CN103966890A

CN103966890A - 造纸工艺

Info

Publication number: CN103966890A
Application number: CN201310046340.3A
Authority: CN
Inventors: 封衍; 芦海
Original assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Current assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: CN103966890B

Abstract

本发明涉及一种造纸工艺，其包括如下步骤：利用TEMPO氧化体系制备微纤维化纤维素混合液；将所述微纤维化纤维素混合液直接与造纸浆料进行混合以配制混合浆料；以及使用所述混合浆料抄造纸张。与现有技术相比，依照上述工艺所抄造出来的纸张具有优良的填料留着率及不易返黄的优点。

Description

造纸工艺

技术领域

本发明涉及一种造纸工艺，尤其涉及一种使用含有机械浆的纸浆来抄造纸张的工艺。

背景技术

机械浆是一种生产过程简单、成本低、得浆率高的浆种，其包括盘磨机械浆、热磨机械浆、化学热磨机械浆、化学机械浆等浆种。

目前，机械浆的使用范围很小，仅局限于新闻报纸等只需要短期使用的纸张中。主要的原因在于：机械浆在磨制过程中，对木质素的脱除不彻底，使得机械浆纤维的胞间层及细胞壁中存在含量较高的木质素，木质素的存在一方面会阻碍浆料纤维的吸水润涨及分丝帚化，使纤维之间的结合力减弱、稀松的纤维结构进一步降低了填料的留着率，另一方面，木质素的存在会使得纸张容易返黄，因此无法在书籍等对纸张的使用年限有长期要求的纸张中使用。

因此，通过何种工艺来使包含有机械浆的纸浆抄造出来的纸张既具有较高的填料留着率，还能够使纸张不容易返黄是本领域所要努力攻克的难点之一

发明内容

有鉴于此，提供一种能够使利用包含有机械浆的纸浆抄造出来的纸张既具有较高的填料留着率，又不容易返黄的造纸工艺实为必要。

一种造纸工艺，其包括如下步骤：利用TEMPO氧化体系制备微纤维化纤维素混合液；将所述微纤维化纤维素混合液直接与造纸浆料进行混合以配制混合浆料；以及使用所述混合浆料抄造纸张。

与现有技术相比，本发明所提供上述造纸工艺，采用TEMPO氧化体系来制备微纤维化纤维素混合液，并将制得的微纤维化纤维素混合液直接与包含有机械浆的造纸浆料进行混合以配制抄造纸张用的混合浆料的方式具有如下优点：一方面，利用TEMPO及其衍生物对纤维素分子C6位的伯羟基具有高度选择性氧化的特性，可以将纤维素分子C6位的伯羟基氧化为羧基，从而使得微纤维化纤维素表面形成大量的羧基，当将带有大量羧基的微纤维化纤维素混合液加入到造纸浆料中后，大量的带有负电荷的羧基能够极大的提高纸浆纤维与填料粒子之间的结合力，从而可以有效的提升纸浆的填料留着率；另一方面，在利用TEMPO氧化体系对纤维素进行化学改性后，作为催化剂使用的TEMPO及/或其衍生物将会保留在最终的反应产物中，通常的做法是通过对反应产物进行反复过滤、洗涤来回收TEMPO及/或其衍生物，这样不但会消耗大量的新鲜水资源，而且还有可能造成部分反应产物流失，而在本发明中，考虑到TEMPO及其衍生物具有抑制纸浆返黄的性能，通过将包含有TEMPO及其衍生物的微纤维化纤维素混合液直接与包含有机械浆的造纸浆料进行混合来配制混合浆料，不但省去了对微纤维化纤维素混合液进行过滤、洗涤的工序，而且利用TEMPO及其衍生物具有抑制纸浆返黄的性能，可以保证抄造出来的纸张具有不易返黄的性能，进一步的，TEMPO及其衍生物的存在还能够允许纸浆中使用更多的成本相对低廉、高得浆率的机械浆来抄造对使用年限有长期要求的纸张产品，从而在保证抄造出来的纸张具有不易返黄的性能的前提下，进一步的降低纸张的原料成本。

具体实施方式

本发明实施方式提供的造纸工艺，其包括如下步骤：

利用TEMPO（2，2，6，6-四甲基哌啶氧氮自由基）氧化体系对纤维素进行化学改性，以制备微纤维化纤维素混合液；

微纤化纤维是所有植物细胞基本支撑骨架，在植物细胞壁中，微纤维化纤维通常以束状形态聚合在一起，微纤维化纤维素的基本结构是一种纤维素纳米材料，其宽度通常约为4纳米的倍数。

在本发明所使用的TEMPO氧化体系中，主要包含催化剂、氧化剂以及辅助催化剂三种物质，其中，催化剂为TEMPO或其衍生物，氧化剂可选择次氯酸盐、亚氯酸盐、高氯酸盐、双氧水、二氧化氯中的一种或多种，辅助催化剂可选择碘化物、溴化物或者它们的混合物。

提供包含有机械浆的造纸浆料，将所述微纤维化纤维素混合液直接与所述包含有机械浆的造纸浆料进行混合以配制混合浆料；

在本发明中，所述微纤维化纤维素混合液的使用量并没有特殊的限定，其可以根据实际需要而进行设定。优选的，在所述混合浆料中，所述微纤维化纤维素混合液占所述混合浆料的1%～50%。

利用所述混合浆料抄造纸张。

可以理解的，在利用所述混合浆料进行纸张抄造之前，还进一步包括向所述混合浆料中依次添加填料、淀粉、助留剂等造纸工艺中所常用的造纸助剂。

优选的，在向所述混合浆料中添加填料时，可以先将所述填料与微纤维化纤维素混合液进行预先混合，之后再将预先混合的填料与微纤维化纤维素混合液的混合物添加进造纸浆料中。

可以理解的，所述填料、淀粉、助留剂的用量可以根据不同的产品设计需求来确定，优选的，所述填料的用量为纸浆绝干浆用量的5-300%，所述淀粉用量为纸浆绝干浆用量的1-10%，所述助留剂用量为纸浆绝干浆用量的0.01%-2%。

进一步的，在本发明所提供的上述造纸工艺中，在利用所述混合浆料抄造纸张之前，还包括向所述混合浆料中添加主要由含硼化合物与阳离子高分子混合交联而成的造纸助剂的步骤。

在所述造纸助剂中，所述含硼化合物包括硼酸和金属硼酸盐矿物，具体的，所述含硼化合物可以是硼酸、硼酸钠、硼酸锌、硼砂、钠硼解石、硼镁石、硼镁铁矿和方硼石中的一种或者多种。所述阳离子高分子可以是阳离子多糖、胺基高聚物、阳离子多糖与胺基高聚物的嵌段、接枝及衍生物中的一种或者多种，其中，所述阳离子多糖包括阳离子纤维素及其季铵盐衍生物、阳离子瓜尔胶及其季铵盐衍生物、阳离子淀粉、阳离子海藻酸钠及其季铵盐衍生物、壳聚糖及其季铵盐衍生物等，所述胺基高聚物包括阳离子聚丙烯酰胺、聚乙烯胺、聚乙烯亚胺。

优选的，在本实施方式中，所述阳离子高分子的分子量约2,000至2,000,000，进一步的，所述阳离子高分子的分子量为20,000至1,000,000。

优选的，在所述含硼化合物与阳离子高分子的混合物中，所述含硼化合物的质量占所述阳离子高分子质量的0.1%至15%。

优选的，所述造纸助剂的添加量为所述混合浆总绝干浆的0.1%至15%。

在本发明实施方式所提供上述造纸工艺中，采用TEMPO氧化体系来制备微纤维化纤维素混合液，并将制得的微纤维化纤维素混合液直接与包含有机械浆的造纸浆料进行混合以配制混合浆料的方式具有如下优点：一方面，利用TEMPO及其衍生物对纤维素分子C6位的伯羟基具有高度选择性氧化的特性，可以将纤维素分子C6位的伯羟基氧化为羧基，从而使得微纤维化纤维素表面形成大量的羧基，当将带有大量羧基的微纤维化纤维素混合液加入到造纸浆料中后，大量的带有负电荷的羧基能够极大的提高纸浆纤维与填料粒子之间的结合力，从而可以有效的提升纸浆的填料留着率；另一方面，在利用TEMPO氧化体系对纤维素进行化学改性后，作为催化剂使用的TEMPO及/或其衍生物将会保留在最终的反应产物中，通常的做法是通过对反应产物进行反复过滤、洗涤来回收TEMPO及/或其衍生物，这样不但会消耗大量的新鲜水资源，而且还有可能造成部分反应产物流失，而在本发明中，考虑到TEMPO及其衍生物具有抑制纸浆返黄的性能，通过将包含有TEMPO及其衍生物的微纤维化纤维素混合液直接与包含有机械浆的造纸浆料进行混合来配制混合浆料，不但省去了对微纤维化纤维素混合液进行过滤、洗涤的工序，而且利用TEMPO及其衍生物具有抑制纸浆返黄的性能，可以保证抄造出来的纸张具有不易返黄的性能，进一步的，TEMPO及其衍生物的存在还能够允许纸浆中使用更多的成本相对低廉、高得浆率的机械浆来抄造对使用年限有长期要求的纸张产品，从而在保证抄造出来的纸张具有不易返黄的性能的前提下，进一步的降低纸张的原料成本。

以下，是依据本发明实施方式所提供的上述造纸工艺所进行的对比试验，具体如下。

（1）微纤维化纤维素混合液的制备

以漂白化学阔叶木浆纤维为原料，4-氨-TEMPO为催化剂，次氯酸钠为氧化剂，溴化钠为辅助催化剂制备微纤维化纤维素混合液，具体如下：取漂白化学阔叶木浆纤维40g;加入质量为纤维绝干量1%的4-氨-TEMPO；继续加入质量为纤维绝干量10%的溴化钠；调整纤维浆料浓度至1.5%；加入质量为纤维绝干量10mmol/g的次氯酸钠；调节pH=10引发反应；控制pH等于10-10.5之间，600RPM搅拌反应120分钟；对上述反应体系进行反渗透处理，以脱除一定量的盐类；使用高速匀质器对上述反应体系进行机械分散3分钟，得到微纤维化纤维素混合液。

需要说明的是，在上述微纤维化纤维素混合液制备过程中所使用的原料的用量、反应时间、搅拌、稀释等工艺条件并不是唯一确定的，其可以根据所使用的纸浆纤维的种类、用量以及TEMPO氧化体系的组成等实际因素进行设定。

（2）对比试验

第一组：

对比例1：取绝干浆含量为18g的杨木漂白过氧化氢化机浆，与2g绝干浆含量的漂白针叶化学浆混合，向上述浆料中加入总绝干浆质量5%的填料，质量为混合浆2%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

对比例2：取绝干浆含量为10g的杨木漂白过氧化氢化机浆，与10g绝干浆含量的漂白针叶化学浆混合，向上述浆料中加入总绝干浆质量10%的填料，质量为混合浆2%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

实施例1：取绝干浆含量为19.8g的杨木漂白过氧化氢化机浆；向上述化机浆中加入本发明所制备的微纤维化纤维素混合液（其中，微纤维化纤维素绝干浆含量为0.2g，相当于总绝干浆料质量的1%）得到混合浆、质量为混合浆总绝干浆质量5%的填料、质量为混合浆总绝干浆质量2%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

实施例2：取绝干浆含量为4g的漂白阔叶木化学浆与绝干浆含量为12g的杨木漂白过氧化氢化机浆进行混合得到混合浆；向上述混合浆中加入本发明所制备的微纤维化纤维素混合液（其中，微纤维化纤维素绝干浆含量为4g，相当于总绝干浆料质量的25%）得到混合浆；继续加入质量为混合浆总绝干浆质量40%的填料、质量为混合浆总绝干浆质量2%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

实施例3：取绝干浆含量为19g的杨木漂白过氧化氢化机浆；向上述化机浆中加入本发明所制备的微纤维化纤维素混合液（其中，微纤维化纤维素绝干浆含量为1g，相当于总绝干浆料质量的5%）得到混合浆；继续加入质量为混合浆总绝干浆质量40%的填料、质量为混合浆总绝干浆质量2%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

实施例4：取绝干浆含量为10g的杨木漂白过氧化氢化机浆；向上述化机浆中加入本发明所制备的微纤维化纤维素混合液（其中，微纤维化纤维素绝干浆含量为10g，相当于总绝干浆料质量的50%）得到混合浆；继续加入质量为混合浆总绝干浆质量50%的填料、质量为混合浆总绝干浆质量2%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

第二组：

对比例3：取绝干浆含量为10g的杨木漂白过氧化氢化机浆APMP；10g漂白针叶木化学浆NBKP，共计20g绝干浆料；加入质量为混合浆总绝干浆质量10%的填料、质量为混合浆总绝干浆质量0.1%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

实施例5：取绝干浆含量为10g的杨木漂白过氧化氢化机浆APMP；10g漂白针叶木化学浆NBKP，共计20g绝干浆料；加入相当于20g绝干浆料1%本发明所制备的微纤维化纤维素混合液；加入质量为混合浆总绝干浆质量10%的填料、质量为混合浆总绝干浆质量0.1%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

实施例6：取绝干浆含量为10g的杨木漂白过氧化氢化机浆APMP；10g漂白针叶木化学浆NBKP，共计20g绝干浆料；加入相当于20g绝干浆料1.5wt%重量份的含有1.5%wt硼砂的阳离子聚乙烯胺溶液；加入质量为混合浆总绝干浆质量10%的填料、质量为混合浆总绝干浆质量0.1%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

实施例7：取绝干浆含量为10g的杨木漂白过氧化氢化机浆APMP；10g漂白针叶木化学浆NBKP，共计20g绝干浆料；向上述化机浆中加入本发明所制备的微纤维化纤维素混合液（其中，微纤维化纤维素绝干浆含量为0.2g，相当于总绝干浆料质量的1%）得到混合浆；加入相当于20g绝干浆料1.5%重量份的含有1.5%wt硼砂的阳离子聚乙烯胺溶液，继续加入质量为混合浆总绝干浆质量10%的填料、质量为混合浆总绝干浆质量0.1%的淀粉，稀释，抄片，定量80gsm。

下表是对上述对比例、实施例所抄造出来的纸张的性能进行测试后的结果，具体如下：

由上表第一组数据可以明显的看出，在向造纸浆料中添加了采用TEMPO氧化体系所制备微纤维化纤维素混合液后，所得到的纸张的灰分保留率有显著的上升，返黄率显著下降。进一步的，由第二组数据可以看出，在向含有TEMPO氧化体系所制备微纤维化纤维素混合液的造纸体系中进一步加入由主要由含硼化合物与阳离子高分子混合交联而成的造纸助剂后，所得到的纸张的灰分保留率可以得到进一步的提升。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种造纸工艺，其包括如下步骤：

利用TEMPO氧化体系制备微纤维化纤维素混合液；

将所述微纤维化纤维素混合液直接与造纸浆料进行混合以配制混合浆料；以及

使用所述混合浆料抄造纸张。

2.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：所述TEMPO氧化体系中，主要包含催化剂、氧化剂以及辅助催化剂三种物质，其中，催化剂为TEMPO或其衍生物，氧化剂包括次氯酸盐、亚氯酸盐、高氯酸盐、双氧水、二氧化氯中的一种或多种，辅助催化剂包括碘化物、溴化物、硼化物、或者它们的混合物。

3.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：所述TEMPO氧化体系为4-氨-TEMPO/次氯酸钠/溴化钠氧化体系。

4.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：在使用所述混合浆料抄造纸张之前，进一步包括向所述混合浆料中添加填料、淀粉、助留剂的步骤。

5.如权利要求4所述的造纸工艺，其特征在于：在向所述造纸浆料中添加填料之前，所述填料先与所述微纤维化纤维素混合液预混合，之后将混合有填料的微纤维化纤维素混合液直接与造纸浆料进行混合。

6.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：所述造纸浆料中包含有机械浆。

7.如权利要求6所述的造纸工艺，其特征在于：所述机械浆包括盘磨机械浆、热磨机械浆、化学热磨机械浆以及化学机械浆。

8.如权利要求4所述的造纸工艺，其特征在于：所述填料的用量为纸浆绝干浆用量的5-300%，所述淀粉用量为纸浆绝干浆用量的1-10%，所述助留剂用量为纸浆绝干浆用量的的0.01%-2%。

9.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：在所述混合浆料中，所述微纤维化纤维素混合液占所述混合浆料的1%～50%。

10.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：在将使用所述混合浆料抄造纸张之前，进一步包括向所述混合浆料中添加造纸助剂的步骤，所述造纸助剂主要由含硼化合物与阳离子高分子混合交联而成。

11.如权利要求10所述的造纸工艺，其特征在于：所述含硼化合物是硼酸、硼酸钠、硼酸锌、硼砂、钠硼解石、硼镁石、硼镁铁矿和方硼石中的一种或者多种。

12.如权利要求10所述的造纸工艺，其特征在于：所述阳离子高分子是阳离子多糖、胺基高聚物、阳离子多糖与胺基高聚物的嵌段、接枝及衍生物中的一种或者多种。

13.如权利要求12所述的造纸工艺，其特征在于：所述阳离子多糖包括阳离子纤维素及其季铵盐衍生物、阳离子瓜尔胶及其季铵盐衍生物、阳离子淀粉、阳离子海藻酸钠及其季铵盐衍生物、壳聚糖及其季铵盐衍生物，所述胺基高聚物包括阳离子聚丙烯酰胺、聚乙烯胺、聚乙烯亚胺。

14.如权利要求10所述的造纸工艺，其特征在于：所述阳离子高分子的分子量为2,000～2,000,000。

15.如权利要求10所述的造纸工艺，其特征在于：所述阳离子高分子的分子量为20,000～1,000,000。

16.如权利要求10～15任一项所述的造纸工艺，其特征在于：在所述造纸助剂中，所述含硼化合物的质量占所述阳离子高分子质量的0.1%～15%。

17.如权利要求16所述的造纸工艺，其特征在于：所述造纸助剂的添加量为所述混合浆料总绝干浆的0.1%至15%。