CN104532665A - 用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法 - Google Patents

用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法 Download PDF

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梁卫东
王源瑞
朱照琪
孙寒雪
吴叶
李安
钱臣
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用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法，其目的是提高纸品的力学性能，及增大填料在抄纸过程中的留着率，降低白水的浊度，降低白水对环境的污染，其步骤为：（1）称取凹凸棒黏土，加入水中充分分散，配制成质量浓度为2~8%的凹凸棒黏土悬浮液；（2）将废纸烘干至恒重，然后加水浸泡，制得均匀纸浆悬浮液；（3）称取所需施胶剂，然后加入到配制成施胶剂溶液；（4）称取所需助留剂，然后加入沸水中搅拌，配制成助留剂溶液；（5）以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入二次纸浆悬浮液、施胶剂溶液和的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70~80g/m2为定量，进行抄纸。

Description

用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法
技术领域
本发明涉及应用凹凸棒黏土功能填料的造纸技术。
背景技术
矿物材料填加到造纸行业的初始目的是为了降低成本，后来逐渐发展为获取某种特殊的功能。矿物填料的填加可以增加纸张的白度、光泽度、拉伸强度、平滑度、透气度、不透明度。各种填料有着自身特有的优点及不足，利用不同填料进行填充，制备的纸张可以使他们的优缺点得以相互补充，既保留了它们各自的优点，又可以克服两者的缺点，矿物填料的应用可以使纸张的应用范围进一步扩大。凹凸棒黏土是一种链层状富镁铝硅酸盐黏土矿物，具有纤维状结构、较大的长径比和比表面积、良好的热稳定性，同时凹凸棒黏土的价格低廉，在我国储量丰富。而且其表面具有结构残基、表面羟基、Lewis酸和Brounste酸性点，通过极性吸附等形式可与有机物相互作用，也可以在微米填充和纳米增强两个方面上与聚合物复合，是理想的天然三维纳米补强填料。但是，填料的加入会使得纤维间的氢键结合力下降，导致纸张强度下降，对纸机的运行产生不良影响，并产生一些相关的控制问题，这些缺点严重制约着其应用。
将凹凸棒黏土引入到纸浆中，能够让凹凸棒黏土的显著的吸附性能、胶体性能以及表面羟基与植物纤维有效的结合，从而提高纸浆的均匀性、和纸张的柔韧性和平滑度；凹凸棒黏土粒子表面的微孔结构及高表面活性,理论上可赋予高质量低克重印刷纸张所需的松厚度；凹凸棒黏土粒子光散射系数有利于提高纸张的不透明度，满足高加填和薄型印刷纸产品的要求。但是填料的比表面积较大，会增加浆内施胶量，以至于会增加造纸成本。
目前以凹凸棒黏土为功能填料在造纸中的应用的相关报道较少，陈静在专利200810021920中报道纸品填充专用的复配改性凹凸棒黏土及其制备方法，但该方法没有明确表明凹凸棒黏土作为单一填料对纸品性能的影响。钱运华用十八烷基三甲基氯化铵对凹凸棒黏土进行表面改性并进行了实验室加填实验试验，探讨了十八烷基三甲基氯化铵的用量，改性时间，改性温度对凹凸棒黏土在纸页中留着率的影响制备方法。
总之，以凹凸棒黏土为功能填料在造纸中的应用的相关报道较少。并且用其他填料所制备的纸品会出现掉毛掉粉的现象，排水中含有填料，使得水处理车间有可能需要进行改造等问题。
本发明的目的是提高纸品的力学性能，及增大填料在抄纸过程中的留着率，降低白水的浊度，降低白水对环境的污染。
本发明是用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法，其步骤为：
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为2:100~8:100称取凹凸棒黏土，加入水中充分分散，并高速搅拌1.5~2.5h，配制成质量浓度为2~8%的凹凸棒黏土悬浮液；
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在100~105℃温度下烘干至恒重，然后按废纸与水的质量比为1:100~3:100加水浸泡4~6h,之后搅拌8~12h，制得质量浓度为1~3%的均匀纸浆悬浮液；
（3）施胶剂溶液的配制：按照凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为2:1~8:1称取所需施胶剂，然后加入到40~50oC的水中，搅拌0.4~0.6h后升温至85~95oC，并保温0.5~1.5h，最终配制成质量浓度为1~3%的施胶剂溶液；
（4）助留剂溶液的配制：按照凹凸棒黏土与助留剂的质量比为10:1~40:1称取所需助留剂，然后加入沸水中搅拌3.5~4.5h，配制成质量浓度为0.3~0.5%的助留剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为10~50%的二次纸浆悬浮液、0.3~1%的施胶剂溶液和0.1~0.4%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70~80g/m2为定量，进行抄纸。
本发明的有益效果为：1.水化处理不仅能促进凹土有效水化崩解，而且可疏松凹土颗粒的致密结构。2.适度搅拌可以提高凹土填充纸品的力学性能；水化凹土与植物纤维间的充分结合是凹土填充纸品的性能改善的直接原因；凹土的高长径比及易水化特性是赋予其优越纸品填充性能的根本原因。3.从生产操作角度考虑，选择超细化凹土有利于搅拌过程中凹土充分水化分散，从而提升凹土填充纸品的性能。
附图说明
图1为水化分散后凹凸棒黏土的SEM照片。图2为未加凹凸棒黏土的纯二次纸浆纤维的SEM照片。图3为加添凹凸棒黏土的SEM照片。图4为凹凸棒黏土的加添量对纸品的抗张指数的影响。
具体实施方式
如图3所示，本发明是用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法，其步骤为：（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为2:100~8:100称取凹凸棒黏土，加入水中充分分散，并高速搅拌1.5~2.5h，配制成质量浓度为2~8%的凹凸棒黏土悬浮液。
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在100~105℃温度下烘干至恒重，然后按废纸与水的质量比为1:100~3:100加水浸泡4~6h,之后搅拌8~12h，制得质量浓度为1~3%的均匀纸浆悬浮液；
（3）施胶剂溶液的配制：按照凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为2:1~8:1称取所需施胶剂，然后加入到40~50oC的水中，搅拌0.4~0.6h后升温至85~95oC，并保温0.5~1.5h，最终配制成质量浓度为1~3%的施胶剂溶液；
（4）助留剂溶液的配制：按照凹凸棒黏土与助留剂的质量比为10:1~40:1称取所需助留剂，然后加入沸水中搅拌3.5~4.5h，配制成质量浓度为0.3~0.5%的助留剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为10~50%的二次纸浆悬浮液、0.3~1%的施胶剂溶液和0.1~0.4%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70~80g/m2为定量，进行抄纸。
根据以上所述的制备方法，所指的绝干废纸为卫生纸，或混合办公废纸、或废旧杂志纸、或旧报纸、或滤纸，或餐巾纸，或其中的两种或者三种的混合物。
根据以上所述的制备方法，所述的助留剂为明矾，或聚合氯化钙（cacl2），或淀粉，或植物胶，或动物胶（千酪素），或甲壳素，或阳离子淀粉，或羧甲基纤维素钠，或聚丙烯酰胺（PAM），或聚乙烯亚胺（PEI）。
根据以上所述的制备方法，所指的施胶剂为松香胶，或烷基烯酮二聚物（AKD），或烯基琥珀酸酐（ASA），或未改性和改性淀粉，或聚乙烯醇，或石蜡乳液，或羧甲基纤维素（CMC）。
 本发明技术细节由下述实例加以详细描述。
实施例一：
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为2:100称取凹凸棒黏土，并加入水中进行高速搅拌2h，促进凹凸棒黏土的水化分散，其表面SEM照片如图1所示，配制成浓度为2%的凹凸棒悬浮液，
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在100℃温度下烘干至恒重，并按绝干废纸与水的质量比为1:100浸泡4h,之后搅拌8h，制得质量浓度为1%的均匀纸浆悬浮液，其表面SEM照片如图2所示；
（3）助留剂的配制：以凹凸棒黏土与助留剂的质量比为10:1称取所需助留剂的质量，并将称取的助留剂加入沸水中搅拌3.5h，最终配制成质量浓度为0.4%的助留剂溶液；
（4）施胶剂的配制：以凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为2:1称取所需施胶剂的质量，并将所称取的施胶剂置于容器中，在40oC的水浴中搅拌并保温0.4h，之后升温至85oC再保温0.5h，最终配制成质量浓度为2%的施胶剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为50%的二次纸浆悬浮液、1%的施胶剂溶液和0.4%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70g/m2为定量，进行抄纸，所制备的以凹凸棒黏土为填料的复合纸张的平均质量为1.735g，其SEM照片如图3所示。
实施例二
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为3:100称取凹凸棒黏土，并加入水中进行高速搅拌2h，促进凹凸棒黏土的水化分散，配制成浓度为3%的凹凸棒悬浮液；
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在100℃温度下烘干至恒重，并按绝干废纸与水的质量比为2:100浸泡5h,之后搅拌8h，制得质量浓度为2%的均匀纸浆悬浮液；
（3）助留剂的配制：以凹凸棒黏土与助留剂的质量比为15:1称取所需助留剂的质量，并将称取的助留剂加入沸水中搅拌3.5h，最终配制成质量浓度为0.4%的助留剂溶液；
（4）施胶剂的配制：以凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为3:1称取所需施胶剂的质量，并将所称取的施胶剂置于容器中，在40oC的水浴中搅拌并保温0.4h，之后升温至85oC再保温0.5h，最终配制成质量浓度为2%的施胶剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为33%的二次纸浆悬浮液、0.67%的施胶剂溶液和0.27%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70g/m2为定量，进行抄纸，
所制备的以凹凸棒黏土为填料的复合纸张的平均质量为1.384g。
实施例三
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为4:100称取凹凸棒黏土，并加入水中进行高速搅拌2h，促进凹凸棒黏土的水化分散，配制成浓度为4%的凹凸棒悬浮液；
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在105℃温度下烘干至恒重，并按绝干废纸与水的质量比为2:100浸泡5h,之后搅拌12h，制得质量浓度为2%的均匀纸浆悬浮液；
（3）助留剂的配制：以凹凸棒黏土与助留剂的质量比为20:1称取所需助留剂的质量，并将称取的助留剂加入沸水中搅拌4h，最终配制成质量浓度为0.4%的助留剂溶液；
（4）施胶剂的配制：以凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为4:1称取所需施胶剂的质量，并将所称取的施胶剂置于容器中，在45oC的水浴中搅拌并保温0.5h，之后升温至90oC再保温1h，最终配制成质量浓度为2%的施胶剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为25%的二次纸浆悬浮液、0.5%的施胶剂溶液和0.2%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70g/m2为定量，进行抄纸，所制备的以凹凸棒黏土为填料的复合纸张的平均质量为1.481g。
实施例四
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为5:100称取凹凸棒黏土，并加入水中进行高速搅拌2h，促进凹凸棒黏土的水化分散，配制成浓度为5%的凹凸棒悬浮液；
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在105℃温度下烘干至恒重，并按绝干废纸与水的质量比为2:100浸泡5h,之后搅拌12h，制得质量浓度为2%的均匀纸浆悬浮液；
（3）助留剂的配制：以凹凸棒黏土与助留剂的质量比为25:1称取所需助留剂的质量，并将称取的助留剂加入沸水中搅拌4h，最终配制成质量浓度为0.4%的助留剂溶液；
（4）施胶剂的配制：以凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为5:1称取所需施胶剂的质量，并将所称取的施胶剂置于容器中，在45oC的水浴中搅拌并保温0.5h，之后升温至90oC再保温1h，最终配制成质量浓度为2%的施胶剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为20%的二次纸浆悬浮液、0.4%的施胶剂溶液和0.16%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70g/m2为定量，进行抄纸，所制备的以凹凸棒黏土为填料的复合纸张的平均质量为1.567g。
实施例五
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为6:100称取凹凸棒黏土，并加入水中进行高速搅拌2h，促进凹凸棒黏土的水化分散，配制成浓度为6%的凹凸棒悬浮液；
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在105℃温度下烘干至恒重，并按绝干废纸与水的质量比为2:100浸泡5h,之后搅拌2h，制得质量浓度为2%的均匀纸浆悬浮液；
（3）助留剂的配制：以凹凸棒黏土与助留剂的质量比为30:1称取所需助留剂的质量，并将称取的助留剂加入沸水中搅拌4h，最终配制成质量浓度为0.4%的助留剂溶液；
（4）施胶剂的配制：以凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为6:1称取所需施胶剂的质量，并将所称取的施胶剂置于容器中，在45oC的水浴中搅拌并保温0.5h，之后升温至90oC再保温1h，最终配制成质量浓度为2%的施胶剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为16.7%的二次纸浆悬浮液、0.33%的施胶剂溶液和0.13%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70g/m2为定量，进行抄纸，所制备的以凹凸棒黏土为填料的复合纸张的平均质量为1.458g。
实施例六
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为7:100称取凹凸棒黏土，并加入水中进行高速搅拌2.5h，促进凹凸棒黏土的水化分散，配制成浓度为7%的凹凸棒悬浮液；
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在105℃温度下烘干至恒重，并按绝干废纸与水的质量比为2:100浸泡6h,之后搅拌12h，制得质量浓度为2%的均匀纸浆悬浮液；
（3）助留剂的配制：以凹凸棒黏土与助留剂的质量比为35:1称取所需助留剂的质量，并将称取的助留剂加入沸水中搅拌4h，最终配制成质量浓度为0.4%的助留剂溶液；
（4）施胶剂的配制：以凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为7:1称取所需施胶剂的质量，并将所称取的施胶剂置于容器中，在45oC的水浴中搅拌并保温0.6h，之后升温至95oC再保温1.5h，最终配制成质量浓度为2%的施胶剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为14.3%的二次纸浆悬浮液、0.28%的施胶剂溶液和0.1%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70g/m2为定量，进行抄纸，所制备的以凹凸棒黏土为填料的复合纸张的平均质量为1.588g。
实施例七
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为8:100称取凹凸棒黏土，并加入水中进行高速搅拌2.5h，促进凹凸棒黏土的水化分散，配制成浓度为8%的凹凸棒悬浮液；
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在105℃温度下烘干至恒重，并按绝干废纸与水的质量比为2:100浸泡6h,之后搅拌12h，制得质量浓度为2%的均匀纸浆悬浮液；
（3）助留剂的配制：以凹凸棒黏土与助留剂的质量比为40:1称取所需助留剂的质量，并将称取的助留剂加入沸水中搅拌4.5h，最终配制成质量浓度为0.4%的助留剂溶液；
（4）施胶剂的配制：以凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为8:1称取所需施胶剂的质量，并将所称取的施胶剂置于容器中，在50oC的水浴中搅拌并保温0.6h，之后升温至95oC再保温1.5h，最终配制成质量浓度为2%的施胶剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为10%的二次纸浆悬浮液、0.3%的施胶剂溶液和0.1%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70g/m2为定量，进行抄纸，所制备的以凹凸棒黏土为填料的复合纸张的平均质量为1.750g。
该实验过程中所使用的二次纸浆指的是：较柔软的废纸经浸泡、制浆、筛选而得的纸浆。

Claims (4)

1.用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法，其步骤为：
（1）凹凸棒黏土悬浮液的制备：按照凹凸棒黏土与水的质量比为2:100~8:100称取凹凸棒黏土，加入水中充分分散，并高速搅拌1.5~2.5h，配制成质量浓度为2~8%的凹凸棒黏土悬浮液；
（2）二次纸浆悬浮液的制备：将废纸在100~105℃温度下烘干至恒重，然后按废纸与水的质量比为1:100~3:100加水浸泡4~6h,之后搅拌8~12h，制得质量浓度为1~3%的均匀纸浆悬浮液；
（3）施胶剂溶液的配制：按照凹凸棒黏土与施胶剂的质量比为2:1~8:1称取所需施胶剂，然后加入到40~50oC的水中，搅拌0.4~0.6h后升温至85~95oC，并保温0.5~1.5h，最终配制成质量浓度为1~3%的施胶剂溶液；
（4）助留剂溶液的配制：按照凹凸棒黏土与助留剂的质量比为10:1~40:1称取所需助留剂，然后加入沸水中搅拌3.5~4.5h，配制成质量浓度为0.3~0.5%的助留剂溶液；
（5）纸张的抄造：以凹凸棒黏土的质量为基准，向凹凸棒黏土悬浮液中依次加入质量比为10~50%的二次纸浆悬浮液、0.3~1%的施胶剂溶液和0.1~0.4%的助留剂溶液，并充分搅拌，制成分散均匀的浆料悬浮液，最后以70~80g/m2为定量，进行抄纸。
2.根据权利要求1所述的用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法，其特征在于所指的绝干废纸为卫生纸，或混合办公废纸、或废旧杂志纸、或旧报纸、或滤纸，或餐巾纸，或其中的两种或者三种的混合物。
3.根据权利要求1所述的用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法，其特征在于所述的助留剂为明矾，或聚合氯化钙，或淀粉，或植物胶，或动物胶，或甲壳素，或阳离子淀粉，或羧甲基纤维素钠，或聚丙烯酰胺，或聚乙烯亚胺。
4.根据权利要求1所述的用凹凸棒黏土功能填料造纸的方法，其特征在于所指的施胶剂为松香胶，或烷基烯酮二聚物，或烯基琥珀酸酐，或未改性和改性淀粉，或聚乙烯醇，或石蜡乳液，或羧甲基纤维素。
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