CN103938488A - 一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法 - Google Patents

一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，属于造纸技术领域，包括：1)取多孔硅酸钙填料悬浮液与纤维浆料，混合后共磨，共磨至浆料的终打浆度为28～35°SR，然后将共磨后的浆料稀释至浓度为0.2％～0.4％，得到稀释浆料；2)向稀释浆料中加入助留剂，搅拌均匀后，进行湿法抄造，对成型的湿纸页进行压榨、干燥，得到多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸。本发明提供了一种采用填料与浆料共磨的工艺改善多孔硅酸钙填料加填纸强度性能的方法。与现有多孔硅酸钙填料浆内加填方法相比，本发明提供的方法可有效改善加填纸的抗张指数、撕裂指数等强度性能指标。

Description

一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法。
背景技术
粉煤灰是火力发电厂煤炭燃烧的副产品，已经成为中国工业固体废物的最大单一污染源。我国某大型电厂以高铝粉煤灰为主要原料，研制开发了预脱硅－碱石灰烧结法提取氧化铝联产活性硅酸钙填料的工艺技术路线，将这种由粉煤灰提取转化制成的超细轻质多孔的新型硅酸钙矿物填料用于造纸，可大幅度降低造纸成本，也有利于环境保护。
新型硅酸钙填料为多孔的蜂窝状结构，具有较高的比表面积，光散射系数高，吸油值较高，白度为88％ISO，填料的基本物理性质符合填料要求；已有研究表明，硅酸钙加填纸白度可达80％ISO，在相同条件下，成纸强度性能低于GCC，高于PCC，纸张的印刷适性和松厚度有所改善，符合普通文化用纸性能要求。
新型硅酸钙填料加填后和常规的填料一样，都会降低纸张强度性能。为了提高加填纸的强度，有研究尝试添加增强剂，发现效果不明显。增干强剂与PVA合成纤维复合使用则可以有效地提高纸张的强度性能。这些技术主要局限于湿部助剂改善，以及打浆提高纤维分丝帚化程度，这样会不同程度地增加湿部体系的复杂程度，降低抄纸滤水性能，很少从新型硅酸钙填料特性的角度研究硅酸钙加填纸成纸强度。纸张加填后，填料在纸页结构中，吸附于纤维表面，阻碍了纤维间的结合，从而使加填纸的强度性能降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，该方法能够有效改善加填纸强度性能，提高成纸的抗张强度和撕裂强度，并能够保证成纸的松厚度。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，包括以下步骤：
1)按3：(10～20)的绝干质量比，取多孔硅酸钙填料悬浮液与纤维浆料，混合后共磨，共磨至浆料的终打浆度为28～35°SR，然后将共磨后的浆料稀释至浓度为0.2％～0.4％，得到稀释浆料；
2)向稀释浆料中加入助留剂，搅拌均匀后，进行湿法抄造，对成型的湿纸页进行压榨、干燥，得到多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸。
所述的纤维浆料是针叶木硫酸盐桨板和阔叶木硫酸盐浆板按1:(3～5)的绝干质量比混合后，再经泡浆、疏解及浓缩后制得的。
所述泡浆时间为20～28h，疏解转数为7000～8500转，浓缩至浓度为1.5％～3％。
所述多孔硅酸钙填料悬浮液是将多孔硅酸钙填料加水搅拌后制得。
多孔硅酸钙填料悬浮液与纤维浆料混合后的体系的浆浓度为11.5％～13％。
所述多孔硅酸钙填料悬浮液在与纤维浆料混合时是分3～5次加入到纤维浆料中的。
所述的共磨为PFI共磨，PFI的磨浆浓度为11.5％～13％，磨浆转数3000r～5000r。
所述的助留剂为阳离子聚丙烯酰胺，且助留剂的添加量为0.3～0.5千克/吨纸。
步骤2)所述搅拌均匀是在600～750r/min的搅拌转数下，搅拌0.5～2min。
步骤2)所述压榨时的压力为0.3～0.6Mpa，压榨时间为3～5min；干燥是在103～107℃下干燥7～12min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用多孔硅酸钙填料与纤维浆料混合共磨的方法改善硅酸钙加填纸强度性能，在共磨过程中，纤维分丝帚化，会产生细小纤维将多孔硅酸钙填料缠绕包裹的现象，因而在多孔硅酸钙填料吸附包裹点，纤维可以通过细小纤维与其他纤维形成结合强度，同时提高填料的留着；采用多孔硅酸钙填料，经共磨和抄纸工艺，制得的手抄片具有较好的松厚度，且相比于传统浆内加填方法，手抄片强度性能明显改善，加填纸的抗张指数、撕裂指数等强度性能指标明显提高。同时，本发明方法制得的加填纸性能可控，通过改变助留剂的用量，可以抄造不同填料含量、不同强度性能和不同松厚度的硅酸钙加填纸。本发明操作简单，对设备要求低，环境友好，适合工业化大规模放大生产。
附图说明
图1为本发明的填料浆料共磨加填纸SEM图；
图2为本发明共磨加填纸与现有技术浆内加填纸的抗长指数性能对比；
图3为本发明共磨加填纸与现有技术浆内加填纸的撕裂指数性能对比。具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
浆料及填料准备：
1)纤维浆料：按绝干质量比1:(3～5)取针叶木硫酸盐浆板和阔叶木硫酸盐浆板，泡浆20～28h，稀释浆料至浓度为1.5％～3％，疏解7000～8500r，浆料浓缩后平衡水分48h；
2)填料：
本发明所用的多孔硅酸钙填料由粉煤灰提取氧化硅转化制得(申请号：201310062053.1，一种改进的造纸用粉煤灰联产硅酸钙填料的制备方法)，填料表面为多孔的蜂窝状结构，是由多个细小粒子聚集形成的絮聚体结构，比表面积为121m2·kg-1，吸油值为2.178g·g-1，平均粒径为21μm，白度为88％ISO；
将多孔硅酸钙填料加水并充分搅拌、分散，制成多孔硅酸钙悬浮液；
3)测定纤维浆料及多孔硅酸钙填料悬浮液的固含量，分别为30.15％～33.40％，16.49％～21.25％。
实施例1：
取30g纤维浆料(绝干，针叶木:阔叶木＝1:4)，按多孔硅酸钙填料与纤维绝干比为3:20取多孔硅酸钙填料悬浮液，将多孔硅酸钙悬浮液先稀释，再分3次加入已经称好的纤维浆料中，搅拌混合均匀，控制总重为300g，加填浆料浓度为11.5％；
将纤维浆料和多孔硅酸钙填料悬浮液的混合物加入PFI磨，PFI的磨浆浓度为11.5％，在磨壁上均匀铺平，磨浆3000r，测定浆料打浆度为28°SR；将共磨后的浆料稀释至浓度为0.25％。
按定量为70g/m2取浆，并稀释至800mL，将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.5千克/吨纸的用量加入浆料，在650r/min的搅拌转数下，搅拌混合1min后，上网成型抄纸。其湿纸压榨压力为0.4MPa，时间为3min，干燥温度为105℃，时间9min，得到多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸。
该实施例纸张物理性能检测结果为：松厚度为2.07cm3/g，抗张指数为50.05N.m/g，撕裂指数为7.73mN.m2/g，纸张中填料含量为8.24％。
对比试验，其他条件不变，只磨浆料，然后加入填料，再加入0.4千克/吨纸用量的助留剂阳离子聚丙烯酰胺，进行多孔硅酸钙浆内加填，其结果如下：松厚度为2.47cm3/g，抗张指数为42.95N.m/g，撕裂指数为6.92mN.m2/g，纸张中填料含量为7.64％。
结论：与浆内加填相比，共磨加填纸填料含量略高，抗张指数提高了7.1N.m/g，撕裂指数提高了0.81mN.m2/g。
实施例2：
取配浆30g纤维浆料(绝干，针叶木:阔叶木＝1:3)，按多孔硅酸钙填料与纤维绝干比为3:10取多孔硅酸钙填料悬浮液，将多孔硅酸钙悬浮液先稀释，再分4次加入已经称好的纤维浆料，搅拌混合均匀，控制总重为300g，加填浆料浓度为13％；
将纤维浆料和多孔硅酸钙填料悬浮液的混合物加入PFI磨，PFI的磨浆浓度为13％，在磨壁上均匀铺平，磨浆5000r，测定浆料打浆度为35°SR。将共磨后的浆料稀释至浓度为0.2％。
按定量为70g/m2取浆，并稀释至800mL，将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.3千克/吨纸的用量加入浆料，在750r/min的搅拌转数下，搅拌混合0.5min后，上网成型抄纸。其湿纸压榨压力为0.6MPa，时间为3min，干燥温度为107℃，时间7min，得到多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸。
该实施例纸张物理性能检测结果为：松厚度为2.15cm3/g，抗张指数为42.02N.m/g，撕裂指数为7.59mN.m2/g，纸张中填料含量为13.60％。
对比试验：其他条件不变，只磨浆料，然后加入填料，再加入0.3千克/吨纸用量的助留剂阳离子聚丙烯酰胺，进行多孔硅酸钙浆内加填，其结果如下：松厚度为2.72cm3/g，抗张指数为34.13N.m/g，撕裂指数为6.79N.m2/g，纸张中填料含量为13.22％。
结论：与浆内加填相比，共磨加填纸填料含量略高，抗张指数提高了7.89N.m/g，撕裂指数提高了0.8mN.m2/g。
实施例3：
取配浆30g纤维浆料(绝干，针叶木:阔叶木＝1:5)，按多孔硅酸钙填料与纤维绝干比为3:15取硅酸钙填料，将多孔硅酸钙悬浮液先稀释，再分5次加入已经称好的纤维浆料中，搅拌混合均匀，控制总重为300g，加填浆料浓度为12％左右。
将纤维浆料和多孔硅酸钙填料悬浮液的混合物加入PFI磨，PFI的磨浆浓度为12％，在磨壁上均匀铺平，磨浆4000r，测定浆料打浆度为35°SR。将共磨后的浆料稀释至浓度为0.4％。
按定量为70g/m2取浆，并稀释至800mL，将助留剂阳离子聚丙烯酰胺按0.4千克/吨纸的用量加入浆料，在600r/min的搅拌转数下，搅拌混合2min后，上网成型抄纸。其湿纸压榨压力为0.3MPa，时间为5min，干燥温度为103℃，时间12min，得到多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸。
该实例纸张物理性能检测结果为：松厚度为2.13cm3/g，抗张指数为46.75N.m/g，撕裂指数为7.65mN.m2/g，纸张中填料含量为11.23％。
对比试验，其他条件不变，只磨浆料，然后加入填料，再加入0.4千克/吨纸用量的助留剂阳离子聚丙烯酰胺，进行多孔硅酸钙浆内加填，其结果如下：松厚度为2.59cm3/g，抗张指数为40.33N.m/g，撕裂指数为6.84N.m2/g，纸张中填料含量为10.54％。
结论：与浆内加填相比，共磨加填纸填料含量略高，抗张指数提高了6.42N.m/g，撕裂指数提高了0.81mN.m2/g。
由三个实施例的数据可以看出，填料与纤维共磨加填质量比为3：(10～20)，磨浆转数为3000r～5000r，CPAM用量为0.03％～0.05％，纸张填料含量小于20％条件下，多孔硅酸钙填料与浆料的共磨工艺可以有效改善多孔硅酸钙填料加填纸的成纸强度性能，对比结果见附图2和3。相比于浆内加填工艺(不共磨)，共磨后填料粒径降低，共磨加填纸的松厚度略有下降，但依然高于普通PCC、GCC加填纸。同时，通过改变助留剂阳离子聚丙烯酰胺用量，可以抄造不同填料含量、不同强度性能和不同松厚度的硅酸钙加填纸。
共磨不同转数后，加填纸中多孔硅酸钙与纤维均能形成缠绕、包裹的特殊复合结构，见附图1。在填料包裹吸附点，纤维可已与外包的细小纤维形成氢键结合，从而降低了填料吸附对纸张强度的影响，有利于提高多孔硅酸钙加填纸的抗张指数、撕裂指数等强度性能指标。
综上所述，本发明提供了一种采用填料与浆料共磨的工艺改善多孔硅酸钙填料加填纸强度性能的方法。与现有多孔硅酸钙填料常规加填方法相比，本发明提供的方法可有效改善加填纸的抗张指数、撕裂指数等强度性能指标。
最后应说明的是：以上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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；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精神范围。

Claims (10)

1.一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按3：(10～20)的绝干质量比，取多孔硅酸钙填料悬浮液与纤维浆料，混合后共磨，共磨至浆料的终打浆度为28～35°SR，然后将共磨后的浆料稀释至浓度为0.2％～0.4％，得到稀释浆料；
2)向稀释浆料中加入助留剂，搅拌均匀后，进行湿法抄造，对成型的湿纸页进行压榨、干燥，得到多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸。
2.根据权利要求1所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，所述的纤维浆料是针叶木硫酸盐桨板和阔叶木硫酸盐浆板按1:(3～5)的绝干质量比混合后，再经泡浆、疏解及浓缩后制得的。
3.根据权利要求2所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，所述泡浆时间为20～28h，疏解转数为7000～8500转，浓缩至浓度为1.5％～3％。
4.根据权利要求1所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，所述多孔硅酸钙填料悬浮液是将多孔硅酸钙填料加水搅拌后制得。
5.根据权利要求1所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，多孔硅酸钙填料悬浮液与纤维浆料混合后的体系的浆浓度为11.5％～13％。
6.根据权利要求1或5所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，所述多孔硅酸钙填料悬浮液在与纤维浆料混合时是分3～5次加入到纤维浆料中的。
7.根据权利要求1所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，所述的共磨为PFI共磨，PFI的磨浆浓度为11.5％～13％，磨浆转数3000r～5000r。
8.根据权利要求1所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，所述的助留剂为阳离子聚丙烯酰胺，且助留剂的添加量为0.3～0.5千克/吨纸。
9.根据权利要求1所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法一种改善加填纸性能的方法，其特征在于，步骤2)所述搅拌均匀是在600～750r/min的搅拌转数下，搅拌0.5～2min。
10.根据权利要求1所述的一种多孔硅酸钙/纤维共磨加填纸的制备方法，其特征在于，步骤2)所述压榨时的压力为0.3～0.6Mpa，压榨时间为3～5min；干燥是在103～107℃下干燥7～12min。
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