CN104863008A

CN104863008A - 一种采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法

Info

Publication number: CN104863008A
Application number: CN201510200326.3A
Authority: CN
Inventors: 苏艳群; 刘金刚
Original assignee: China National Pulp and Paper Research Institute
Current assignee: China National Pulp and Paper Research Institute
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: CN104863008B

Abstract

本发明提出了一种采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法，具体是指在造纸工艺中提高纸张不透明度的全新方法。本方法首先是将抄纸用的纸浆纤维在机械研磨的条件下制备成微纤化纤维素，然后与填料进行混合研磨制得微纤化纤维素改性的填料，再在搅拌条件下进行预絮聚，最后加填到造纸过程中，最终达到提高纸张不透明度的目的，与此同时保证纸张强度性能不降低，对未改性填料、灰分含量相近加填纸而言。采用本方法在不降低纸张白度和强度性能条件下，可提高纸张不透明度6个单位以上。

Description

一种采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法

技术领域

本发明属于造纸工艺的方法，具体涉及一种在造纸工艺中提高纸张不透明度的方法。

背景技术

不透明度是纸张的一种光学性质。纸张的不透明度对于印刷用纸来说非常重要，只有纸张具有一定的不透明度才能防止纸张的透印，以保证印刷品的质量。影响纸张不透明度的因素包括浆料类别、填料种类、纸浆打浆度以及纸页成形过程等。

浆料中的木素含量越高、细小纤维组分越多所抄纸页的不透明度越高。但是浆料中木素含量的增多，虽然有利于不透明度的增加，但必然会对成纸的白度和强度性能产生不利影响。发明专利200810173098.5给出的提高纸张不透明度的方法，主要是通过加入一定量未漂草浆来实现。草浆未经过漂白，其中的大部分木素得以保留，因此未漂草浆本身的不透明度虽然达到了90％，且该浆用于配抄成纸的不透明度达到了90％，但是其白度最高仅能达到70％，同时抗张性能也有一定程度的损失。

用于纸张加填的填料折射率越高，所抄纸页的不透明度越高。纸张中加入一定量的填料，一方面是降低抄造成本，还有另一个很重要的性质提高纸张的光学性能和表面性能，特别是不透明度。一般而言，填料的折射率越高越有利于提高纸张不透明度。可用于纸张加填的填料包括二氧化钛、研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、水洗高岭土、煅烧高岭土以及滑石粉，这些填料的折射率分别为2.72、1.56、1.66、1.57、1.59和1.57。虽然二氧化钛的折射率最高，对于改善纸张不透明度效果最明显，但其价格最高，单位价格远远高于纤维，在一般用纸中使用二氧化钛加填显然不具有经济可行性。从经济可行性、对抄纸体系的兼容性以及加填效果几方面综合考虑，造纸加填用填料主要是研磨碳酸钙和沉淀碳酸钙。

纸页中所含填料含量越高、填料粒子越细所抄纸页的不透明度越高。纸张中使用填料虽然能改善不透明度和表面性能，但同时会降低纸张强度性能，因此不能为了得到纸张的高不透明而无限制的增加纸页中的填料含量。目前通过优化加填技术，纸页中的最高填料含量可达到30％。继续增加填料含量，不仅会导致纸张强度性能显著降低，同时还会对纸张湿部性能产生不利影响，如增大白水负荷、湿部化学品用量大幅增加。在纸页中填料含量相近的条件下，使用粒子较细的填料虽然可以明显提高纸张不透明度，但是使用过细的粒子，填料留着将是一个巨大挑战。在纸张实际生产中，加填用填料的平均粒径一般不会低于1.5um。

发明内容

本发明的目的，旨针对上述现有技术存在的不足之处，提出一种采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法，该方法首先是将抄纸用的纸浆纤维在机械研磨的条件下制备成微纤化纤维素，然后与填料进行混合研磨制得微纤化纤维素改性填料，再在搅拌条件下进行预絮聚，最后加填到造纸过程中，最终达到提高纸张不透明度的目的，与此同时保证纸张强度性能不明降低，对未改性填料、灰分含量相近加填纸而言。

为实现本发明目的，所采用的技术方案是：

(1)将纸浆纤维用水分散至固含量1.5～5.0％，浸泡24h，然后在纳米研磨机上进行研磨制备成微纤化纤维素，微纤化纤维素的中位粒径控制在4～70um。

(2)将研磨好的微纤化纤维素与填料进行混合后，再在普通研磨设备中进行混合后制成微纤化纤维素改性填料分散液，研磨时间为10～60min，微纤化纤维素用量为1～30％，以绝干填料计，优选的用量为5～20％。

(3)在搅拌条件下，往微纤化纤维素改性填料分散液中加入阳离子絮凝剂进行预絮聚，阳离子絮凝剂用量为0.005～0.03％，以绝干改性填料计。

(4)将完成预絮聚后的改性造纸填料添加至纸浆料中混合均匀，加入阳离子淀粉、AKD施胶剂和阳离子聚丙烯酰胺助留剂配浆抄纸。

所述的纸浆纤维可以是漂白阔叶木浆、漂白针叶木浆、化学机械浆和脱墨浆。

所述的纳米研磨机为间隙可以调整的上下两个无孔磨盘石臼型超微粒粉碎机，所述的间隙为微米级别。

所述的普通混合研磨设备包括立式研磨机和卧式研磨机。

所述的造纸上使用的填料主要为无机颜料，包括研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、白泥碳酸钙、瓷土和滑石粉。其中优选的填料为沉淀碳酸钙和研磨碳酸钙。

所述的阳离子絮凝剂为阳离子型聚合物。

有益效果：1、在相同纸张抄造工艺条件以及灰分相近条件下，与未改性填料相比，采用本发明所获得纸张不透明度可提高6个单位以上，同时纸张的强度性能还有小幅增加。2、采用本发明提高纸张不透明度，不会明显降低纸张的白度。3、采用本发明，在不宜使用更小粒径填料的条件下，依然可继续提高纸张不透明度2个单位以上。4、采用本发明，所使用的微纤化纤维素经过机械研磨制备而成，不使用任何的化学药品，制备过程无污染，不对后续抄纸过程产生负面影响。

附图说明

图1实施例1中GCC和改性GCC粒度图。

图2实施例1中微纤化纤维素改性GCC的扫描电镜图。

图3实施例2中GCC和改性GCC粒度图。

图4实施例2中微纤化纤维素改性GCC的扫描电镜图。

图5实施例3中GCC和改性GCC粒度图。

图6实施例3中微纤化纤维素改性GCC的扫描电镜图。

图7实施例4中GCC和改性GCC粒度图。

图8实施例4中微纤化纤维素改性GCC的扫描电镜图。

实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)将化学机械浆(APMP浆)纤维用水分散至固含量3.0％，浸泡24h，然后在纳米研磨机上进行研磨制备成微纤化纤维素，选择研磨间隙为2um所获得的微纤化纤维素的中位粒径为7.06um。将研磨好的APMP微纤化纤维素与GCC进行混合后，再在立式研磨中进行混合研磨制得微纤化纤维素改性GCC填料分散液，研磨时间为60min，微纤化纤维素用量为20％，以绝干填料计。GCC和APMP微纤化纤维素改性GCC钙粒度分布如图1所示。

(2)在搅拌条件下，往APMP微纤化纤维素改性GCC填料分散液中加入阳离子聚丙烯酰胺进行预絮聚，阳离聚丙烯酰胺用量为0.01％，以绝干改性填料计。

(3)将漂白硫酸盐针叶木浆(打浆度40～45°SR)和漂白硫酸盐阔叶木浆(打浆度37～42°SR)按30∶70的质量比混合，依次加入55％的预絮聚的改性GCC填料、1％阳离子淀粉、0.2％AKD施胶剂和0.03％阳离子聚丙烯酰胺助留剂，混合均匀，加水稀释至浆料浓度为0.5％，用标准纸页成型器进行抄纸，纸页定量60g/m²。为了比较改性GCC加填后对改善纸张不透明度的效果，同样的抄造条件下，以GCC替换改性GCC。两种填料加填纸张的性能如表1所示。

表1

实施例2

(1)将漂白阔叶木浆纤维(简称LBKP)用水分散至固含量3.5％，浸泡24h，然后在纳米研磨机上进行研磨制备成微纤化纤维素，选择研磨间隙为1um所获得的微纤化纤维素的中位粒径为19.3um。将研磨好的LBKP微纤化纤维素与GCC进行混合后，再在立式研磨中进行混合研磨制得微纤化纤维素改性GCC填料分散液，研磨时间为60min，微纤化纤维素用量为10％，以绝干填料计。GCC和LBKP微纤化纤维素改性GCC钙粒度分布如图2所示。

(2)在搅拌条件下，往LBKP微纤化纤维素改性GCC填料分散液中加入阳离子聚丙烯酰胺进行预絮聚，阳离聚丙烯酰胺用量为0.01％，以绝干改性填料计。

表2

实施例3

(1)将脱墨浆纤维(简称DIP)用水分散至固含量2.0％，浸泡24h，然后在纳米研磨机上进行研磨制备成微纤化纤维素，选择研磨间隙为3um所获得的微纤化纤维素的中位粒径为20.1um。将研磨好的DIP微纤化纤维素与GCC进行混合后，再在立式研磨中进行混合研磨制得微纤化纤维素改性GCC填料分散液，研磨时间为60min，微纤化纤维素用量为5％，以绝干填料计。GCC和DIP微纤化纤维素改性GCC钙粒度分布如图3所示。

(2)在搅拌条件下，往DIP微纤化纤维素改性GCC填料分散液中加入阳离子聚丙烯酰胺进行预絮聚，阳离聚丙烯酰胺用量为0.01％，以绝干改性填料计。

(3)将漂白硫酸盐针叶木浆(打浆度40～45°SR)和漂白硫酸盐阔叶木浆(打浆度37～42°SR)按30∶70的质量比混合，依次加入55％的预絮聚的改性GCC填料、1％阳离子淀粉、0.2％AKD施胶剂和0.03％阳离子聚丙烯酰胺助留剂，混合均匀，加水稀释至浆料浓度为0.5％，用标准纸页成型器进行抄纸，纸页定量60g/m²。为了比较改性GCC加填后对改善纸张不透明度的效果，同样的抄造条件下，以GCC替换改性GCC。两种填料加填纸张的性能如表3所示。

表3

实施例4

本实施例证明在不宜使用更小粒径填料的条件下，依然可继续提高纸张不透明度2个单位以上。未改性GCC的平均粒径为2.47um，经过改性后的平均粒径为3.40um。

(1)将化学机械浆(简称APMP)纤维用水分散至固含量3.0％，浸泡24h，然后在纳米研磨机上进行研磨制备成微纤化纤维素，选择研磨间隙为2um所获得的微纤化纤维素的中位粒径为7.06um。将研磨好的APMP微纤化纤维素与GCC进行混合后，再在立式研磨中进行混合研磨制得微纤化纤维素改性GCC填料分散液，研磨时间为60min，微纤化纤维素用量为20％，以绝干填料计。GCC和APMP微纤化纤维素改性GCC钙粒度分布如图4所示。

(3)将漂白硫酸盐针叶木浆(打浆度40～45°SR)和漂白硫酸盐阔叶木浆(打浆度37～42°SR)按30∶70的质量比混合，依次加入55％的预絮聚的改性GCC填料、1％阳离子淀粉、0.2％AKD施胶剂和0.03％阳离子聚丙烯酰胺助留剂，混合均匀，加水稀释至浆料浓度为0.5％，用标准纸页成型器进行抄纸，纸页定量60g/m²。为了比较改性GCC加填后对改善纸张不透明度的效果，同样的抄造条件下，以GCC替换改性GCC。两种填料加填纸张的性能如表4所示。

表4

本发明按照上述具体实施方式进行了实施，均达到预期效果。

Claims

1.一种采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法，其特征在于：首先将纸浆纤维在纳米研磨机中研磨成微纤化纤维素，然后与填料在普通研磨设备中进行混合制得微纤化纤维素改性的填料，再在搅拌条件下加入阳离子絮凝剂进行预絮聚，最后将完成改性后的造纸填料用于纸张加填形成合格纸张。

2.根据权利要求1所述的采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法，其特征在于所述的微纤化纤维素的中位粒径控制在4～70um。

3.根据权利要求1所述的采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法，其特征在于所述的微纤化纤维素用量为1～30％，以绝干填料计，优选的用量为5～20％。

4.根据权利要求1所述的采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法，其特征在于所述的阳离子絮凝剂用量为0.005～0.03％，以绝干改性填料计。

5.根据权利要求1所述的采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法，其特征在于所述的纸浆纤维包括漂白阔叶木浆、漂白针叶木浆、化学机械浆和脱墨浆。

6.根据权利要求1所述的采用微纤化纤维素改性填料提高纸张不透明度的方法，其特征在于所述的填料为无机颜料，包括研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、白泥碳酸钙、瓷土和滑石粉。其中优选的填料为沉淀碳酸钙和研磨碳酸钙。