CN103590278A - 造纸工艺及纸张 - Google Patents

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一种造纸工艺，其包括如下步骤：制备淀粉-填料复合物体系：分别配置淀粉水悬浊液和造纸填料水悬浊液；将淀粉水悬浊液、造纸填料水悬浊液、交联剂混合得到混合物体系，其中淀粉与填料的绝干比介于1：210与1：1000之间；使所述混合物体系中的淀粉糊化、交联，形成淀粉-填料复合物体系；提供纸浆，将上述完成淀粉-填料复合物体系与纸浆进行混合，并使用上述纸浆抄造成纸。本发明还提供由该工艺制得的纸张。相对未改性的填料，淀粉-填料复合物体系的粒径增大，从而不易透过成型网，有助于填料颗粒的留着，另一方面复合物体系的交联淀粉能够与浆料纤维产生氢键结合的作用使得的填料粘附在纤维上，使得填料在纸张中的留着率大大提高。

Description

造纸工艺及纸张
技术领域
本发明涉及一种造纸工艺及应用该工艺制得的纸张。
背景技术
为了节省植物纤维的用量和改善纸的某些性能，现在造纸行业普遍采用在造纸过程中加入各种矿物填料如滑石粉、高岭土、碳酸钙、绢英石、二氧化钛等来代替植物纤维。但是这些填料本身与纤维的结合力很差，故而留着率很低，而流失到白水池中的填料则使白水的净化和废物处理成为严重问题。另一方面，填料的加填会使纸张的各项技术指标严重恶化，尤其是强度指标。
现有的对填料的改性方式，比如用淀粉处理填料后，在遇到水性液体时，淀粉溶解于水中，会使颗粒重新变得细小，这样填料在纸张上的保留率无法提升，或者提升幅度很小，同时还会影响纸张的强度。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种有效提升纸张填料保留率的造纸工艺。
另外，还有必要提供一种应用上述造纸工艺制得的纸张。
一种造纸工艺，其包括如下步骤：
制备淀粉-填料复合物体系：分别配置淀粉水悬浊液和造纸填料水悬浊液；将淀粉水悬浊液、造纸填料水悬浊液、交联剂混合得到混合物体系，其中淀粉与填料的绝干比介于1：210与1：1000之间，交联剂与淀粉的绝干比介于0.1：100与60：100之间；调整混合物体系的温度使所述混合物体系中的淀粉糊化，形成淀粉-填料复合物体系；
提供纸浆，将上述完成淀粉-填料复合物体系与纸浆进行混合，并使用上述纸浆抄造成纸。
一种应用上述造纸工艺制得的纸张，该纸张的填料保留率达到90%及以上。
由于填料被包裹在交联淀粉中，即填料是以淀粉-填料复合物体系的形式存在，使得纸张的强度不会因为填料的加入而降低；相对未改性的填料，淀粉-填料复合物体系的粒径增大，从而不易透过成型网，有助于填料颗粒的留着，另一方面复合物体系的交联淀粉能够与浆料纤维产生氢键结合的作用使得的填料粘附在纤维上，使得填料在纸张中的留着率大大提高。
具体实施方式
本发明的造纸工艺，其包括如下步骤：
（1）分别配置淀粉水悬浊液和造纸填料水悬浊液。
该淀粉可选自阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉和无电性淀粉中的至少一种，优选为阳离子淀粉。
该填料可选自滑石粉、高岭土、研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、矿物纤维、绢英石和二氧化钛中的至少一种。
该步骤中将淀粉和填料分别配置成水悬浊液，淀粉和填料分散良好，便于后续反应的进行，使填料更好的被包裹在交联淀粉中。
（2）将淀粉水悬浊液、造纸填料水悬浊液、交联剂混合得到混合物体系，其中淀粉与填料的绝干比介于1：210与1：1000之间，优选介于1：210与1：300之间，交联剂与淀粉的绝干比介于0.1：100与60：100之间，优选介于2：100与60：100之间。
交联剂可选自三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾、三氯氧磷、甲醛、乙醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧碘丙烷、表氯醇、聚丙烯酰胺甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、碳酸锆钾、碳酸锆铵、异氰酸盐中的至少一种。
上述的各种交联剂与淀粉的反应机理主要分为两类，一类是交联剂分子与淀粉分子之间形成醚键，如甲醛、乙醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧碘丙烷，另一类是交联剂分子与淀粉分子之间形成酯键，如三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾、三氯氧磷。
该步骤中，根据交联剂种类的不同，混合物体系可能需要调节pH。如醚交联反应需要调节pH至2-8，酯交联反应需要调节pH至9-12。
（3）调整混合物体系温度（如50-100℃）使所述混合物体系中的淀粉糊化，同时交联剂与淀粉交联反应，形成淀粉-填料复合物体系。
（4）提供纸浆，将上述完成淀粉-填料复合物体系与纸浆进行混合，以配制成纸浆并使用上述纸浆抄造成纸。
该淀粉-填料复合物体系中含有的填料与纸浆的绝干质量比介于1：100与200：100之间。该纸浆的浓度为2%-10%。该纸浆可以是长纤、短纤或损纸中的任意一种或几种的混合物，浆料的种类可以是机械浆、化学浆、化学机械浆、纯木浆、非木浆或回收浆，以上各种浆料可以是经过磨浆处理，也可以不进行磨浆处理。用改性后的填料抄造的加填纸可以是文化用纸、生活用纸、瓦楞纸等各种纸种，纸张中填料含量比例为1：100至70：100，纸张的克重为12-250g/m2。
优选的，该纸浆中还添加有助留剂。该助留剂可以是无机盐类的，如硫酸铝、聚合氯化铝和氯化钙等；还可以是天然有机聚合物类的，主要有阳离子淀粉、阳离子瓜豆胶和壳聚糖等；助留剂也可以是高分子聚合物类，如聚丙烯酰胺（PAM），聚酰胺(PA)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚酰胺(PPE)和聚环氧乙烷(PEO)等。
上述造纸工艺制得的纸张，其具有较高的填料保留率，达到90%及以上。
由于填料被包裹在交联淀粉中，即填料是以淀粉-填料复合物体系的形式存在，使得纸张的强度不会因为填料的加入而降低；相对未改性的填料，淀粉-填料复合物体系的粒径增大，从而不易透过成型网，有助于填料颗粒的留着，另一方面复合物体系的交联淀粉能够与浆料纤维产生氢键结合的作用使得的填料粘附在纤维上，使得填料在纸张中的留着率大大提高。
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
将阳离子淀粉配成5%的水悬浊液，矿物填料配成15%的水悬浊液，戊二醛配成12.5%的水溶液，其中阳离子淀粉与矿物填料的绝干比为1：500，戊二醛与阳离子淀粉的质量比为0.2：100，然后将三者混合在一起，搅拌均匀，调节pH为4.0，升高混合物的温度至80℃，使阳离子淀粉进行交联、糊化反应，最终形成阳离子淀粉-填料复合物体系。
交联反应机理是在酸的催化作用下，戊二醛的醛基可以与阳离子淀粉的羟基反应生成半缩醛，半缩醛不稳定会继续与另一阳离子淀粉分子上的羟基发生反应生成稳定的产物缩醛，戊二醛相当于在阳离子淀粉分子之间起到了“架桥”的作用，这样阳离子淀粉分子之间的交联反应即完成了。整个反应体系最终会形成比较均匀的阳离子淀粉-填料复合物体系，由于交联淀粉对填料表面进行了包裹覆盖，最终使得改性后的填料的粒径增大，且填料表面带上正电荷，带正电荷的填料会与纤维通过电荷吸附的作用以及氢键结合的作用使得改性后的填料粘附在纤维上。
将阳离子淀粉-填料复合物体系与经过磨浆处理后的木浆纤维混合，其中阳离子淀粉-填料复合物体系中含有的填料与木浆纤维的绝干质量比为6：100，并加水稀释到0.6%的浓度，搅拌混合均匀后，加入助留剂（阳离子聚丙烯酰胺，简称CPAM，其中助留剂占绝干浆的0.02%）后进行抄纸。大分子的阳离子聚丙烯酰胺会将带负电荷的浆料纤维缠绕在一起，这样就更进一步的提高了填料的留着。
对比例1-2
另，将与实施例1相同的木浆纤维（不含填料）进行抄片制得手抄片作为对比例1。
将与实施例1相同的木浆纤维添加未改性填料（添加量与实施例1改性填料中填料的量相同）进行抄片制得手抄片作为对比例2。
实施例1和对比例1-2的手抄片的性能测试结果如下表一所示。
表一
Figure BDA0000410037550000041
Figure BDA0000410037550000051
实施例2
将阳离子淀粉配成2%的水悬浊液（温度为35度）；碳酸钙配成10%的水悬浊液（温度为90度），阳离子淀粉与碳酸钙的绝干比为1：250，三偏磷酸钠配成5%的水溶液，三偏磷酸钠与阳离子淀粉的质量比为2：100；然后将三者混合在一起，搅拌均匀调节pH为10.5，使阳离子淀粉进行交联、糊化反应，最终形成阳离子淀粉-填料复合物体系。（注：由于单一悬浊液具有相对较高的温度，因此混合后不需要额外升高就可以保证三者混合后具有较高的温度，温度范围通常在50度-90度之间。）
将阳离子淀粉-填料复合物体系与经过磨浆处理后的木浆纤维混合，其中阳离子淀粉-填料复合物体系中含有的填料与木浆纤维的绝干质量比为10：100，并加水稀释到0.6%的浓度，搅拌混合均匀后，加入助留剂（阳离子聚丙烯酰胺，简称CPAM，其中助留剂占绝干浆的0.02%）后进行抄纸。大分子的阳离子聚丙烯酰胺会将带负电荷的浆料纤维缠绕在一起，这样就更进一步的提高了填料的留着。
对比例3-4
另，将与实施例2相同的木浆纤维（不含填料）进行抄片制得手抄片作为对比例3。
将与实施例2相同的木浆纤维添加未改性填料（添加量与实施例1改性填料中填料的量相同）进行抄片制得手抄片作为对比例4。
实施例2和对比例3-4的手抄片的性能测试结果如下表二所示。
表二
Figure BDA0000410037550000052
从表一和表二的测试结果可知：实施例1-2添加有阳离子淀粉-填料复合物体系的手抄片，在保证手抄片强度的前提下，其填料保留率有显著提升。
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 (10)

1.一种造纸工艺，其包括如下步骤：
制备淀粉-填料复合物体系：分别配置淀粉水悬浊液和造纸填料水悬浊液；将淀粉水悬浊液、造纸填料水悬浊液、交联剂混合得到混合物体系，其中淀粉与填料的绝干比介于1：210与1：1000之间，交联剂与淀粉的绝干比介于0.1：100与60：100之间；调整混合物体系的温度使所述混合物体系中的淀粉糊化，形成淀粉-填料复合物体系；
提供纸浆，将上述完成淀粉-填料复合物体系与纸浆进行混合，并使用上述纸浆抄造成纸。
2.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该淀粉选自阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉和无电性淀粉中的至少一种。
3.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该填料选自滑石粉、高岭土、研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、矿物纤维、绢英石和二氧化钛中的至少一种。
4.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：交联剂选自三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾、三氯氧磷、甲醛、乙醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧碘丙烷、表氯醇、聚丙烯酰胺甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、碳酸锆钾、碳酸锆铵、异氰酸盐中的至少一种。
5.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：淀粉与填料的绝干比介于1：210与1：300之间。
6.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：交联剂与淀粉的绝干比介于2：100与60：100之间。
7.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该淀粉-填料复合物体系中含有的填料与纸浆的绝干质量比介于1：100与200：100之间。
8.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该纸浆的浓度为2%-10%。
9.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：该纸浆中还添加有助留剂，该助留剂选自硫酸铝、聚合氯化铝、氯化钙、阳离子淀粉、阳离子瓜豆胶、壳聚糖、聚丙烯酰胺，聚酰胺、聚乙烯亚胺、聚酰胺和聚环氧乙烷中的至少一种。
10.一种应用权利要1-9中任意一项所述造纸工艺制得的纸张，该纸张的填料保留率达到90%及以上。
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