CN103343480B

CN103343480B - 改性填料及其制备方法，应用其的造纸工艺及纸张

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Publication number: CN103343480B
Application number: CN201310275653.6A
Authority: CN
Inventors: 王双; 陈剑; 于旺盛; 穆永生; 马兴虎; 马明玉; 龚斌
Original assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Current assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: CN103343480A

Abstract

本发明提供一种改性填料，其含有填料、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和两性聚丙烯酰胺，其中阳离子聚丙烯酰胺直接结合在填料颗粒表面，羧甲基纤维素结合于阳离子聚丙烯酰胺上，两性聚丙烯酰胺整体包覆所述填料颗粒。本发明还提供上述改性填料的制备方法，应用该改性填料的造纸工艺及由该工艺制得的纸张。本发明将羧甲基纤维素牢固结合于改性填料之中，抄造过程中羧甲基纤维素随改性填料结合于纤维之上或者随改性填料被纤维层截获而存在于纸张中，从而不影响纸机脱水和纸机运转稳定性，且同时羧甲基纤维素提升纸张强度的作用得以充分发挥。

Description

改性填料及其制备方法，应用其的造纸工艺及纸张

技术领域

本发明涉及一种造纸领域使用的改性填料及其制备方法，及应用该改性填料的造纸工艺及纸张。

背景技术

填料替代浆料纤维用于造纸过程，可以显著降低造纸成本，提高纸张的不透明度、白度、光泽度、平滑度、透气度、油墨吸收性及印刷适应性。造纸填料一般采用研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、瓷土、高岭土等。然而，这些填料与浆料纤维的结合性很差，其用量的提升会引起纸张强度的下降，比如抗张强度、撕裂强度、耐破强度等的下降，还会引起纸张掉粉、掉块，严重影响纸张的印刷品质。

为了克服因填料用量提升引起的纸张品质下降的问题，现有技术通常通过对填料改性以加强其与纤维的结合力。目前的填料改性一般使用淀粉、高分子物质、瓜尔胶等物质对填料进行包覆，然后再将该改性填料加入造纸浆料中进行原纸的抄造，由此制得的纸张品质得到提升，主要表现为纸张抗张、内聚力的提升，但由于淀粉、瓜尔胶等物质添加于纸张后，会引起纸张撕裂强度、耐折强度的下降，并且由于这类物质易于流失于造纸水系统，引起白水负荷的增加。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种有效提升纸张强度的改性填料及其制备方法。

另外，还有必要提供一种应用上述改性填料的造纸工艺。

此外，还有必要提供一种应用上述造纸工艺制得的纸张。

一种改性填料，其含有填料、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和两性聚丙烯酰胺，其中阳离子聚丙烯酰胺直接结合在填料颗粒表面，羧甲基纤维素结合于阳离子聚丙烯酰胺上，两性聚丙烯酰胺整体包覆所述填料颗粒；该阳离子聚丙烯酰胺的分子量为500万至700万道尔顿，电荷密度为+18meq/g～+30meq/g，该两性聚丙烯酰胺的分子量为1000万～1200万道尔顿，电荷密度为+2.7meq/g～+3.5meq/g。

一种改性填料的制备方法，其包括如下步骤:

将填料加水配置成填料悬浊液；

向该填料悬浊液中加入阳离子聚丙烯酰胺搅拌均匀，该阳离子聚丙烯酰胺的分子量为500万至700万道尔顿，电荷密度为+18meq/g～+30meq/g；

向该添加有阳离子聚丙烯酰胺的填料悬浊液中添加羧甲基纤维素搅拌均匀；

向该添加有阳离子聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素的填料悬浊液中添加两性聚丙烯酰胺搅拌均匀，制得含改性填料的悬浊液，该两性聚丙烯酰胺的分子量为1000万～1200万道尔顿，电荷密度为+2.7meq/g～+3.5meq/g。

一种造纸工艺，其包括如下步骤：

提供改性填料，该改性填料还含有填料、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和两性聚丙烯酰胺，其中阳离子聚丙烯酰胺直接结合在填料颗粒表面，羧甲基纤维素结合于阳离子聚丙烯酰胺上，两性聚丙烯酰胺整体包覆所述填料颗粒；该阳离子聚丙烯酰胺的分子量为500万至700万道尔顿，电荷密度为+18meq/g～+30meq/g，该两性聚丙烯酰胺的分子量为1000万～1200万道尔顿，电荷密度为+2.7meq/g～+3.5meq/g；

提供浆料；

将该改性填料加入浆料中，添加的改性填料的绝干量为浆料绝干质量的5%～40%。

一种应用上述造纸工艺制得的纸张，该纸张含改性填料，该改性填料还含有填料、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和两性聚丙烯酰胺，其中阳离子聚丙烯酰胺直接结合在填料颗粒表面，羧甲基纤维素结合于阳离子聚丙烯酰胺上，两性聚丙烯酰胺整体包覆所述填料颗粒；该阳离子聚丙烯酰胺的分子量为500万至700万道尔顿，电荷密度为+18meq/g～+30meq/g，该两性聚丙烯酰胺的分子量为1000万～1200万道尔顿，电荷密度为+2.7meq/g～+3.5meq/g。

本发明将羧甲基纤维素牢固结合于改性填料之中，抄造过程中羧甲基纤维素随改性填料结合于纤维之上或者随改性填料被纤维层截获而存在于纸张中，从而不游离于水系统中，从而不影响纸机脱水和纸机运转稳定性，且同时羧甲基纤维素提升纸张强度的作用得以充分发挥。本发明的含羧甲基纤维素的改性填料用于纸张抄造时，可以显著提升纸张强度（如抗张强度、撕裂强度等）。

具体实施方式

本发明改性填料的制备方法，其包括如下步骤：

（1）将填料加水配置成填料悬浊液。该填料悬浊液的浓度优选为10%～50%。该填料采用常规的造纸使用填料，如研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、瓷土、高岭土等。

（2）向该填料悬浊液中加入1.4～2.5kg/吨绝干填料的阳离子聚丙烯酰胺，搅拌均匀。该阳离子聚丙烯酰胺的分子量为500万至700万道尔顿，电荷密度约为+18meq/g～+30meq/g。

填料颗粒表面通常带负电，阳离子聚丙烯酰胺带正电，因此阳离子聚丙烯酰胺将附着在填料颗粒表面形成结合层。

（3）向该添加有阳离子聚丙烯酰胺的填料悬浊液中添加1～4kg/吨绝干填料的羧甲基纤维素（CMC），搅拌均匀。

CMC作为从植物纤维中提取得到的物质，具有很好的保水性，可形成高粘度胶体，有粘着、增稠、乳化分散、薄膜成型等效果，一般将其应用于涂布纸的涂料配方中。

所述负电荷性的CMC将结合于所述阳离子聚丙烯酰胺形成的结合层上。

（4）向该添加有阳离子聚丙烯酰胺和CMC的填料悬浊液中添加1～2kg/吨绝干填料的两性聚丙烯酰胺，搅拌均匀（如还可选择在高速分散机上进行分散均匀），制得含改性填料的悬浊液。

该两性聚丙烯酰胺可对表面依次包覆有阳离子聚丙烯酰胺和CMC的填料颗粒进行固着，形成牢固的包覆层。

该两性聚丙烯酰胺的分子量为1000万～1200万道尔顿，电荷密度约为+2.7meq/g～+3.5meq/g。

该步骤的原理在于先使用阳离子聚丙烯酰胺在填料颗粒表面形成结合层，再将CMC结合于结合层上，最后使用两性聚丙烯酰胺进行固着，形成牢固的包覆层。

该阳离子聚丙烯酰胺、CMC和两性聚丙烯酰胺的加入点优选分别间隔5min～10min。

本发明中阳离子聚丙烯酰胺和两性聚丙烯酰胺对填料及羧甲基纤维素的吸附主要是通过静电吸引力和桥联絮聚实现的。

静电吸引力的实现：先使用阳离子聚丙烯酰胺对负电性的填料进行处理，使填料表层带正电荷，然后再加入羧甲基纤维素，由于羧甲基纤维素带负电荷，其可以结合到上述表层带正电荷的填料上，两性聚丙烯酰胺可以同时对正电荷和负电荷进行吸附，因此对上述填料混合物可以实现交联结合的加固。

桥联絮聚的实现：本发明使用的高分子聚丙烯酰胺处理填料时可以发生桥联絮聚，即直接以链圈、链尾的形式吸附到带负电的填料颗粒表面；要取得桥联絮聚，聚合物的分子量须足够大到能在颗粒间桥架，而其电荷密度既不能太高到引起分子链间的过分排斥，又不能太低，影响聚合物在颗粒表面的吸附。本发明所使用的聚丙烯酰胺的分子量和电荷密度可以有效实现上述静电吸附和桥联絮聚。

本发明的改性填料，其含有填料、阳离子聚丙烯酰胺、CMC和两性聚丙烯酰胺。该改性填料中填料、阳离子聚丙烯酰胺、CMC和两性聚丙烯酰胺的存在状态为：阳离子聚丙烯酰胺直接结合在填料颗粒表面，CMC结合于阳离子聚丙烯酰胺上，两性聚丙烯酰胺整体包覆所述填料颗粒。

该填料中，阳离子聚丙烯酰胺的质量为1.4～2.5kg/吨绝干填料，该CMC的质量为1～4kg/吨绝干填料，该两性聚丙烯酰胺的质量为1～2kg/吨绝干填料。

该阳离子聚丙烯酰胺的分子量为500万至700万道尔顿，电荷密度约为+18meq/g～+30meq/g。

本发明应用上述改性填料的造纸工艺，其包括如下步骤：

（1）提供浆料。

本发明的造纸工艺对浆料的浆种无特殊要求,常规浆种按照常规配比即可。

（2）将上述改性填料加入浆料中。添加的改性填料的绝干量为浆料绝干质量的5%～40%。

（3）向添加有改性填料的浆料中加入常规一些造纸助剂，如助留助滤剂（提升抄造过程中细小微粒和细小纤维的留着及提升脱水从而提升纸机运转效率），搅拌均匀。该助留助滤剂可为阳离子聚丙聚丙烯酰胺和二氧化硅胶体。其中阳离子聚丙聚丙烯酰胺和二氧化硅胶体通常以配置成水溶液的方式加入，如阳离子聚丙聚丙烯酰胺溶液的质量百分浓度为0.1%～0.2%，二氧化硅胶体溶液的质量百分浓度为0.5%～1%。

（4）使用上述浆料进行纸张的抄造。

一种应用上述造纸工艺制得的纸张，该纸张含有改性填料。该纸张具有良好的纸张强度，包括抗张强度、撕裂强度等。

CMC具有增强纸张强度的效果，因此将其应用于原纸抄造，但直接将其添加于纸张抄造湿部时，由于其与纤维的结合力弱，使得CMC其浆料纤维表面直接吸附的量极有限，并且在造纸过程中很容易脱离纤维表面而溶解在造纸水系统中，从而增加纸机水系统阴离子垃圾负荷；此外CMC的保水性很好，造成纸机脱水困难，甚至会造成断纸，影响纸机的车速和运转。

本发明将CMC牢固结合于改性填料之中，抄造过程中CMC随改性填料结合于纤维之上或者随改性填料被纤维层截获而存在于纸张中，从而不游离于水系统中，从而不影响纸机脱水和纸机运转稳定性，且同时CMC提升纸张强度的作用得以充分发挥。本发明的含CMC的改性填料用于纸张抄造时，可以显著提升纸张强度（如抗张强度、撕裂强度等）。

下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。

对比例1

取针叶木漂白硫酸盐浆（游离度为360ml）、阔叶木漂白硫酸盐浆（游离度为380ml）和碱性过氧化氢热磨机械浆（游离度为260ml），按照25%：60%：15%的比例进行混合制得混合浆料，混合浆料的质量百分浓度为1%。取上述混合浆料，加入填料（添加量为浆料绝干质量的25%），间隔10s后，加入质量百分浓度为0.1%的阳离子聚丙聚丙烯酰胺（添加绝干量为浆料绝干质量的200ppm），间隔10s后加入质量百分浓度为1%的二氧化硅胶体溶液（添加绝干量为浆料绝干质量的2000ppm），搅拌10s后，进行滤水检测和抄片，并检测手抄片的强度。

对比例2

取针叶木漂白硫酸盐浆（游离度为360ml）、阔叶木漂白硫酸盐浆（游离度为380ml）和碱性过氧化氢热磨机械浆（游离度为260ml），按照25%：60%：15%的比例进行混合制得混合浆料，混合浆料的质量百分浓度为1%。取上述混合浆料，加入填料（添加量为浆料绝干质量的25%），间隔10s后，依次加入2kg/吨绝干填料的分子量为650万道尔顿的阳离子聚丙烯酰胺，2kg/吨绝干填料的CMC和1.5kg/吨绝干填料的分子量为1116万道尔顿的两性聚丙烯酰胺，再加入质量百分浓度为0.1%的阳离子聚丙聚丙烯酰胺（添加绝干量为浆料绝干质量的200ppm），间隔10s后加入质量百分浓度为1%的二氧化硅胶体溶液（添加绝干量为浆料绝干质量的2000ppm），搅拌10s后，进行滤水检测和抄片，并检测手抄片的强度。

实施例1

取一定量浓度为18%的研磨碳酸钙（GCC）悬浊液，搅拌的过程中，依次加入2kg/吨绝干填料的分子量约为500万道尔顿、电荷密度为+22meq/g的阳离子聚丙烯酰胺、2kg/吨绝干填料的CMC、1.5kg/吨绝干填料的分子量约为1000万道尔顿、电荷密度为+2.7meq/g的两性聚丙烯酰胺，各支药品加入点分别间隔5min～10min，加药结束后，继续搅拌15min，并于高速分散机上分散5min，即得到改性后的复合填料GCC。

取针叶木漂白硫酸盐浆（游离度为360ml）、阔叶木漂白硫酸盐浆（游离度为380ml）和碱性过氧化氢热磨机械浆（游离度为260ml），按照25%：60%：15%的比例进行混合制得混合浆料，混合浆料的质量百分浓度为1%。取上述混合浆料，加入上述改性填料（添加绝干量为浆料绝干质量的25%），间隔10s后，加入质量百分浓度为0.1%的阳离子聚丙聚丙烯酰胺（添加绝干量为浆料绝干质量的200ppm），间隔10s后加入质量百分浓度为1%的二氧化硅胶体溶液（添加绝干量为浆料绝干质量的2000ppm），搅拌10s后，进行滤水检测和抄片，并检测手抄片的强度。

使用上述改性填料按照配抄步骤得到的纸张强度如表1所示。

实施例2

取一定量浓度为18%的GCC悬浊液，搅拌的过程中，依次加入2kg/吨绝干填料的分子量约为650万道尔顿、电荷密度为+26meq/g的阳离子聚丙烯酰胺、2kg/吨绝干填料的CMC、1.5kg/吨绝干填料的分子量约为1116万道尔顿、电荷密度为+3.0meq/g的两性聚丙烯酰胺，各支药品加入点分别间隔5min～10min，加药结束后，继续搅拌15min，并于高速分散机上分散5min，即得到改性后的复合填料GCC。

使用与实施例1相同的混合浆料进行抄纸，不同的是改性填料使用的是实施例2改性填料，按照与实施例1相同的配抄步骤得到的纸张强度如表1所示。

实施例3

取一定量浓度为18%的GCC悬浊液，搅拌的过程中，依次加入2kg/吨绝干填料的分子量约为700万道尔顿、电荷密度为+30meq/g的阳离子聚丙烯酰胺、2kg/吨绝干填料的CMC、1.5kg/吨绝干填料的分子量约为1200万道尔顿、电荷密度为+3.5meq/g的两性聚丙烯酰胺，各支药品加入点分别间隔5min～10min，加药结束后，继续搅拌15min，并于高速分散机上分散5min，即得到改性后的复合填料GCC。

使用与实施例1相同的混合浆料进行抄纸，不同的是改性填料使用的是实施例3改性填料，按照与实施例1相同的配抄步骤得到的纸张强度如表1所示。

表1

根据表一的测试结果可知：相较于对比例1-2的纸张，实施例1-3的纸张的基重、厚度、灼烧灰分和滤水性基本相当，但实施例1-3的纸张的撕裂指数、耐破指数、抗张指数均有显著提升。

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

1.一种改性填料，其含有填料，其特征在于：该改性填料还含有阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和两性聚丙烯酰胺，其中阳离子聚丙烯酰胺直接结合在填料颗粒表面，羧甲基纤维素结合于阳离子聚丙烯酰胺上，两性聚丙烯酰胺整体包覆所述填料颗粒；该阳离子聚丙烯酰胺的分子量为500万至700万道尔顿，电荷密度为+18meq/g～+30meq/g，该两性聚丙烯酰胺的分子量为1000万～1200万道尔顿，电荷密度为+2.7meq/g～+3.5meq/g。

2.如权利要求1所述的改性填料，其特征在于：该填料中，阳离子聚丙烯酰胺的质量为1.4～2.5kg/吨绝干填料，该羧甲基纤维素的质量为1～4kg/吨绝干填料，该两性聚丙烯酰胺的质量为1～2kg/吨绝干填料。

3.一种改性填料的制备方法，其包括如下步骤:

将填料加水配置成填料悬浊液；

4.如权利要求3所述的改性填料的制备方法，其特征在于：该填料悬浊液的质量百分浓度为10%～50%。

5.如权利要求3所述的改性填料的制备方法，其特征在于：该阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和两性聚丙烯酰胺的加入点分别间隔5～10min。

6.如权利要求3所述的改性填料的制备方法，其特征在于：阳离子聚丙烯酰胺的添加质量为1.4～2.5kg/吨绝干填料，该羧甲基纤维素的添加质量为1～4kg/吨绝干填料，该两性聚丙烯酰胺的添加质量为1～2kg/吨绝干填料。

7.一种造纸工艺，其包括如下步骤：

提供浆料；

8.如权利要求7所述的造纸工艺，其特征在于：该工艺还包括在浆料中加入造纸助剂的步骤和最后使用该浆料进行纸张的抄造的步骤。

9.如权利要求7所述的造纸工艺，其特征在于：该改性填料中阳离子聚丙烯酰胺的添加质量为1.4～2.5kg/吨绝干填料，该羧甲基纤维素的添加质量为1～4kg/吨绝干填料，该两性聚丙烯酰胺的添加质量为1～2kg/吨绝干填料。

10.一种应用权利要求7-9中任意一项所述造纸工艺制得的纸张，该纸张含改性填料，该改性填料还含有填料、阳离子聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和两性聚丙烯酰胺，其中阳离子聚丙烯酰胺直接结合在填料颗粒表面，羧甲基纤维素结合于阳离子聚丙烯酰胺上，两性聚丙烯酰胺整体包覆所述填料颗粒；该阳离子聚丙烯酰胺的分子量为500万至700万道尔顿，电荷密度为+18meq/g～+30meq/g，该两性聚丙烯酰胺的分子量为1000万～1200万道尔顿，电荷密度为+2.7meq/g～+3.5meq/g。