CN105155339A - 一种微粒助留助滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微粒助留助滤方法，包括：(1)将凹凸棒石原料进行烘干、研磨、过筛，得到凹凸棒石粉体；(2)将粉体配制成1％～10％的悬浮液；(3)对悬浮液进行机械分散处理，使悬浮液中凹凸棒石微粒的平均粒径≤10μm；(4)将填料、CPAM以及分散处理后的悬浮液按比例先后加入纸浆，送入抄纸设备，经成形、压榨、干燥处理后产出纸张。本发明的优点在于：(1)工艺步骤简单，无需复杂设备，只需现场安装机械分散装置即可；(2)无需添加任何化学助剂，对造纸湿部环境影响小；(3)用量少，改性处理后的凹凸棒石微粒能够在纸料中以较低的添加量达到较好的助留助滤效果；(4)降低了造纸生产成本及工业污染。

Description

一种微粒助留助滤方法

技术领域

本发明涉及制浆造纸工业领域，特别是涉及一种提高纸料留着和滤水性能的微粒助留助滤方法。

背景技术

微粒助留助滤体系产生于20世纪80年代，与之前传统的单元、双元助留助滤体系相比，微粒助留助滤体系能同时兼顾纸页中填料和细小纤维的留着率、滤水性能和纸页匀度，微粒助留助滤体系由于其卓越的性能，因而得到了迅速的推广应用。目前，造纸行业中所使用的典型的微粒助留助滤体系主要为胶体二氧化硅与阳离子淀粉所组成的“Compozil”体系和改性膨润土与阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)组成的Hydrocol体系，其基本原理是先通过加入阳离子高聚物，使纸浆纤维与细小组分形成大絮聚体，再通过高剪切作用将大的絮聚体打碎，之后加入阴离子微粒将碎块重新桥联起来，形成更小、更致密的微小絮聚体，从而提高纸料留着率，同时改善体系的滤水性能和成纸匀度。尽管目前应用的微粒助留助滤体系在提高纸料留着和滤水性能以及纸页匀度方面作用明显，但在一定程度上依然存在工艺相对复杂以及成本较高的问题，制约了其在中低档纸机及纸种上的推广应用。

凹凸棒石是一种富镁铝的硅酸盐矿物，具有优良的阳离子交换性、吸水性、吸附脱色性、胶质价以及膨胀容等性能，其中一些物化性能与膨润土类似，且价格更为低廉，因而在微粒助留助滤技术中具有很大的应用潜力。公开号为CN101711973A的发明专利公开了一种可用于微粒助留助滤体系的改性凹凸棒石制备方法。用改性后的凹凸棒石微粒代替Hydrocol传统体系中的膨润土，可在一定程度上降低原料成本，体现了微粒助留助滤技术的一个新的发展趋势。然而上述发明所公开的凹凸棒石酸化及微波改性处理步骤相对复杂且需要借助相应的微波处理设备，处理成本相对较高，不利于大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于改性凹凸棒石的微粒助留助滤方法，该方法具有生产工艺简单且成本较低的优点。

本发明的技术方案如下：

(1)取凹凸棒石原料，烘干后研磨、过120目筛网，得到凹凸棒石粉体；

(2)将所述粉体置于水中，配制成质量百分比为1％～10％的悬浮液；

(3)对所述悬浮液进行机械分散处理，使悬浮液中凹凸棒石微粒的平均粒径≤10μm；

(4)将经过打浆处理的纸浆纤维和填料预混均匀，然后在低剪切搅拌条件下加入相对于绝干纸料质量百分比为0.02～0.05％的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，使纸料中形成大絮聚体；

(5)在高剪切搅拌条件下打散大絮聚体，再加入相对于绝干纸料质量百分比为0.05～0.5％的经步骤3处理后的悬浮液，混合均匀，使纸料中形成致密的微小絮聚体；

(6)将纸料送入抄纸设备，经过成形、压榨、干燥处理后产出纸张。

所述步骤3中的机械分散处理是目前已知的、广泛应用于涂料、化工、食品以及医药等领域中的物理分散处理技术，具体形式包括研磨分散、胶体磨分散、球磨分散、高速搅拌等，其原理是利用机械搅拌分散设备，如高剪切分散乳化机、均质机以及研磨机等设备所产生的高剪切力或撞击力等机械能对悬浮液进行均质分散。本发明技术方案优选高剪切分散乳化机对悬浮液进行机械分散处理，处理时的搅拌转速优选1100～28000rpm，处理时间以1～60min为宜，该处理条件能够充分保证处理后悬浮液中的凹凸棒石微粒具有更符合要求的粒径分布和分散性。

所述步骤4中的纸浆纤维是由漂白化学浆、未漂白化学浆、机械浆以及化学机械浆中的一种或数种以任意比例组成，上述几种纸浆纤维可由针叶木、阔叶木、麦草、竹子、芦苇、甘蔗渣、废纸等常规制浆原料制备获得。所述填料为碳酸钙、滑石粉、高岭土或硅灰石，通常的添加量为25％或30％。

本发明技术方案采用机械分散的方法对凹凸棒石进行改性处理，其优点在于：(1)工艺步骤简单，无需复杂设备，只需现场安装机械分散装置即可；(2)无需添加任何化学助剂，对造纸湿部环境影响小；(3)用量少，改性处理后的凹凸棒石微粒能够在纸料中以较低的添加量达到较好的助留助滤效果；(4)降低了造纸生产成本及工业污染。

附图说明：

图1本发明实施例1步骤3处理前的凹凸棒石颗粒电镜扫描图。

图2本发明实施例1步骤3处理后的凹凸棒石微粒电镜扫描图。

图3本发明实施例3步骤3处理前、后的凹凸棒石悬浮液以及膨润土悬浮液的沉降速度对比图。

图4对照1、2、未加微粒处理以及实施例1～3中的纸料滤水曲线对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案及有益效果进行详细说明。

实施例1

(1)取凹凸棒石原料，烘干后研磨、过120目筛网，得到凹凸棒石粉体；

(2)将所述粉体置于水中，配制成质量百分比为5％的悬浮液；

(3)利用高剪切分散乳化机对悬浮液进行机械搅拌分散处理，搅拌转速为13000rpm，时间为30min；

(4)将经过打浆处理的纸浆纤维和相对于绝干纸料质量百分比为30％的研磨碳酸钙预混均匀，然后在低剪切条件下加入相对于绝干纸料质量百分比为0.05％的CPAM，使纸料中形成大絮聚体；

(5)在高剪切条件下打散大絮聚体，再加入相对于绝干纸料质量百分比为0.4％的经步骤3处理后的悬浮液，混合均匀，使纸料中形成致密的微小絮聚体；

(6)将纸料送入抄纸设备，经过成形、压榨、干燥处理后产出纸张。

实施例2

(1)将由实施例1得到的凹凸棒石粉体置于水中，配制成质量百分比为10％的悬浮液；

(2)利用高剪切分散乳化机对悬浮液进行机械搅拌分散处理，搅拌转速为3000rpm，时间为50min；

(3)将经过打浆处理的纸浆纤维和相对于绝干纸料质量百分比为30％的滑石粉预混均匀，然后在低剪切条件下加入相对于绝干纸料质量百分比为0.03％的CPAM，使纸料中形成大絮聚体；

(4)在高剪切条件下打散大絮聚体，再加入相对于绝干纸料质量百分比为0.2％的经步骤2处理后的悬浮液，混合均匀，使纸料中形成致密的微小絮聚体；

(5)将纸料送入抄纸设备，经过成形、压榨、干燥处理后产出纸张。

实施例3

(1)将由实施例1得到的凹凸棒石粉体置于水中，配制成质量百分比为1％的悬浮液；

(2)利用高剪切分散乳化机对悬浮液进行机械搅拌分散处理，搅拌转速为22000rpm，时间为5min；

(3)将经过打浆处理的纸浆纤维和相对于绝干纸料质量百分比为25％的研磨碳酸钙预混均匀，然后在低剪切条件下加入相对于绝干纸料质量百分比为0.04％的CPAM，使纸料中形成大絮聚体；

(4)在高剪切条件下打散大絮聚体，再加入相对于绝干纸料质量百分比为0.1％的经步骤2处理后的悬浮液，混合均匀，使纸料中形成致密的微小絮聚体；

(5)将纸料送入抄纸设备，经过成形、压榨、干燥处理后产出纸张。

性能测试

(1)扫描电镜形态观察：

取适量由实施例1步骤3分散处理后的凹凸棒石微粒悬浮液，按照标准GB/T2679.11-2008制备样品，用扫描电子显微镜观察凹凸棒石微粒的形态，并与分散处理前的凹凸棒石颗粒作比较。结果如图1和图2所示：分散处理前的凹凸棒石颗粒聚集体呈块状，结构致密且表面凹凸不平，在5000倍的放大倍数下依然很难分辨出纤维状晶束(图1所示)，相比之下，经过分散处理后的凹凸棒石微粒粒度明显变小，比表面积增大，同时微粒表面由于晶束解离而产生空隙(图2所示)，微粒粒度的减小以及比表面积的增大使凹凸棒石微粒的吸附能力进一步增强，从而与CPAM形成结构更加致密的微小絮聚体，提高纸料助留助滤性能。

(2)微粒粒径及粒度分布的测定：

取适量由实施例2步骤2分散处理后的凹凸棒石微粒悬浮液，用激光粒度分析仪测定微粒粒径及粒度分布，并与分散处理前的凹凸棒石颗粒作比较。结果表明：分散处理前的凹凸棒石颗粒的平均粒径为28.90μm，中位粒径为20.08μm，其中10％的颗粒粒径小于4.82μm，10％的颗粒粒径大于65.80μm；而分散处理后的凹凸棒石微粒的平均粒径仅为7.60μm，中位粒径为7.32μm，其中10％的颗粒粒径小于2.85μm，10％的颗粒粒径大于20.75μm。

(3)微粒悬浮液沉降速度的测定：

取50mL由实施例3步骤3分散处理后的凹凸棒石微粒悬浮液置于50mL量筒中，稳定后开始计时，每隔20min读取一次悬浮液的体积。以相同的方法对分散处理前的悬浮液以及膨润土悬浮液的沉降速度进行测定。结果如图3所示：分散处理前的悬浮液中凹凸棒石颗粒的沉降速度明显快于处理后的凹凸棒石微粒悬浮液以及膨润土悬浮液，后两者在静置120min后无明显分层现象，说明分散处理后的凹凸棒石微粒具有同膨润土相似的水化能力，能够在水中形成分散良好的悬浮液，呈现良好的胶体状态，从而能够大量吸附带正电荷的电解质，进而与带负电荷的纤维结合，有效提高纸料留着率。

(4)助留助滤性能的测试：

分别对实施例1～3获得的纸张的填料留着率、细小组分留着率以及纸料滤水性能进行测定。同时以未经分散处理的凹凸棒石颗粒悬浮液(以下简称为未处理悬浮液)/CPAM体系以及商品膨润土/CPAM体系分别作为对照1和对照2，以同样的方法(本发明技术方案步骤4)制备纸张并进行相同指标的测定。对照处理中，未处理悬浮液(其中凹凸棒石颗粒的质量百分比为10％)和商品膨润土在纸料中的添加量均为相对于绝干纸料质量百分比的0.4％；CPAM添加量为相对于绝干纸料质量百分比的0.5％。填料留着率及细小组分留着率的测定结果如表1所示：

表1实施例1～3及对照处理的留着率比较

从表1可以看出由实施例1～3获得的纸张的填料留着率、细小组分留着率和对照2(商品膨润土/CPAM体系)相当，均明显高于对照1(未处理悬浮液/CPAM体系)，表现出良好的助留性能。

纸料滤水性能的测定比较结果如图4所示：在最终滤水量上，对照1、2以及实施例1～3基本相同，未加微粒处理(仅添加CPAM)略低于其它各组处理；在滤水速度上，实施例1～2基本相同，均略低于对照2(商品膨润土/CPAM体系)，而实施例3好于对照2，相比之下，未加微粒处理和对照1(未处理悬浮液/CPAM体系)中纸料的滤水速度明显低于3个实施例，说明本发明技术方案能够在一定程度上改善纸料的滤水性能。

Claims (5)

1.一种微粒助留助滤方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)取凹凸棒石原料，烘干后研磨、过120目筛网，得到凹凸棒石粉体；

(2)将所述粉体置于水中，配制成质量百分比为1％～10％的悬浮液；

(3)对所述悬浮液进行机械分散处理，使悬浮液中凹凸棒石微粒的平均粒径≤10μm；

(4)将经过打浆处理的纸浆纤维和填料预混均匀，然后在低剪切搅拌条件下加入相对于绝干纸料质量百分比为0.02～0.05％的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，使纸料中形成大絮聚体；

(5)在高剪切搅拌条件下打散大絮聚体，再加入相对于绝干纸料质量百分比为0.05～0.5％的经步骤3处理后的悬浮液，混合均匀；

(6)将纸料送入抄纸设备，经过成形、压榨、干燥处理后产出纸张。

2.根据权利要求1所述的微粒助留助滤方法，其特征在于：所述步骤(3)中的机械分散处理是采用高剪切分散乳化机、均质机以及研磨机等能够产生高剪切力或撞击力的机械分散设备来进行。

3.根据权利要求2所述的微粒助留助滤方法，其特征在于：所述机械分散设备采用高剪切分散乳化机，相应的机械分散处理条件是：搅拌转速为1100～28000rpm，处理时间为1～60min。

4.根据权利要求1所述的微粒助留助滤方法，其特征在于：所述步骤(4)中的填料为碳酸钙、滑石粉、高岭土或硅灰石。

5.根据权利要求1所述的微粒助留助滤方法，其特征在于：所述步骤(4)中的纸浆纤维由漂白化学浆、未漂白化学浆、机械浆以及化学机械浆中的一种或数种以任意比例组成。