纸张，该纸张在三维方向上均匀分布有改性填料颗粒，该改性填料颗粒为填料颗粒的外表面包覆有交联阳离子淀粉。该纸张中改性填料颗粒的绝干质量占纸张绝干质量的0.001%～60%，纸张的基重为10～300gsm。

该纸张中的填料颗粒在三维方向上分布较均匀，具体原因为：填料颗粒的外表面包覆有交联阳离子淀粉，正电性的交联阳离子淀粉能够易于与负电性的纸张纤维结合；阳离子淀粉表面有大量的羟基存在，大量的羟基可以与纤维表面的羟基形成氢键结合，如此，改性填料颗粒可以克服重力作用均匀地与纤维形成键结，并在脱水过程中均匀的分布在纸张中。

本发明测试填料颗粒是否在纸张的XY平面上均匀分布的方法为：

（A）提供实验组和对照组的纸张。

实验组和对照组的纸张的基重相同，抄造方式都相同，唯一不同的就是实验组的浆料中有添加改性填料颗粒，但对照组的浆料中未添加有填料颗粒。实验中需要选取同等尺寸大小的实验组和对照组纸张，尺寸可以根据自己的需要把握，形状也不限定，可以是圆形，矩形，菱形或者其他形状。

（B）将相同量的碘均匀地转移到实验组和对照组的纸张上，静置相同的时间后，取出二纸张一起至于LED屏幕中观察均匀度，发现的二纸张的均匀度相同，说明实验组的纸张中填料颗粒均匀地分布在纸张中。

本发明测试填料颗粒是否在纸张的Z方向上均匀分布的方法为：将实验组纸张用刀在Z方向上均匀的切开，然后将碘均匀地转移到横截面切口上，然后用显微镜观察横截面切口的显色均匀度，如果显色是均匀的，则说明填料颗粒均匀地分布在纸张中；如果显色是不均匀的，则说明填料颗粒没有均匀地分布在纸张中。注：一般而言，只要Z方向不出现填料集聚在一侧的现象，而且基本看上去是均一的，就认为Z方向上填料颗粒是均匀分布的。

注：通常对于低克重的纸张（基重低于80gsm），可只观察其XY面的均匀程度即可；对于高克重的纸张（基重高于80gsm），需要判断Z向的均匀性才能判断填料是否有均匀的分布在纸张中。

下面通过实施例来对本发明进行具体说明。

实施例1

制备含改性填料颗粒的混合体系：填料颗粒采用沉淀碳酸钙，填料颗粒与阳离子淀粉比例为20：1，阳离子淀粉交联剂采用六偏磷酸钠，六偏磷酸钠用量占阳离子淀粉质量的15%。将填料颗粒、阳离子淀粉、阳离子淀粉交联剂、水混合，然后迅速调节温度至80℃，保持搅拌状态，直至混合物变得粘稠。

将含改性填料颗粒的混合体系添加到浆料中，该浆料中含阔叶浆和针叶浆，其中阔叶浆用量为80%，针叶浆用量为20%，且针叶浆有经过磨浆，磨浆效率为60kwh/t。填料与浆料混合均匀(填料绝干质量：浆料纤维绝干质量=0.1)后添加21kg/t的湿强剂和0.03%助留剂，然后加入一定量的水，最后使得纤维的含量为0.6%～1.2%之间，将上述的填料纤维混合物通过成型网脱水后，得到纤维薄片，然后将此薄片进行干燥，得到含有阳离子淀粉修饰过的填料颗粒的纸张，纸张的基重为43gsm。

对比例1

对比例1中的浆料含阔叶浆和针叶浆，其中阔叶浆用量为80%，针叶浆用量为20%，且针叶浆有经过磨浆，磨浆效率为60kwh/t。将填料（沉淀碳酸钙）与浆料混合均匀(填料绝干质量：浆料纤维绝干质量=0.1)后添加21kg/t的湿强剂，然后加入一定量的水，最后使得纤维的含量为0.6%～1.2%之间，将上述的填料纤维混合物通过成型网脱水后，得到纤维薄片，然后将此薄片进行干燥，得到对照组的纸张，纸张的基重为43gsm。

取实施例1和对比例1的纸张均裁成边长为3英寸的正方形。并将实施例1和对比例1的纸张同时浸泡到碘含量为0.2%的乙醇-水混合液体中，静置5秒中后，将实施例1和对比例1的纸张取出，并放在干燥平板上，等待半分钟等样品上的液体基本消失，然后将实施例1和对比例1的纸张放在LED灯下，调节亮度，观察量组纸张的均匀度，发现实验组染色后的蓝色分布均匀，于对照组的基本相似，说明实施例1中填料在纸张的XY平面上均匀分布，使得纸张各向同性，保证了纸张的物理性质。

实施例2

参实施例1的步骤和工艺参数制备相同的浆料，并使用该浆料抄造纸张，不同的是实施例2的纸张的基重为150gsm。

将实施例2制得的高克重的纸样用切刀切开，在其横截面上均匀地喷洒碘酊稀释液，然后在显微镜下观察染色的均匀程度，发现该横截面染色均匀。表明本发明的纸张在Z向分布很均匀。

另外，本领域技术人员还可在本发明权利要求公开的范围和精神内做其它形式和细节上的各种修改、添加和替换。当然，这些依据本发明精神所做的各种修改、添加和替换等变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种造纸工艺，其包括如下步骤：

将填料颗粒、阳离子淀粉、阳离子淀粉交联剂、水混合成混合液，其中填料颗粒的绝干质量为阳离子淀粉绝干质量的20～100倍，阳离子淀粉交联剂的绝干质量为阳离子淀粉绝干质量的10％～60％，升温蒸煮该混合液使淀粉糊化、交联，制得含改性填料颗粒的混合体系，该改性填料颗粒为填料颗粒的外表面包覆有交联阳离子淀粉；

将上述含改性填料颗粒的混合体系添加于原始浆料中混合均匀得到混合浆料；

使用该混合浆料抄造制得纸张，该纸张中改性填料颗粒的绝干质量占纸张绝干质量的0.001％～60％。

2.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该含改性填料颗粒的混合体系中，填料颗粒质量为混合体系总质量的5％～40％。

3.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该填料颗粒选自滑石粉、二氧化钛、高岭土、碳酸钙、矿物纤维中的一种或一种以上。

4.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：阳离子淀粉交联剂选自醛类化合物、脂肪族环氧树脂化合物、多磷酸盐、异氰酸酯、氯化磷中的一种以上。

5.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该原始浆料选自阔叶木浆和针叶木浆中的一种或两种的混合，且该原始浆料预先经疏解处理。

6.如权利要求5所述的造纸工艺，其特征在于：该原始浆料疏解后还经磨浆处理。

7.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该混合浆料中还选择性添加有干强剂、湿强剂、柔软剂、表面活性剂、固化剂、助留剂中的一种或几种。

8.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：抄造时，该混合浆料中纤维的质量百分浓度为0.6％～1.2％。

9.一种应用权利要求1-8中任意一项所述造纸工艺制得的纸张，该纸张中均匀分布有改性填料颗粒，该改性填料颗粒为填料颗粒的外表面包覆有交联阳离子淀粉，该纸张中改性填料颗粒的绝干质量占纸张绝干质量的0.001％～60％。

10.如权利要求9所述的纸张，其特征在于：该纸张的基重为10～300gsm。