CN106192556B - 珍珠岩粉作为造纸用填料/颜料及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料领域（建筑节能领域），具体为一种珍珠岩粉作为造纸用填料的方法，包括如下步骤：将珍珠岩粉配制成悬浊液，悬浊液的固含量为50%以上，粘度为320mPa·s；在悬浮液中添加分散剂，分散剂比例为珍珠岩粉的0.4%‑1.2%，经过高速搅拌混合均匀，转速为2500转/分；将分散完成后的悬浊液转移至砂磨机中进行研磨，研磨剪切速率为10m/s，球料比为4:1；经过激光粒度法测定小于2微米的颗粒比例达到总颗粒的70%以上时，加入消泡剂，完成珍珠岩填料。本发明首创性地提出有珍珠岩粉制造高品质的纸张，大大降低造纸成本同时有利于矿产资源的再生利用，经过证明，珍珠岩粉是一种优质的造纸填料和颜料的制作原材料。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域（建筑节能领域），具体为一种珍珠岩粉作为造纸用填料/颜料的方法。
背景技术
填料是为了使纸张获得特定性能，如白度、不透明度、平滑度等。纸张纤维相互交织而形成的网络总是存在大量的孔隙和表面凹凸不平处，加入细小颗粒填料后能改进纸张的柔软性和可塑性，能进行更好压光处理，从而可改进压光后纸张的平滑度。同时，填料的加入使纸张内部空隙变小变细，使得吸墨性变匀。通常加入浆料中的不溶于水或微溶于水的矿物质，在印刷纸中含量约为10%-25%，颗粒尺寸在0.5-10μm范围内，特种的填料的粒径范围只有数十纳米（SiO2、TiO2等）。 纸张所用的填料除滑石粉稍有疏水性外，其余都是亲水性的。珍珠岩粉在相关方面的物理性质和化学性质均具有优势，完全可以代替市场上常用的滑石粉等作为纸张填料（颜料），并且成本低廉，变废为宝，美化环境。
珍珠岩粉是在工作温度为1250～1350℃的焙烧炉内膨胀产生的，部分产品伴随炉内高温烟气排人大气。其余的膨胀珍珠岩粉是由风从焙烧炉送到贮料仓里，珍珠岩粉都在贮料仓尾部除尘部收集。珍珠岩粉的密度极小（0.1g/cm），相当于非金属矿（如耐火材料）粉尘密度的1/20，但工业上珍珠岩粉尾料的产量却相当惊人，珍珠岩产业，其最终生产环节，产品与珍珠岩尾料的质量比可达到5:1至3:1，珍珠岩粉的来源极其广泛。
近年来，滑石粉被列为“两高一资”产品，产业政策有了较大变化，复垦费09年已开始征收，资源税的改革已箭在弦上，环境保护将有更严格的要求。市场对滑石粉的需求量仍在不断增长，但其供货数量远不能满足市场的需求，近年来缺口越来越大。我国滑石粉近年来的产量和十几年前相比，下降幅度很大。滑石粉原料价格的上涨，滑石粉质量不如从前，成本越来越高，资源紧缺的问题突显，正在成为造纸工业和涂料工业进一步发展的制约瓶颈。长远的观点看，丰富的原料和加工能力是我国轻工业进一步发展的基石，缺一不可。但目前原料的紧缺已经开始制约加工行业的投资和发展。目前，国内在珍珠岩的生产制备方面已经具备较为成熟的技术，且技术水平还在不断提高，珍珠岩粉比滑石粉在价格方面有明显的优势，这既是挑战，也是机遇。利用珍珠岩粉作为造纸和涂料工业的填料已成为必然的趋势。下一步将考虑如何利用我国的珍珠岩资源，满足国内和国际市场的需求。
发明内容
本发明旨在将珍珠岩粉应用于造纸的生产过程，用于部分或全部替代滑石粉，既能实现珍珠岩资源合理利用，又能为造纸工业提供新的原材料或替代材料，同时又能满足所生产纸张的性能要求。
珍珠岩粉的性能指标如下：
表1珍珠岩粉性能指标
表2珍珠岩粉化学成分构成比例
珍珠岩粉不能直接加入打浆池。必须采用填料预处理系统，使珍珠岩粉充分分散润湿后添加，这样才能通过化学助剂的作用使珍珠岩粉与纤维发生络合。工艺是：利用搅拌器，用含50%-70％的珍珠岩粉填料的水悬浮液在搅拌器中高速处理后，用水稀释后加入化学助剂-分散剂，制成填料悬浊液，再加入浆料中。在悬浊液中添加分散剂有助于降低悬浊液的粘度，提高悬浊液的稳定性和提高研磨性能，常用的分散剂有聚丙烯酸盐、聚磷酸盐等。
本发明是采用如下技术方案实现的：
珍珠岩粉填料和颜料处理过程详述如下：
一种珍珠岩粉作为造纸用填料的方法，包括如下步骤：将珍珠岩粉配制成悬浊液，悬浊液的固含量为50%以上，粘度为320mPa·s；在悬浮液中添加分散剂，分散剂比例为珍珠岩粉的0.4%-1.2%，经过高速搅拌混合均匀，转速为2500转/分；将分散完成后的悬浊液转移至砂磨机中进行研磨，研磨剪切速率为10m/s，球料比为4:1；经过激光粒度法测定小于2微米的颗粒比例达到总颗粒的70%以上时，加入消泡剂，完成珍珠岩填料。
所述分散剂为聚丙烯酸盐或者聚磷酸盐。
所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷，添加比例为珍珠岩粉的0.02%。
使用时，上述珍珠岩填料还可以和其它造纸填料组合，即在所述珍珠岩填料中加入滑石粉、高岭土、碳酸钙质或二氧化钛中的一种或多种。其中，添加比例以珍珠岩粉为计，添加滑石粉1%~5%，添加高岭土1%~10%，添加碳酸钙质1%~5%，添加二氧化钛0.01%~0.05%。
本发明所述造纸颜料制作的纸张可以是生活用纸、包装纸、复印纸、双胶纸、新闻纸、牛皮纸、铜版纸、涂布纸、箱板纸等。本发明的珍珠岩粉可以在抄造前的任意时刻加入纸浆中，用量取决于纸张品种和机械运行情况等因素。其中，填料用量为0~1100kg/m3。
另外，一种珍珠岩粉作为造纸用颜料的方法，包括如下步骤：将珍珠岩粉配制成悬浊液，悬浊液的固含量为60%以上，粘度为380mPa·s；在悬浮液中添加分散剂，分散剂比例为珍珠岩粉的1.6%-2.5%；经过高速搅拌混合均匀，转速为2500转/分；将分散完成后的悬浊液转移至砂磨机中进行研磨，研磨剪切速率为10m/s，球料比为6:1；经过激光粒度法测定小于2微米的颗粒比例达到总颗粒的85%以上时，加入消泡剂，完成珍珠岩颜料。
所述分散剂为聚丙烯酸盐或者聚磷酸盐。
所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷，添加比例为珍珠岩粉的0.02%。
使用时，上述珍珠岩颜料还可以和其它造纸颜料组合，即在所述珍珠岩颜料中加入滑石粉、高岭土、碳酸钙质或二氧化钛中的一种或多种。其中，添加比例以珍珠岩粉为计，添加滑石粉1%~5%，添加高岭土1%~10%，添加碳酸钙质1%~5%，添加二氧化钛0.01%~0.05%。本发明所述造纸颜料制作的纸张可以是生活用纸、包装纸、复印纸、双胶纸、新闻纸、牛皮纸、铜版纸、涂布纸、箱板纸等。其中，颜料用量为0~400g/m3。
珍珠岩粉用在造纸工业中具有如下优点：
1、高自然白度，一般不需要化学漂白，加工成本低；纸页白度随着珍珠岩粉比例的增加而提升明显。
2、具有绝对的化学惰性，不与任何化学品反应，对pH值变化也不敏感。
3、能够提升纸张的强度，韧性和耐折性能；使纸张具有优异的加工性能及较好的抗磨蚀能力，摩擦系数小，可以延长抄纸网的使用寿命。
4，表面具有亲油性，在作为填料的同时，也可作为树脂胶粘剂控制剂，可以和施胶剂结合良好而改善施胶剂的性能。
5、基于珍珠岩粉庞大的比表面积，纸张的吸墨性能改善明显，这也是高岭土和碳酸钙填料所不能比拟的。
6、填料粒子在体系中物理分散均匀，纸张具有较好的消光性能。
7、珍珠岩粉作为珍珠岩膨化过程中的副产品，成本低廉。
珍珠岩粉是工业生产过程中大量产生的尾料，本发明首创性地提出有珍珠岩粉制造高品质的纸张，大大降低造纸成本同时有利于矿产资源的再生利用，经过证明，珍珠岩粉是一种优质的造纸填料和颜料的制作原材料，具有很好的推广应用价值。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种珍珠岩粉作为造纸用填料的方法，包括如下步骤：
将珍珠岩粉配制成悬浊液，悬浊液的固含量为50%以上，粘度为320mPa·s；在悬浮液中添加分散剂（聚丙烯酸盐或者聚磷酸盐），分散剂比例为珍珠岩粉的0.4%-1.2%，经过高速搅拌20分钟，混合均匀，转速为2500转/分；将分散完成后的悬浊液转移至砂磨机中进行研磨，研磨剪切速率为10m/s，球料比为4:1；经过激光粒度法测定小于2微米的颗粒比例达到总颗粒的70%以上时，加入消泡剂（聚二甲基硅氧烷），所述消泡剂添加比例为珍珠岩粉的0.02%，完成珍珠岩填料。
一种造纸填料，包括上述方法制备的珍珠岩填料，所述珍珠岩填料中加入滑石粉、碳酸钙质和二氧化钛，添加比例分别为珍珠岩粉的2%、1%、0.03%。
实施例2
一种造纸过程中珍珠岩粉作为颜料的方法，包括如下步骤：将珍珠岩粉配制成悬浊液，悬浊液的固含量为60%以上，粘度为380mPa·s；在悬浮液中添加分散剂（聚丙烯酸盐或者聚磷酸盐），分散剂比例为珍珠岩粉的1.6%-2.5%；经过高速搅拌20分钟，混合均匀，转速为2500转/分；将分散完成后的悬浊液转移至砂磨机中进行研磨，研磨剪切速率为10m/s，球料比为6:1；经过激光粒度法测定小于2微米的颗粒比例达到总颗粒的85%以上时，加入消泡剂（聚二甲基硅氧烷），消泡剂添加比例为珍珠岩粉的0.02%，完成珍珠岩颜料。
一种造纸颜料，包括上述方法制备的珍珠岩颜料，所述珍珠岩颜料中加入高岭土、碳酸钙质、二氧化钛，添加比例分别为珍珠岩粉的3%、1%、0.03%。
若选用的珍珠岩粉工业尾料其粒径满足造纸填料或颜料的粒径要求，则可以省略本发明实施例所述过程中球磨工艺。珍珠岩粉尾料粒径过大，会影响填料的悬浮性，增加磨蚀，影响纸张的平滑度，粒径过小则会影响纸张强度。在上述实施方式中，本发明的填料和颜料均采用湿磨法制备。
具体测试采用湿抄法制备手抄片：
称取纸浆-疏解（30000r）转移到浆槽内并稀释，使浆浓度大于1%（按纤维绝干计算的重量百分比），搅拌10min后添加淀粉溶液，搅拌2min后添加OBA溶液，搅拌5min后添加填料，并将纸料配成1%（按纸料绝干计算的重量百分比）的浓度，搅拌20min后称取纸料（一张手抄片所需纸料），将纸料倒入抄片器，注水，鼓泡10s后加助留剂，鼓泡10s-脱水-将抄好的多张湿纸页与吸水纸交替叠放-压榨（3.5MPa），5min-换吸水纸，继续压榨（3.5MPa）2min-恒温恒湿晾干纸页。
（1）球料比
（2）固含量
（3）分散剂
在抄纸过程中，纸浆中的纸纤维和填料等具有疏水性，有絮凝成团的趋势，往往难以制得性能均匀，强度符合要求的纸张。需要加入一种助剂增加纸浆的粘度，以利于纤维和填料的均匀分散，使抄出的纸均匀平滑有柔性无洞眼，使抄纸性能稳定，抄纸时不易断纸和起粉末，同时能提高纸品的拉力及干湿强度并节约纸浆
（4）消泡剂
造纸消泡剂是针对造纸工业的抄纸工艺起泡特点而设计，使用本品可以有效控制纸浆、泡沫漫溢和提高抄纸质量。放料时，添加消泡剂物料的粘度明显降低，在研磨过程中添加消泡剂，可以提高研磨效率，缩短研磨时间，提高研磨的固含量。
（5）测试结果
在未掺加分散剂和消泡剂的前提下，将球料比（3:1）、固含量（55%）作为定量，对填料种类和填料掺加比例对纸张性能的影响进行测试，测试分为四个对比组，分别为：
对比组A：填料种类为珍珠岩粉，填料比例为25%；
对比组B：填料种类为传统GCC，填料比例为25%；
对比组C：填料种类为珍珠岩粉，填料比例为35%；
对比组D：填料种类为传统GCC，填料比例为35%。
制作的纸张的测试结果如下：
珍珠岩粉具有密度低，比表面积大，产量高，价格低廉等优点，以珍珠岩粉作为造纸颜料，可提高纸张的自然白度，能够提升纸张的强度，韧性和耐折性能。使纸张具有优异的加工性能及较好的抗磨蚀能力，摩擦系数小，可以延长抄纸网的使用寿命。基于珍珠岩粉庞大的比表面积，纸张的吸墨性能改善明显。此外珍珠岩粉在体系中物理分散均匀，纸张具有较好的消光性能。
综合考虑这几种颜料/填料的物理性能、价格以及加填后纸张的性能，在纸张的制造中可以采取珍珠岩粉作为颜料，并在珍珠岩颜料中加填滑石粉、高岭土、碳酸钙质或二氧化钛等填料，以平衡纸张的性能要求及控制生产成本。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。
Claims (8)
1.一种珍珠岩粉作为造纸用填料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
将珍珠岩粉配制成悬浊液，悬浊液的固含量为50%以上，粘度为320mPa·s；在悬浊液中添加分散剂，分散剂比例为珍珠岩粉的0.4%-1.2%，经过高速搅拌混合均匀，转速为2500转/分；将分散完成后的悬浊液转移至砂磨机中进行研磨，研磨剪切速率为10m/s，球料比为4:1；经过激光粒度法测定小于2微米的颗粒比例达到总颗粒的70%以上时，加入消泡剂，完成珍珠岩填料。
2.根据权利要求1所述的珍珠岩粉作为造纸用填料的方法，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸盐或者聚磷酸盐。
3.根据权利要求1所述的珍珠岩粉作为造纸用填料的方法，其特征在于：所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷，添加比例为珍珠岩粉的0.02%。
4.一种造纸填料，其特征在于：包括采用权利要求1-3所述方法制备的珍珠岩填料，所述珍珠岩填料中加入滑石粉、高岭土、碳酸钙质或二氧化钛中的一种或多种。
5.一种珍珠岩粉作为造纸用颜料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
将珍珠岩粉配制成悬浊液，悬浊液的固含量为60%以上，粘度为380mPa·s；在悬浊液中添加分散剂，分散剂比例为珍珠岩粉的1.6%-2.5%；经过高速搅拌混合均匀，转速为2500转/分；将分散完成后的悬浊液转移至砂磨机中进行研磨，研磨剪切速率为10m/s，球料比为6:1；经过激光粒度法测定小于2微米的颗粒比例达到总颗粒的85%以上时，加入消泡剂，完成珍珠岩颜料。
6.根据权利要求5所述的珍珠岩粉作为造纸用颜料的方法，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸盐或者聚磷酸盐。
7.根据权利要求5所述的珍珠岩粉作为造纸用颜料的方法，其特征在于：所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷，添加比例为珍珠岩粉的0.02%。
8.一种造纸颜料，其特征在于：包括采用权利要求5-7所述方法制备的珍珠岩颜料，所述珍珠岩颜料中加入滑石粉、高岭土、碳酸钙质或二氧化钛中的一种或多种。
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