CN106638124B - 一种在淀粉改性高浓度填料的过程中提高纸张灰分含量和纸张强度的改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在淀粉改性高浓度填料的过程中提高纸张灰分含量和纸张强度的改性方法。该方法是先在一定的速度下充分糊化淀粉，然后加入脂肪酸溶液充分反应，反应结束后加入搅拌均匀的高浓度的填料悬浮液，充分混合反应后加入钙盐溶液，反应结束后制得改性的造纸填料即可用于纸张加填。在反应过程中原料未被利用率在5%以下，即溶解的淀粉非常少。而且相比在同强度条件下，未改性填料灰分含量在30‑35%的加填纸张，采用本发明获得的改性填料用于纸张加填时，最终纸张的灰分含量在40%以上。在相同灰分含量下，改性填料用于加填时，纸张的强度性能要比未改性加填纸的最大能提高35%以上，从而实现纤维用量和生产成本的有效降低。
Description
技术领域
本发明涉及造纸领域，具体涉及一种提高改性纸张灰分含量和纸张强度的改性方法。
背景技术
在现代造纸工业中，填料已经是必不可少的原料。最重要的用填料代替纤维可以有效的降低生产成本。其次填料用于抄纸时，可以有效的改善纸张的光学性能和印刷适性。Juice表现在可以提高纸张的亮度和不透明度，改善纸张的平滑度和匀度，同时增加纸张的柔软性，降低纸张的吸湿性和变形程度。众所周知，过量加填时，由于填料阻碍纤维间的结合，使纸张强度性质急剧下。这是因为常用填料，常用填料是一种无机物，而纤维是碳水化合物，结构上存在较大差别。当填料加入到纸张中时，填料不仅难以与纤维形成较强的结合作用，还会因填充于纤维之间而阻隔纤维间的结合作用。在很大程度上决定了其应用性能，而且是限制加填量提高的总要因素之一。为了降低加填对纸张强度造成的负面影响，目前出现很多填料改性的方法。其中，对填料进行有机改性是目前较热门的一个研究领域，比如，淀粉改性填料，指在无机填料表面包覆一层有机高分子化合物。王惠萍等研究了将阳离子淀粉用于碳酸钙填料的改性及其在高填纸中的应用，文中提到，和碳酸钙及相同用量的淀粉改性碳酸钙相比，阳离子淀粉改性碳酸钙能显著改善纸张强度;当阳离子淀粉与碳酸钙的配比为1:1，在加填量为40%的条件下，改性碳酸钙在纸张中的留着率比碳酸钙加填纸高86.0% 。Lambert等出了一种填料改性思想，使用阴离子淀粉衍生物和阳离子淀粉衍生物的混合物，通过絮凝包裹沉淀碳酸钙粒子形成填料的絮凝团。实验结果表明，这种絮凝填料能够改善纸幅成形时的留着率，另外，改性碳酸钙填料由于外层的有机包覆层抑制了在酸性抄纸体系下溶解性。
目前，关于填料淀粉改性的研究已有诸多文献，但其研究中淀粉含量都很高，有些甚至是碳酸钙的几倍到几十倍的用量。度下增加了成本，而且在抄造成纸张时，大部分的淀粉流失在水中，导致白水中出现很多淀粉，造成环境污染。本发明在淀粉改性高浓度碳酸钙的条件下，即用较少的淀粉改性大比重的填料，不仅研究了未被利用的淀粉的用量，而且获得改性填料加填纸较高的灰分和强度的工艺条件，从而很好解决或缓和纸张强度和加填量的矛盾关系，将能带来很大的生态意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在淀粉改性高浓度填料的过程中提高纸张灰分含量和纸张强度的方法，通过该改性工艺制备改性填料，不仅未被利用的原料很少，也就是在改性过程中，溶解的淀粉非常低，而且将改性制得填料用于纸张加填时，能够大大提高纸张的额灰分含量和纸张的抗张强度。在抄造纸张的过程中，填料表面的淀粉没有掉落，从而不会有白水问题。
本发明技术方案如下。
一种在淀粉改性高浓度填料的过程中提高纸张灰分含量和纸张强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将淀粉加入水中，之后进行糊化处理，得到混合物溶液；
2）加入脂肪酸类疏水改性剂溶液对混合物溶液进行疏水处理；
3）加入高浓度悬浮状态的填料进行混合；
4）加入钙盐类溶液对混合物进行沉降处理；
5）完成改性的填料用于纸张加填抄造成合格的纸张。
上述方法中，所述淀粉为工业淀粉；所述淀粉包括玉米淀粉、工业级马铃薯淀粉、工业级木薯淀粉或工业级甘薯淀粉中一种以上。
上述方法中，悬浮状态的填料的固含量为25%-40%，工业淀粉的绝干质量与填料的绝干质量比为4%-35%，糊化的淀粉的浓度为2%-10%。
上述方法中，步骤1）中，所述糊化处理的具体步骤为：对淀粉悬浮液行升温处理，升至75-98℃，并在75-98℃下糊化时间为10—150min，反应搅拌速度为100—1000rpm。
上述方法中，所述脂肪酸类疏水改性剂溶液的加入量满足：脂肪酸类疏水改性剂溶液的溶质脂肪酸类疏水改性剂为淀粉绝干量的质量的1%-15%。
上述方法中，所述脂肪酸类疏水改性剂溶液中的溶质脂肪酸类疏水改性剂为高级脂肪酸盐；所述高级脂肪酸盐包括硬脂酸钠、软脂酸钠、油酸钠或亚油酸钠。
上述方法中，步骤2）中，所述疏水处理的反应时间为5-30min，搅拌速度为100—800rpm。
上述方法中，步骤3）中，所述填料为造纸填料，包括研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、白泥碳酸钙、瓷土、滑石粉和硫酸钙；混合填料的温度在20℃-98℃。
上述方法中，步骤4）中，所述对加入钙盐对混合物溶液进行沉降处理的具体步骤为：降温至10-90℃，反应搅拌速度为100-700rpm，钙盐溶液溶质的质量为淀粉质量的50%-150%，沉降反应时间为10-30min。
上述方法中，步骤5）中，纸张的定量在60-85g/m2，瓜尔胶助留剂添加量为绝干浆料质量的0.01%-1%，疏解转速为5000-10000rmp。
与现有技术相比，本发明的优势为：
在淀粉改性高浓度碳酸钙的过程后，未被利用的淀粉很少，加了氯化钙溶液的改性产品出现明显的分层现象，上层清澈可见，下层沉降物为改性产品，淀粉利用率几乎百分之百。而未加氯化钙的溶液的产品上层浑浊，没有出现分层现象。而且改性填料用于加填时，相比在同强度条件下，未改性填料灰分含量在30-35%的加填纸张，采用本发明获得的改性填料用于纸张加填时，最终纸张的灰分含量在40%以上。在相同灰分含量下，改性填料用于加填时，纸张的强度性能要比未改性加填纸的最大能提高35%以上。从而避免了加填和强度的矛盾关系，实现造纸上成本的降低。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为改性GCC和为改性GCC不同灰分条件下抗张指数的比较；
图3为改性GCC和为改性GCC不同灰分条件下撕裂指数的比较；
图4为改性GCC和为改性GCC不同灰分条件下耐破指数的比较。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
（1）按照图1所示的流程。首先，将工业级玉米淀粉3g配制成5%的悬浮液，然后在300rpm搅拌速度下逐渐升温加热至95℃，在95℃保温糊化50min，然后加入1%-15%硬脂酸钠溶液（相对于淀粉的质量），反应10min后，加入固含量为28%悬浮状态的GCC（重质碳酸钙），（淀粉用量与填料的质量比为1：10），自然条件下加入质量分数为2.4%氯化钙溶液5ml，在400rmp搅拌速度下继续反应 20min，即获得改性碳酸钙。
(2)将漂白桉木浆(打浆度32-38°SR)稀释成1%的浓度，加入浓度为1g/L瓜尔胶助留剂，
用量为绝干浆的0.06%。加填量为30%-50%。纸页成型器进行抄纸，纸页定量80g/m2。
实施例2
（1）按照图1所示的流程。首先，将工业级玉米淀粉3g配制成5%的悬浮液，然后在300rpm搅拌速度下逐渐升温加热至95℃，在95℃保温糊化50min，然后加入1%-15%硬脂酸钠溶液（相对于淀粉的质量），反应10min后，加入固含量为28%悬浮状态的GCC（重质碳酸钙），（淀粉用量与填料的质量比为1：10），自然条件下加入质量分数为2.4%氯化钙溶液10ml，在400rmp搅拌速度下继续反应 20min，即获得改性碳酸钙。
(2)将漂白桉木浆(打浆度32-38°SR)稀释成1%的浓度，加入浓度为1g/L瓜尔胶助留剂，
用量为绝干浆的0.06%。加填量为30%-50%。纸页成型器进行抄纸，纸页定量80g/m2。纸张强度性能如图2~图4所示。
实施例3
（1）按照图1所示的流程。首先，将工业级玉米淀粉3g配制成5%的悬浮液，然后在300rpm搅拌速度下逐渐升温加热至95℃，在95℃保温糊化50min，然后加入1%-15%硬脂酸钠溶液（相对于淀粉的质量），反应10min后，加入固含量为28%悬浮状态的GCC（重质碳酸钙），（淀粉用量与填料的质量比为1：10），自然条件下加入质量分数为2.4%氯化钙溶液20ml，在400rmp搅拌速度下继续反应 20min，即获得改性碳酸钙。
(2)将漂白桉木浆(打浆度32-38°SR)稀释成1%的浓度，加入浓度为1g/L瓜尔胶助留剂，
用量为绝干浆的0.06%。加填量为30%-50%。纸页成型器进行抄纸，纸页定量80g/m2。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种在淀粉改性高浓度填料的过程中提高纸张灰分含量和纸张强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将淀粉加入水中，之后进行糊化处理，得到混合物溶液；
2）加入脂肪酸类疏水改性剂溶液对混合物溶液进行疏水处理；
3）加入高浓度悬浮状态的填料进行混合；
4）加入钙盐类溶液对混合物进行沉降处理；
5）完成改性的填料用于纸张加填抄造成合格的纸张；
所述淀粉为工业淀粉；所述淀粉包括玉米淀粉、工业级马铃薯淀粉、工业级木薯淀粉或工业级甘薯淀粉中一种以上；
悬浮状态的填料的固含量为25%-40%，工业淀粉的绝干质量与填料的绝干质量比为4%-35%，糊化的淀粉的浓度为2%-10%；
所述脂肪酸类疏水改性剂溶液的加入量满足：脂肪酸类疏水改性剂溶液的溶质脂肪酸类疏水改性剂为淀粉绝干量的质量的1%-15%；
步骤4）中，所述对加入钙盐对混合物溶液进行沉降处理的具体步骤为：降温至10-90℃，反应搅拌速度为100-700rpm，钙盐溶液溶质的质量为淀粉质量的50%-150%，沉降反应时间为10-30min；
步骤5）中，纸张的定量在60-85g/m2，瓜尔胶助留剂添加量为绝干浆料质量的0.01%-1%，疏解转速为5000-10000rmp。
2.根据权利要求1所述的提高改性填料加填纸灰分含量和纸张强度的改性方法，其特征在于：步骤1）中，所述糊化处理的具体步骤为：对淀粉悬浮液行升温处理，升至75-98℃，并在75-98℃下糊化时间为10—150min，反应搅拌速度为100—1000rpm。
3.根据权利要求1所述的提高改性填料加填纸灰分含量和纸张强度的改性方法，其特征在于：所述脂肪酸类疏水改性剂溶液中的溶质脂肪酸类疏水改性剂为高级脂肪酸盐；所述高级脂肪酸盐包括硬脂酸钠、软脂酸钠、油酸钠或亚油酸钠。
4.根据权利要求1所述的提高改性填料加填纸灰分含量和纸张强度的改性方法，其特征在于：步骤2）中，所述疏水处理的反应时间为5-30min，搅拌速度为100—800rpm。
5.根据权利要求1所述的提高改性填料加填纸灰分含量和纸张强度的改性方法，其特征在于：步骤3）中，所述填料为造纸填料，包括研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、白泥碳酸钙、瓷土、滑石粉和硫酸钙；混合填料的温度在20℃-98℃。
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