CN104343043A

CN104343043A - 研磨碳酸钙生产工艺、研磨碳酸钙悬浮液及纸

Info

Publication number: CN104343043A
Application number: CN201310336555.9A
Authority: CN
Inventors: 马朴; 刘翔飞; 秦昀昌; 王仁荣
Original assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Current assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: CN104343043B

Abstract

本发明涉及一种研磨碳酸钙悬浮液生产工艺，其包括如下步骤：提供表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液；提供待研磨的碳酸钙，以所述纳米纤维素溶液作为分散剂，按照1吨碳酸钙加入绝干量为1～10千克的所述纳米纤维素溶液的混合比例来配制混合液，对所述混合液进行研磨处理以得到研磨碳酸钙悬浮液。所述研磨碳酸钙溶液生产工艺以表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液代替传统的聚丙烯酸钠及其盐类作为分散剂，在保证研磨碳酸钙成品的粒径符合要求的同时，有效避免聚丙烯酸及其盐类在制造、使用过程中，其合成单体对人的皮肤和呼吸道所造成的损害。本发明还涉及研磨碳酸钙悬浮液及纸。

Description

研磨碳酸钙生产工艺、研磨碳酸钙悬浮液及纸

技术领域

本发明涉及一种研磨碳酸钙生产工艺、研磨碳酸钙悬浮液及纸。

背景技术

研磨碳酸钙（GCC）是目前造纸工业中使用最为广泛的无机矿物质。GCC的使用可以降低纸张的生产成本，同时会赋予纸张更好的白度和光散射系数。GCC是由天然石灰石，主要是方解石，通过破碎、磨粉等机械操作完成。

在造纸工业中，为了便于GCC的存储和流送，制备出的GCC通常以高固含的液态悬浮液存在，其固含量通常在60%-75%。为了减少研磨过程的能耗及GCC存储过程中粒子的絮聚，在GCC的研磨过程中通常需要使用分散剂。

目前常用的分散剂为聚丙烯酸及其盐类，为表面带有高负电荷密度、低分子量的聚合物。然而，聚丙烯酸及其盐类为高分子合成产品，其合成单体丙烯酸具有强刺激性、易燃，对人的皮肤和呼吸道刺激较为严重。

发明内容

有鉴于此，提供一种能够解决上述问题的研磨碳酸钙生产工艺、研磨碳酸钙悬浮液及纸实为必要。

一种研磨碳酸钙生产工艺，其包括如下步骤：提供纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液；提供待研磨的碳酸钙，以所述纳米纤维素溶液作为分散剂，按照1吨碳酸钙加入绝干量为1～10千克的所述纳米纤维素溶液的混合比例来配制混合液，对所述混合液进行研磨处理以得到研磨碳酸钙悬浮液。

一种研磨碳酸钙悬浮液，所述研磨碳酸钙悬浮液采用如上所述的研磨碳酸钙生产工艺所制得。

一种研磨碳酸钙悬浮液，其包括研磨碳酸钙颗粒，该悬浮液还包括作为分散剂的纳米纤维素溶液，该纳米纤维素溶液中纳米纤维素的纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm，且在所述研磨碳酸钙悬浮液中，碳酸钙与纳米纤维素的比例是1吨碳酸钙加入绝干量为1～10千克的纳米纤维素。

一种纸，其使用如上所述的研磨碳酸钙生产工艺所制得的研磨碳酸钙作为填料抄造而成。

本发明所提供的研磨碳酸钙生产工艺，其根据纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液具有与聚丙烯酸及其盐类分散剂相类似的结构特性，即表面带有高负电荷密度以及低分子量，利用纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液作为分散剂来与碳酸钙进行混合以制备研磨碳酸钙，可以使得到的研磨碳酸钙具有与聚丙烯酸钠及其盐类作为分散剂时类似的粒径，同时在研磨碳酸钙在生产过程中避免了使用聚丙烯酸及其盐类来作为分散剂，从而有效的避免了聚丙烯酸及其盐类在制造、使用过程中，其合成单体对人的皮肤和呼吸道所造成的损害。

另外，由于本发明所提供的研磨碳酸钙生产工艺，其使用了纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液作为分散剂，因此纳米纤维素会留在最终得到的研磨碳酸钙悬浮液中，由于纳米纤维素具有高的比表面积，可以部分吸附在分散的GCC表面，这在填料与纤维结合时提供了更多的结合点，有利于提高纤维与填料间结合力，从而使得使用该研磨碳酸钙所抄造出来的纸张的抗张、耐破、撕裂度和内聚力均有所提高。

具体实施方式

本发明实施方式提供的研磨碳酸钙生产工艺，其包括如下步骤：

提供纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液；

在本实施方式中，所纳米纤维素溶液采用如下方式进行制备：采用TEMPO氧化体系对植物纤维进行氧化预处理，以得到氧化改性纤维；对所述氧化改性纤维进行洗涤过滤后配制成氧化改性纤维溶液；对所述氧化改性纤维溶液进行机械处理以得到羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液，其中，所述机械处理选自高压均质法、微流化法、盘磨法中的一种或几种。

当然了，在上述制备过程中，对所述氧化改性纤维进行洗涤过滤的主要目的是去除得到的氧化改性纤维中的TEMPO氧化体系残留物，在不考虑TEMPO氧化体系残留物的情况下，可以不对所述氧化改性纤维进行洗涤过滤。

可以理解的，除了通过上述方式来制备所述纳米纤维素溶液，还可以采用酸水解法等本领域所常用的制备纳米纤维素溶液的方式，只要能够得到纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液即可。

在本步骤中，所述纳米纤维素优选为羧基含量为1.0～1.5mmol/g、纤维直径小于等于10nm的纳米纤维素。

可以理解的，在制备所述纳米纤维素溶液的过程中，所述植物纤维可以是针叶材、阔叶材、禾草类及其它植物纤维原料。

优选的，所述植物纤维为针叶材、阔叶材纤维。

在制备所述纳米纤维素溶液的过程中，所述TEMPO氧化体系主要包含催化剂、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。

优选的，所述TEMPO氧化体系为TEMPO-NaClO-NaBr氧化体系。

优选的，在制备所述纳米纤维素溶液的过程中，采用高压均质法来对所述氧化改性纤维溶液进行机械处理以得到所述纳米纤维素溶液。

提供待研磨的碳酸钙，以所述纳米纤维素溶液作为分散剂，按照1吨碳酸钙加入绝干量为1～10千克的所述纳米纤维素溶液的混合比例来配制混合液，对所述混合液进行研磨处理以得到研磨碳酸钙悬浮液。

优选的，所述混合液按照1吨碳酸钙加入绝干量为4～6千克的所述纳米纤维素溶液的混合比例来配制。

在本发明所提供的上述研磨碳酸钙生产工艺，采用纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液来代替现有技术中所使用的聚丙烯酸及其盐类分散剂，从而有效的避免了聚丙烯酸及其盐类的合成单体对人的皮肤和呼吸道所造成的损害。

聚丙烯酸及其盐类之所以能够在碳酸钙的研磨过程中作为分散剂来使用，是因为聚丙烯酸及其盐类具备表面带有高负电荷密度以及低分子量这样的结构特性，在本发明所提供的研磨碳酸钙生产工艺中，之所以能够使用纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液来代替现有技术中所使用的聚丙烯酸及其盐类分散剂，其原因在于：一方面，纳米纤维素在制备过程中，在纤维表面引入了大量的羧基官能团，使得纳米纤维素的表面羧基含量达到0.2～1.5mmol/g，因此使得纳米纤维素的表面同样具备了高负电荷密度；另一方面，在经过高压均质法、微流化法、盘磨法等机械处理后，制备出来的纳米纤维素的直径小于等于100nm，进一步的小于等于10nm，这样就使得纳米纤维素具备了低分子量的特性。

因此，本发明所提供的研磨碳酸钙生产工艺，其根据纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液具有与聚丙烯酸及其盐类分散剂相类似的结构特性，即表面带有高负电荷密度以及低分子量，利用纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液作为分散剂来与碳酸钙进行混合以制备研磨碳酸钙，可以使得到的研磨碳酸钙具有与聚丙烯酸钠及其盐类作为分散剂时类似的粒径，同时在研磨碳酸钙在生产过程中避免了使用聚丙烯酸及其盐类来作为分散剂，从而有效的避免了聚丙烯酸及其盐类在制造、使用过程中，其合成单体对人的皮肤和呼吸道所造成的损害。

本发明还提供了依据上述研磨碳酸钙生产工艺所生产出来的研磨碳酸钙悬浮液。

具体的，所述研磨碳酸钙悬浮液包括研磨碳酸钙颗粒，所述研磨碳酸钙颗粒以纳米纤维素溶液作为分散剂分散在所述研磨碳酸钙悬浮液中，该纳米纤维素溶液中纳米纤维素的纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm，且在所述研磨碳酸钙悬浮液中，碳酸钙与纳米纤维素的比例是1吨碳酸钙加入绝干量为1～10千克的纳米纤维素。

优选的，在所述研磨碳酸钙悬浮液中，碳酸钙与纳米纤维素的比例是1吨碳酸钙加入绝干量为4～6千克的纳米纤维素。

另外，本发明同样涉及使用依据上述研磨碳酸钙生产工艺所生产出来的研磨碳酸钙悬浮液作为填料而抄造出来的纸。

申请人还提供了如下具体实施例来进一步说明本发明，具体如下。

对比例1

搅拌条件下，向1kg的GCC干粉中加入600g水，之后，加入5g有效含量为40%的商品聚丙烯酸钠分散剂（即2g聚丙烯酸钠），搅拌5分钟，得到混合液；利用GCC研磨机（WAB DYNO-Mill）对所述混合液进行研磨分散12分钟，研磨结束后测定GCC平均粒径为1.42μm；将研磨后的GCC与造纸浆料混合，其中GCC加填量为20%（对绝干纤维），浆料与GCC混合均匀后加入1%阳离子淀粉（对绝干浆），之后抄造成纸并测试成纸性能，具体性能参数见后表。

实施例1

搅拌条件下，向1kg的GCC干粉中加入505g水，之后，加入100g 羧基含量为1.4mmol/g的纳米纤维素溶液，其中，纳米纤维素有效浓度为0.5%（即0.5g羧基含量为1.4mmol/g的纳米纤维素），搅拌5分钟，得到混合液；利用GCC研磨机（WAB DYNO-Mill）对所述混合液进行研磨分散12分钟，研磨结束后测定GCC平均粒径为1.54μm；将研磨后的GCC与造纸浆料混合，其中GCC加填量为20%（对绝干纤维），浆料与GCC混合均匀后加入1%阳离子淀粉（对绝干浆），之后抄造成纸并测试成纸性能，具体性能参数见后表。

实施例2

搅拌条件下，向1kg的GCC干粉中加入305g水，之后，加入300g 羧基含量为1.4mmol/g的纳米纤维素溶液，其中，纳米纤维素有效浓度为0.5%（即1.5g羧基含量为1.4mmol/g的纳米纤维素），搅拌5分钟，得到混合液；利用GCC研磨机（WAB DYNO-Mill）对所述混合液进行研磨分散12分钟，研磨结束后测定GCC平均粒径为1.46μm；将研磨后的GCC与造纸浆料混合，其中GCC加填量为20%（对绝干纤维），浆料与GCC混合均匀后加入1%阳离子淀粉（对绝干浆），之后抄造成纸并测试成纸性能，具体性能参数见后表。

实施例3

搅拌条件下，向1kg的GCC干粉中加入105g水，之后，加入500g羧基含量为1.4mmol/g的纳米纤维素溶液，其中，纳米纤维素有效浓度为0.5%（即2.5g羧基含量为1.4mmol/g的纳米纤维素），搅拌5分钟，得到混合液；利用GCC研磨机（WAB DYNO-Mill）对所述混合液进行研磨分散12分钟，研磨结束后测定GCC平均粒径为1.44μm；将研磨后的GCC与造纸浆料混合，其中GCC加填量为20%（对绝干纤维），浆料与GCC混合均匀后加入1%阳离子淀粉（对绝干浆），之后抄造成纸并测试成纸性能，具体性能参数见后表。

实施例4

搅拌条件下，向1kg的GCC干粉中加入305g水，之后，加入300g羧基含量为0.2mmol/g的纳米纤维素溶液，其中，纳米纤维素有效浓度为0.5%（即1.5g羧基含量为0.2mmol/g的纳米纤维素），搅拌5分钟，得到混合液；利用GCC研磨机（WAB DYNO-Mill）对所述混合液进行研磨分散12分钟，研磨结束后测定GCC平均粒径为1.75μm；将研磨后的GCC与造纸浆料混合，其中GCC加填量为20%（对绝干纤维），浆料与GCC混合均匀后加入1%阳离子淀粉（对绝干浆），之后抄造成纸并测试成纸性能，具体性能参数见后表。

实施例5

搅拌条件下，向1kg的GCC干粉中加入305g水，之后，加入300g羧基含量为0.8mmol/g的纳米纤维素溶液，其中，纳米纤维素有效浓度为0.5%（即1.5g羧基含量为0.8mmol/g的纳米纤维素），搅拌5分钟，得到混合液；利用GCC研磨机（WAB DYNO-Mill）对所述混合液进行研磨分散12分钟，研磨结束后测定GCC平均粒径为1.52μm；将研磨后的GCC与造纸浆料混合，其中GCC加填量为20%（对绝干纤维），浆料与GCC混合均匀后加入1%阳离子淀粉（对绝干浆），之后抄造成纸并测试成纸性能，具体性能参数见后表。

上述对比例1与实施例1～5的具体对比情况如下表：

由上表可以很明确的看出：

在得到的研磨碳酸钙成品的平均粒径方面，与传统的使用聚丙烯酸及其盐类作为分散剂的工艺相比，本发明所提供的研磨碳酸钙生产工艺，在采用纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液作为分散剂时，所得到的研磨碳酸钙成品的平均粒径同样能够达到要求，并且随着所使用的纳米纤维素表面羧基含量的增加，所得到的研磨碳酸钙成品的平均粒径与使用聚丙烯酸及其盐类作为分散剂所得到的研磨碳酸钙成品的平均粒径相当。

在成纸的性能方面，与传统的使用聚丙烯酸及其盐类作为分散剂制得的研磨碳酸钙作为填料所抄造的成纸性能相比，以本发明所提供的研磨碳酸钙生产工艺所制得的研磨碳酸钙作为填料抄造出的成纸性能同样能够达到要求，并且随着所使用的纳米纤维素表面羧基含量的增加，其抄造出来的成纸的性能会优于使用聚丙烯酸及其盐类作为分散剂所得到的研磨碳酸钙所抄造出来的成纸性能。

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

1.一种研磨碳酸钙生产工艺，其包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的研磨碳酸钙生产工艺，其特征在于，所述纳米纤维素溶液采用如下方式进行制备：采用TEMPO氧化体系对植物纤维进行氧化预处理，以得到氧化改性纤维；对所述氧化改性纤维进行机械处理以得到纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm的纳米纤维素溶液，其中，所述机械处理选自高压均质法、微流化法、盘磨法中的一种或几种。

3.如权利要求2所述的研磨碳酸钙生产工艺，其特征在于：在得到氧化改性纤维后，还进一步包括对所述氧化改性纤维进行洗涤过滤的步骤。

4.如权利要求1所述的研磨碳酸钙生产工艺，其特征在于：所述纳米纤维素溶液中的纳米纤维素的表面羧基含量为1.0～1.5mmol/g、纤维直径小于等于10nm。

5.如权利要求1所述的研磨碳酸钙生产工艺，其特征在于：按照1吨碳酸钙加入绝干量为4～6千克的所述纳米纤维素溶液的混合比例来配制混合液。

6.如权利要求2所述的研磨碳酸钙生产工艺，其特征在于：在制备所述纳米纤维素溶液的过程中，所述TEMPO氧化体系主要包含催化剂、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，氧化剂选自次氯酸盐、亚氯酸盐、高氯酸盐、双氧水、二氧化氯中的一种或多种，辅助催化剂选自碘化物、溴化物或者它们的混合物。

7.一种研磨碳酸钙悬浮液，其特征在于：所述研磨碳酸钙悬浮液采用如权利要求1～6任一项所述的研磨碳酸钙生产工艺所制得。

8.一种研磨碳酸钙悬浮液，其包括研磨碳酸钙颗粒，其特征在于：该悬浮液还包括作为分散剂的纳米纤维素溶液，该纳米纤维素溶液中纳米纤维素的纤维表面羧基含量为0.2～1.5mmol/g、纤维直径小于等于100nm，且在所述研磨碳酸钙悬浮液中，碳酸钙与纳米纤维素的比例是1吨碳酸钙加入绝干量为1～10千克的纳米纤维素。

9.如权利要求8所述的研磨碳酸钙悬浮液，其特征在于：在所述研磨碳酸钙悬浮液中，碳酸钙与纳米纤维素的比例是1吨碳酸钙加入绝干量为4～6千克的纳米纤维素。

10.一种纸，其特征在于：所述纸使用如权利要求1～6任一项所述的研磨碳酸钙生产工艺所制得的研磨碳酸钙或权利要求8～9任一项所述的研磨碳酸钙悬浮液作为填料抄造而成。