CN104109980B - 一种优化纸张结构改善成纸性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，包括：纸浆的碎解、磨浆、填料悬浮液的配制及纸页的抄造：在纸页抄造时通过采用三层纸页层合抄造的方法，通过调控填料在纸张分布的集中因子Fc可实现在填料含量固定时对加填纸的松厚度、透气度、物理强度以及光学性能进行改善的目的。通过优化填料分布因子来实现改善成纸性能，通过调整填料在纸页结构中的分布，最大限度地发挥填料的优势，从而达到改善成纸性能的目的。本发明方法简单易操作，能够根据需要调控目标成纸的性能，在现代造纸机中通过优化集中因子，调整填料分布情况可达到改善成纸性能的目的，从而提高产品质量。
Description
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种优化纸张结构改善成纸性能的方法。
背景技术
在造纸过程中添加填料一方面可有效改善成纸光学性能与印刷适性，另一方面，由于填料成本低于纤维，使用填料还有利于降低生产成本。对于大部分纸厂而言，优化成纸各项性能主要通过添加各种化学助剂，如增强剂、增白剂等来实现改善成纸性能的目的。相关研究表明，助剂种类、纸机类型、流浆箱及脱水条件的改变对填料在纸页的分布状态有较大的影响。这说明填料在纸页中的分布可以通过各种方法调控，使填料最大限度的发挥改善成纸性能的作用。
然而，目前的专利和文献报道大多数都集中在了采用各种化学助剂或者通过设备改进来改善成纸性能，鲜有通过优化填料分布来实现改善成纸性能的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，该方法通过调整纸张横截面方向填料的分布因子达到改善成纸性能的目的，以满足目标纸张的性能需求。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，包括以下步骤：
1)纸浆的碎解
将纸浆充分碎解，脱水，制成终浓度为9％～12％的浆料；
2)磨浆
将配制好的浆料进行磨浆至浆料的终打浆度为28～50°SR；
3)填料悬浮液的配制
将填料配制为浓度为10～20％的填料悬浮液，并充分搅拌，分散；
4)纸页的抄造
首先，将步骤2)制得的终打浆度为28～50°SR的浆料分为上层浆料、中层浆料及下层浆料三部分，并将每部分浆料稀释至浓度为0.1～0.3％；
其次，根据目标成纸的填料含量，分配每部分浆料中的填料添加量，同时还向每部分浆料中添加助留剂，使最终成纸填料含量满足目标成纸填料含量；其中，在分配每部分浆料中的填料添加量时，采用集中因子Fc来调控成纸性能，集中因子Fc定义为：Fc＝Fcmin/Fcmax，其中，0≤Fc≤1；Fcmin指三部分浆料中填料添加量最少的浆料中，该层纸页的目标填料含量，Fcmax指三部分浆料中填料添加量最多的浆料中，该层纸页的目标填料含量；
最后，将三部分浆料分别上网成形得到的湿纸页进行层合、压榨及干燥。
步骤4)中所用填料的总量与步骤2)制得的终打浆度为28～50°SR的浆料中纤维总量的绝干质量比为(10～40)：(60～90)。
步骤4)每部分浆料中，所用填料与该部分浆料中纤维的绝干质量比为(0～90)：(10～100)。
步骤2)磨浆时的磨浆浓度为9～12％。
步骤4)中所述的助留剂为阳离子淀粉和/或阳离子聚丙烯酰胺，每部分浆料中的阳离子聚丙烯酰胺的添加量为0.05～0.4千克/吨纸，阳离子淀粉的添加量为2～10千克/吨纸。
所述纸浆为化学针叶木浆、化学阔叶木浆或化学机械浆中的一种或几种。
所述填料为碳酸钙、滑石粉、硅酸钙或高岭土中的一种或几种。
步骤4)所述压榨时的压力为0.3～0.6Mpa。
步骤4)所述干燥的温度为100～110℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明能够实现在固定成纸填料含量下，通过采用三层纸页层合抄造的方法，通过集中因子Fc来调控填料在纸张分布实现在填料含量固定时对加填纸的松厚度、透气度、物理强度以及光学性能进行改善的目的。通过调整填料在纸页结构中的分布，最大限度地发挥填料的优势，从而达到改善成纸性能的目的。本发明方法简单易操作，能够根据需要调控目标成纸的性能，在现代造纸机中通过优化集中因子来调整填料分布可达到改善成纸性能的目的，从而提高产品质量。
附图说明
图1为填料在纸张Z向(横截面方向)分布的集中因子与纸张松厚度、透气度、物理强度以及光学性能的关系。
其中，a为集中因子与松厚度关系图；b为集中因子与透气度关系图；c为集中因子与抗张强度关系图；d为集中因子与不透明度关系图；e为集中因子与光散射系数关系图；f为集中因子与光吸收系数关系图。
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。
实施例1
本实施例的成纸填料含量为25％，包括以下步骤：
1)纸浆的碎解：将化学阔叶木浆充分碎解，脱水，制成终浓度为10％的浆料；
2)磨浆：将配制好的浆料进行磨浆，磨浆浓度为9％，磨浆后浆料的终打浆度为30°SR；
3)填料悬浮液的配制：配制浓度为10％的硅酸钙填料悬浮液，并充分搅拌，分散；
4)纸页的抄造：将步骤2)制备好的浆料分三部分(上中下三层)，每部分浆料稀释至浓度为0.1％；所用填料总量与步骤2)所制备的终打浆度为30°SR的浆料中的纤维总量的绝干质量比为30：70，通过添加助留剂，使最终成纸填料含量满足目标成纸填料含量为25％。
根据集中因子不同，将填料按照不同的比例添加于三部分浆料中，均匀混合后添加阳离子聚丙烯酰胺和阳离子淀粉，三部分浆料上网成形后的湿纸页进行层合，并在压力为0.4Mpa条件下压榨，最后在105℃下干燥。
本实施例所采用的集中因子、各部分浆料所添加的填料比例以及所使用化学品用量如下表：
参见图1，当成纸填料含量为25％时，成纸性能与填料在纸张Z向(横截面方向)分布的集中因子的相关性数据(a为集中因子与松厚度关系图；b为集中因子与透气度关系图；c为集中因子与抗张强度关系图；d为集中因子与不透明度关系图；e为集中因子与光散射系数关系图；f为集中因子与光吸收系数关系图)。当集中因子Fc＝1时，表明每层填料含量相同，填料粒子可均匀分布在每层，有利于提高填料在纸张的均匀分布程度，而未采用分层方法加填时，填料在纸张Z向分布无法很好地控制，填料粒子并非均匀分布，同时，会随着脱水条件、造纸机类型的不同，其分布呈现非均匀状态，从而不利于成纸性能的改善。如上表所示，当集中因子Fc＝0时，意味着填料集中分布在中间层，此时，可消除填料对上层纸页和下层纸页结合强度的影响，从而有利于加填纸强度性能的改善。从各集中因子与成纸性能的关系结果表明，集中因子与成纸性能存在较好的相关性，当集中因子提高时，有利于提高成纸松厚度、透气度、不透明度、光散射系数以及光吸收系数，但会使抗张指数下降。当集中因子超过0.33时，集中因子对成纸的松厚度、透气度以及抗战指数的改善作用较弱。这说明在固定填料含量时，通过优化集中因子在一定范围可起到改善成纸性能的目的。在现代造纸机中通过优化集中因子，调整填料分布情况可达到改善成纸性能的目的，从而提高产品质量。
实施例2
本实施例的成纸填料含量为25％，包括以下步骤：
1)纸浆的碎解：将化学机械浆充分碎解，脱水，制成终浓度为12％的浆料；
2)磨浆：将配制好的浆料进行磨浆，磨浆浓度为12％，磨浆后浆料的终打浆度为50°SR；
3)填料悬浮液的配制：配制浓度为15％的碳酸钙填料悬浮液，并充分搅拌，分散；
4)纸页的抄造：将步骤2)制备好的浆料分三部分(上中下三层)，每部分浆料稀释至浓度为0.3％；所用填料总量与步骤2)所制备的终打浆度为50°SR的浆料中的纤维总量的绝干质量比为10：90，通过添加助留剂胺，使最终成纸填料含量满足目标成纸填料含量为25％。
根据集中因子不同，将填料按照不同的比例添加于三部分浆料中，均匀混合后添加阳离子聚丙烯酰胺和阳离子淀粉，三部分浆料上网成形后的湿纸页进行层合，并在压力为0.6Mpa条件下压榨，最后在110℃下干燥。
实施例3
本实施例的成纸填料含量为25％，包括以下步骤：
1)纸浆的碎解：将化学针叶木浆充分碎解，脱水，制成终浓度为9％的浆料；
2)磨浆：将配制好的浆料进行磨浆，磨浆浓度为9％，磨浆后浆料的终打浆度为28°SR；
3)填料悬浮液的配制：配制浓度为20％的碳酸钙填料悬浮液，并充分搅拌，分散；
4)纸页的抄造：将步骤2)制备好的浆料分三部分(上中下三层)，每部分浆料稀释至浓度为0.3％；所用填料总量与步骤2)所制备的终打浆度为50°SR的浆料中的纤维总量的绝干质量比为40：60，通过添加助留剂，使最终成纸填料含量满足目标成纸填料含量为25％。
根据集中因子不同，将填料按照不同的比例添加于三部分浆料中，均匀混合后添加阳离子聚丙烯酰胺和阳离子淀粉，三部分浆料上网成形后的湿纸页进行层合，并在压力为0.3Mpa条件下压榨，最后在100℃下干燥。
综上所述，本发明在纸页抄造时通过采用三层纸页层合抄造的方法，通过调控填料在纸张分布的集中因子Fc可实现在填料含量固定时对加填纸的松厚度、透气度、物理强度以及光学性能进行改善的目的。通过优化填料分布因子来实现改善成纸性能，通过调整填料在纸页结构中的分布，最大限度地发挥填料的优势，从而达到改善成纸性能的目的。
Claims (9)
1.一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)纸浆的碎解
将纸浆充分碎解，脱水，制成终浓度为9％～12％的浆料；
2)磨浆
将配制好的浆料进行磨浆至浆料的终打浆度为28～50°SR；
3)填料悬浮液的配制
将填料配制为浓度为10～20％的填料悬浮液，并充分搅拌，分散；
4)纸页的抄造
首先，将步骤2)制得的终打浆度为28～50°SR的浆料分为上层浆料、中层浆料及下层浆料三部分，并将每部分浆料稀释至浓度为0.1～0.3％；
其次，根据目标成纸的填料含量，分配每部分浆料中的填料添加量，同时还向每部分浆料中添加助留剂，使最终成纸填料含量满足目标成纸填料含量；其中，在分配每部分浆料中的填料添加量时，采用集中因子Fc来调控成纸性能，集中因子Fc定义为：Fc＝Fcmin/Fcmax；其中，0≤Fc≤1；Fcmin指三部分浆料中填料添加量最少的浆料中，该层纸页的目标填料含量，Fcmax指三部分浆料中填料添加量最多的浆料中，该层纸页的目标填料含量；
最后，将三部分浆料分别上网成形得到的湿纸页进行层合、压榨及干燥。
2.根据权利要求1所述的一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，步骤4)中所用填料的总量与步骤2)制得的终打浆度为28～50°SR的浆料中纤维总量的绝干质量比为(10～40)：(60～90)。
3.根据权利要求1所述的一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，步骤4)每部分浆料中，所用填料与该部分浆料中纤维的绝干质量比为(0～90)：(10～100)。
4.根据权利要求1所述的一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，步骤2)磨浆时的磨浆浓度为9～12％。
5.根据权利要求1所述的一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，步骤4)中所述的助留剂为阳离子淀粉和/或阳离子聚丙烯酰胺，每部分浆料中的阳离子聚丙烯酰胺的添加量为0.05～0.35千克/吨纸，阳离子淀粉的添加量为2～8千克/吨纸。
6.根据权利要求1所述的一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，所述纸浆为化学针叶木浆、化学阔叶木浆或化学机械浆中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，所述填料为碳酸钙、滑石粉、硅酸钙或高岭土中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，步骤4)所述压榨时的压力为0.3～0.6Mpa。
9.根据权利要求1所述的一种优化纸张结构改善成纸性能的方法，其特征在于，步骤4)所述干燥的温度为100～110℃。
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