CN105544290B - 一种改性硫酸钙晶须的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于造纸填料技术领域，特别涉及一种改性硫酸钙晶须的制备方法，分别将淀粉与去离子水配制成质量百分比为一定浓度的料浆，搅拌均匀下，升温至70‑100℃糊化，恒温1.5‑2.5小时，得到淀粉浆料；将交联剂与去离子水制得一定浓度的交联剂溶液；将所述淀粉浆料冷却至45‑60℃，在0.2‑0.5小时内，匀速滴入所述交联剂溶液，恒温反应1‑5小时后，用碱性溶液调节PH值至11；将硫酸钙晶须和交联淀粉溶液按质量份数50:20‑50的比例，经喷雾干燥器喷雾干燥处理后，制得改性硫酸钙晶须。本制备方法中加入了交联剂，可以较大幅度提高淀粉的包覆率；本制备方法将硫酸钙晶须改性后，使得晶须不会团聚，兼顾了填料尺寸与填料与纸张纤维相互作用效果；本发明没有加入有机溶剂，介质只有水，其生产成本低、污染小、能耗低、产率高。

Description

一种改性硫酸钙晶须的制备方法
技术领域
本发明属于造纸填料技术领域，特别涉及一种改性硫酸钙晶须的制备方法。
背景技术
在制浆造纸工艺中，一般采用填料工艺，常用填料有重钙(天然CaCO3磨剂)，轻钙(合成工艺)，各类二氧化硅级硫酸钙晶体及其它无机填料。硫酸钙晶须是一种新型的具有很高综合性能的无机材料，既不同于植物纤维，也不同于传统填料如碳酸钙、滑石粉等。它是介于植物纤维与传统填料之间的新型纤维状材料，具有传统填料所不具备的某些特殊性质，如良好的尺寸稳定性、耐热性、抗化学性、阻燃性和电绝缘性，这些性质是植物纤维无法比拟的；增强高亮度、高松厚度、高透明度等性质，这些性质也是传统填料碳酸钙等无法比拟的。
各类填料的使用，主要参考的指标有两个：
1.形状、尺寸。
2.填料颗粒与纸纤维的“亲和”作用。
在形状尺寸方面，目前研究方向是多为亚微米级纳米级填料。由于纸纤维宏观尺寸上相近，亚微米尺寸的填料有可能在纸纤维之间的缝隙留存，加上纤维之间的离子键，氢键及其它分子间的作用。增大了其抄纸过程中的“留着率”，而纳米尺寸的填料，有报道，它们甚至不但存在于纤维缝隙，更是进入了植物细胞内空间，起到填料作用，由植物细胞壁成为它们的骨架。从而达到增加留着率的效果。
在这两类不同尺寸的填料颗粒起作用的前提，是它们必需首先在尺寸上区别“亚微米”，“纳米”级的要求。即使在制备“亚微米”和“纳米”尺寸填料颗粒过程中，由于制备工艺与填料本身材料属性的原因，不可避免地会引起颗粒表面电荷的聚集和分布变化，一个直接的结果，就是已制备好的颗粒产生“团聚”，在使用过程中，团聚颗粒比团聚前的尺寸大了几个，甚至几十个数量级，导致上述填料的作用下降。因此，制备好的填料颗粒的表面与纸张纤维相互作用过程至为重要。宏观上，可以大大提高填料颗粒的“留着率”，以达到纸张填料的各项效果。
针对现有技术的弱点，本发明提供一种改性硫酸钙晶须的制备方法，考虑了填料尺寸与填料与纸张纤维相互作用效果的兼顾，用其制得的改性硫酸钙晶须地投入使用能大大改善填料用于造纸过程中填加量和纸张的物理性质。
发明内容
本发明的目的，在于克服上述方法的缺点和不足，对硫酸钙晶须表面状态进行改进，以提供一种生产成本低，生产效率高，制备改性硫酸钙晶须造纸填料的新方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种改性硫酸钙晶须的制备方法，其步骤包括：
(1)称取如下原料，按质量份数比例如下：
(2)淀粉糊化：将淀粉与去离子水A配制成质量百分比为一定浓度的料浆，搅拌均匀下，升温至70-100℃糊化，恒温1.5-2.5小时，得到淀粉浆料；
(3)制备交联剂溶液：将交联剂与去离子水B制得交联剂溶液。
(4)制备交联淀粉溶液:将所述淀粉浆料冷却至45-60℃，在0.2-0.5小时内，匀速滴入所述交联剂溶液，恒温反应1-5小时后，用碱性溶液调节PH值至11。
(5)选取长度15-100μm,直径1-8μm，长径比15-50的硫酸钙晶须。
(6)将步骤(5)的硫酸钙晶须和步骤(4)制备的交联淀粉溶液按质量份数50:20-50的比例，获经喷雾干燥器喷雾干燥处理后，即制得改性硫酸钙晶须。
所述步骤(1)中，淀粉为普通玉米淀粉或木薯淀粉。
所述步骤(1)中交联剂为为选自三聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或其混合物。合适的交联剂有利于提高淀粉的交联度和降低水溶性。
所述步骤(4)中，碱性溶液为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠溶液的一种或多种。
所述步骤(5)的喷雾干燥器喷雾干燥处理方式中，保持50-80℃的混合温度，所述硫酸钙晶须和所述交联淀粉溶液反应2-5小时。
所述交联淀粉溶液使用蠕动泵注入。通过蠕动泵注有利于控制加料速度，保持料液和粉末的配比。
所述制备方法应用于制浆造纸领域。
本发明的有益效果是：
1、本制备方法加入了交联剂，可以较大幅度提高淀粉的包覆率。
2、本制备方法将硫酸钙晶须改性后，使得晶须不会团聚，兼顾了填料尺寸与填料与纸张纤维相互作用效果。
3、本发明使用的是硫酸钙，用于代替纸张填料碳酸钙，由于硫酸钙是工业废弃物，具有环保的社会效应。
4、本发明没有加入有机溶剂，介质只有水，其生产成本低、污染小、能耗低、产率高。
附图说明
图1是根据本发明的实施例1中，制得的改性硫酸钙晶须的电镜图。
图2是根据本发明的对比例1中，制得的改性硫酸钙晶须的电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
实施例1：
长度11μm,直径1.1μm的硫酸钙晶须为原料A。
向附有温度计，搅拌器，滴加装置，氮气导入管的回流冷凝器的玻璃反应器中加入85g去离子水，5g玉米淀粉。在搅拌下，升温至80℃糊化，保持温度2.5小时。冷却至50℃在0.5小时内滴加含0.5g六偏磷酸钠水溶液10ml，保持50℃5小时，结束反应。用30％碳酸钠水溶液调节是pH＝11，制得B。
配比：
A： 50 (质量份数)
B： 50 (质量份数)
A加入喷雾干燥器腔体打开气流装置，同时升温，至反应釜中温度达到50℃。开动蠕动泵注入液体；保持温度和吹气速度，注意观察粉体包覆现象5小时，出料，过滤，干燥，得所需改性硫酸钙晶须，其电镜图见说明书附图1。
实施例2
长度8.5μm,直径1.3μm的硫酸钙晶须为原料A。
制备有温度计，搅拌器，滴加装置，氮气导入管的回流冷凝器的玻璃应器中加入170g水，8g玉米淀粉。在搅拌下，升温至85℃糊化，保持温度2小时。冷却至50℃在0.3小时内滴加含0.35g三聚磷酸钠水溶液10ml，保持50℃3小时，结束反应。用30％碳酸钠水溶液调节是pH＝11，制得B。
配比：
A： 50 (质量份数)
B： 45 (质量份数)
A加入喷雾干燥器1腔体打开气流装置，同时升温，至反应釜中温度达到55℃。开动蠕动泵注入液体；保持温度和吹气速度，注意观察粉体包覆现象4小时，出料，过滤，干燥，得所需改性硫酸钙晶须。
实施例3
长度5.3μm,直径0.75μm的硫酸钙晶须为原料A。
向带有温度计，搅拌器，滴加装置，氮气导入管的回流冷凝器的玻璃应器中加入170g水，8.5g玉米淀粉。在搅拌下，升温至85℃糊化，保持温度1.5小时。冷却至55℃在0.2小时内滴加含0.3g三聚磷酸钠、0.2g六偏磷酸钠的混合水溶液10ml，保持55℃1小时，结束反应。用30％碳酸钠水溶液调节是pH＝10.5，制得B。
配比：
A： 50 (质量份数)
B： 35 (质量份数)
A加入喷雾干燥器1腔体打开气流装置，同时升温，至反应釜中温度达到65℃。开动蠕动泵注入液体；保持温度和吹气速度，注意观察粉体包覆现象2小时，出料，过滤，干燥，得所需改性硫酸钙晶须。
对比例1
长度11μm,直径1.1μm的硫酸钙晶须为原料A。
向附有温度计，搅拌器，滴加装置，氮气导入管的回流冷凝器的玻璃反应器中加入85g去离子水，5g玉米淀粉。在搅拌下，升温至80℃糊化，保持温度2.5小时。冷却至50℃在0.5小时内滴加含0.5g磷酸氢钠水溶液10ml，保持50℃5小时，结束反应。用30％碳酸钠水溶液调节是pH＝11，制得B。
配比：
A： 50 (质量份数)
B： 50 (质量份数)
A加入喷雾干燥器腔体打开气流装置，同时升温，至反应釜中温度达到50℃。开动蠕动泵注入液体；保持温度和吹气速度，注意观察粉体包覆现象5小时，出料，过滤，干燥，得所需改性硫酸钙晶须，其电镜图见说明书附图2。
用磷酸氢钠作为交联剂，硫酸钙晶须包覆不均匀。
测试结果：
1、将上述三个实施例中制得的硫酸钙晶须进行测试，具体数据如下表1所示
表1
长度(平均μm) 长径比 包覆产率(％) 粒径分布D50
实施例1 11 10:1 99.8 11.7
实施例2 8.5 20:3 100 9.0
实施例3 5.3 7:1 100 6.2
从表中可看出，硫酸钙晶须的包覆产率很高。
2、将改性硫酸钙晶须用于抄纸填料通过如下的抄纸工艺后，然后测试手抄片纸样指标：
抄造定量100g/m2
工艺：
空白：浆80g/m2(100％纤维)+AKD403(10kg/t纸)+PCC(20g/m2)+CPAM(200ppm)(干/干)
晶须：浆80g/m2(80％纤维+20％晶须)+AKD403(10kg/t纸)+PCC(20g/m2)+CPAM(200ppm)(干/干)
按上述工艺，称取浆料，依次加入晶须、AKD、PCC、CPAM搅拌，取下配好的浆料，用73-62半自动纸页成型器抄片，用73-50标准纸页压榨机压榨后，自然风干，1minCobb值、不透明度、抗张强度、伸长率、耐折强度等指标。
表2手抄片纸样指标(温/湿度20℃/45％)
从表中可看出，改性的硫酸钙晶须在部分代替了碳酸钙的情况下，并没有降低纸张性能。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种改性硫酸钙晶须的制备方法，其步骤包括：
(1)称取如下原料，按质量份数比例如下：
其中，所述步骤(1)中交联剂为选自三聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或其混合物；
(2)淀粉糊化：将淀粉与去离子水A配制成质量百分比为一定浓度的料浆，搅拌均匀下，升温至70-100℃糊化，恒温1.5-2.5小时，得到淀粉浆料；
(3)制备交联剂溶液：将交联剂与去离子水B制得交联剂溶液；
(4)制备交联淀粉溶液:将所述淀粉浆料冷却至45-60℃，在0.2-0.5小时内，匀速滴入所述交联剂溶液，恒温反应1-5小时后，用碱性pH调节剂将pH值调制至11；
(5)将硫酸钙晶须和步骤(4)制备的交联淀粉溶液按质量份数50:20-50的比例，经喷雾干燥器喷雾干燥处理后，即制得改性硫酸钙晶须。
2.根据权利要求1所述的改性硫酸钙晶须的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，淀粉为普通玉米淀粉或木薯淀粉。
3.根据权利要求1所述的改性硫酸钙晶须的制备方法，其特征在 于：所述步骤(4)中，碱性pH调节剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠溶液的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的改性硫酸钙晶须的制备方法，其特征在于：所述碱性pH调节剂为30％碳酸钠水溶液。
5.根据权利要求1所述的改性硫酸钙晶须的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)的喷雾干燥器喷雾干燥处理方式中，保持50-80℃的混合温度，所述硫酸钙晶须和所述交联淀粉溶液反应2-5小时。
6.根据权利要求5所述的改性硫酸钙晶须的制备方法，其特征在于：所述交联淀粉溶液使用蠕动泵注入。
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