CN106835785B - 包含已膨胀微球的纸浆的制备方法及其在特种纸中的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包含已膨胀微球的纸浆的制备方法及其在特种纸中的用途。将微球添加到纤维纸浆中，在纸张干燥前进行热膨胀过程，可以更好的控制膨胀温度以及时间，使得微球充分、均匀地膨胀，并与纤维紧密结合，进一步提高纸张品质，并且对工艺、设备的要求降低，不需要对现有设备进行改进，节约成本。同时由此制备的包含已膨胀微球的浓纸浆加入到造纸用浆料中时，已经与纸浆紧密作用的微球可以良好的分散于造纸浆料中，提高了助留性能与微球的有效利用率。热膨胀微球应用于造纸工业中，可显著降低纤维素的用量，含微球体的纸张重量较轻，松厚度、挺度提高。

Description

包含已膨胀微球的纸浆的制备方法及其在特种纸中的用途

技术领域

本发明涉及一种包含已膨胀微球的纸浆的制备方法及其在特种纸中的用途，属于造纸技术领域。

背景技术

纸张广泛应用于工农业生产以及人们日常生活的各个领域。当前，造纸工业的发展主要集中在降低纤维素产品(例如纸板产品)的重量，并在此基础上提高其它特性，如松厚度、强度、挺度等，从而制备具有不同性能的特种纸。热膨胀微球是一种具有核壳结构的高分子颗粒，受热时，聚合物外壳软化，微球内部包封的低沸点烃类挥发，内压增大，体积显著增加。在纸浆中加入1％的微球，会使纸张的松厚度提高18～22％，同时提高挺度。因此在造纸生产中添加热膨胀微球，可显著降低纤维素的使用量，并且含微球体的纸张重量较轻，松厚度提高，进一步达到节约成本、提高生产效率、改善印刷适性等目的。一些专利公开了热膨胀微球应用于造纸工业的实例。

中国专利CN101460240以及美国专利US20070287776中公开了一种可热膨胀的热塑性微球以及微球在制造纸中的应用。纸的制造方法包括由硬木浆、软木浆和重质碳酸钙填料组成纸浆，打浆分散得到纸浆淤浆/浆料，将可热膨胀微球以水性淤浆形式，在混合箱之前添加到含纤维素纤维的浆料中，使用阳离子淀粉/胶体二氧化硅作助留剂、烷基烯酮二聚体作施胶剂，在造纸网上使以上浆料脱水而获得纸，通过施加热干燥纸从而足够地升高微球的温度使其膨胀。

中国专利CN101378830以及美国专利US20080017338均公开了一种具有低T_起始、高化学品耐受性和高膨胀容量的可膨胀微球，并提供了一种用在造纸中的含有可膨胀微球的水性淤浆。该专利的造纸方法包括向含有纤维素纤维的浆料中添加可热膨胀微球，在金属线上将浆料脱水以获得纸张，通过应用热干燥纸张，同时使微球的温度升高到足以使其膨胀。

中国专利CN1813105以及美国专利US20060000569公开了一种从纤维生产纸的方法，包括下列步骤：加入包括热塑性聚合物壳和封装于其中的推进剂的可热膨胀的微球体到包括纤维的纸料中，在成型网上对纸料进行脱水得到纸，通过加热干燥该纸并由此也升高微球体的温度，足以使其膨胀并增加纸的胀量。

中国专利CN 101087810、CN 101087811、CN 101547789、CN 1798891、CN 1161225以及美国专利US 20060131362、US 20060134010也都公开了将可热膨胀微球添加到纤维素纸浆中，在纸的干燥过程中同时使微球膨胀的方法，或将预膨胀微球添加到纸料中直接造纸的方法。

以上专利中，热膨胀微球的膨胀过程或是发生在加入纸浆之前，即将已发泡的微球直接加入到纸浆中，或是与纸张干燥同时发生。两种情况中，前者会出现已膨胀的微球在纸浆中分散性较差，从而影响纸张品质。后者需要纸张干燥与微球膨胀时的温度、时间高度一致，若不匹配，极易出现纸张干燥不充分，微球膨胀不充分，微球膨胀不均匀或过度膨胀引发球体萎缩、推进剂逃逸、内压减小等不良现象的发生，同样影响纸张品质，因此对设备、工艺要求较高，而现有的造纸条件不能满足含有膨胀微球的纸浆加工需求，因此需要对设备及工艺进行改进，从而增加了生产成本，同时对纸张性质的控制也较为困难。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种包含已膨胀微球的纸浆的制备方法。微球添加到纸浆中，在纸干燥前进行热膨胀过程，可以更好的控制膨胀温度以及时间，使得微球充分、均匀地膨胀，并与纤维紧密结合，进一步提高纸张品质，并且微球的膨胀发生在纸张制造之前，对工艺、设备的要求显著降低，不需要对现有设备进行改进，节约成本。通过使用以上方法制备的包含已膨胀微球的浓纸浆再加入到造纸用浆料中或向其中加入水稀释时，已经与纸浆紧密作用的微球可以良好的分散于造纸浆料中，提高了助留性能以及微球的有效利用率。热膨胀微球应用于造纸工业中，可显著降低纤维素的用量，含微球体的纸张重量较轻，松厚度、挺度提高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种包含已膨胀微球的纸浆的制备方法，其包括如下步骤：

将纤维进行粉碎、疏解、打浆，形成纤维浆料；

向所述纤维浆料中添加热膨胀微球；

添加助留剂，混合均匀后加热至90～130℃，使所述热膨胀微球的体积发生膨胀，得到所述包含已膨胀微球的纸浆。

作为优选方案，所述纤维为植物纤维、合成纤维、矿物纤维和再生纸中的至少一种。

作为优选方案，所述助留剂包括阳离子聚合物和阴离子无机材料结合的聚合物中的至少一种，助留剂添加量为纤维浆料干重的0.1～10％。

作为优选方案，所述阳离子聚合物选自阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、阳离子聚乙烯亚胺水溶液中的至少一种；所述阴离子无机材料结合的聚合物选自膨润土结合阳离子聚合物、二氧化硅基溶胶结合阳离子聚合物和阳离子-阴离子聚合物中的至少一种。

作为优选方案，所述热膨胀微球的添加量为纤维浆料干重的10～60％。

作为优选方案，所述热膨胀微球呈核-壳结构，其中的壳材料为热塑性聚合物，核材料为沸点不高于壳材料沸点的发泡剂。

作为优选方案，所述热膨胀微球的粒径为5～50μm。

第二方面，本发明还提供了一种如前述的包含已膨胀微球的纸浆在造纸中的用途。

作为优选方案，所述用途包括如下步骤：

向含有已膨胀微球的纸浆中加入水，或将含有已膨胀微球的纸浆加入到造纸浆料中，稀释至已膨胀微球占造纸浆料干重的0.1～20％；

加入填料和助剂，混合均匀后进行上网抄纸、浆料脱水、纸页成形、压榨脱水、干燥、压光、卷取和切纸，得到成品纸。

在脱水之前，浆料中还可以包含一种或多种填料，填料可选自无机填料，如高岭土、陶土、二氧化铁、石膏、滑石、粉碎大理石或重质碳酸钙中的一种或多种的组合，以及任选地其它常用的添加剂，例如施胶剂、增稠剂、铝化合物，染料、干强度树脂、湿强度树脂、荧光增白剂等。

施胶剂可选自烷基烯酮二聚体(AKD)、烯基丁二酸酣(ASA)等纤维素活性胶料，以及纤维素非反应性施胶剂，如松香、淀粉和其它聚合物施胶剂中的一种或多种的组合。

增稠剂选自阴离子或阳离子淀粉(如土豆、玉米、大米、小麦、木薯及其混合物)及其衍生物、磺酸改性聚乙烯醇、无机颗粒(如胶体二氧化硅、膨润土、高岭土、其他胶态黏土和/或例如磷酸钙、碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钡、草酸钙等多种盐类，和铝、铁、锌、镍或锰的氢氧化物及其混合物)、树胶(如瓜耳胶、罗望子胶、刺槐豆胶、野豌豆胶、卡拉胶、黄秋葵、阿拉伯树胶、黄原胶及其混合物)中的一种或多种的组合。

铝化合物可选自明矶、铝酸盐、聚氧化铝和硫酸铝中的一种或多种的组合。

染料可选自铁红、克菜红、胭脂红、新红、高粱红、萝卡红、栀子黄、柠檬黄、日落黄、品绿、孔省兰、炭黑、二氧化铁、亮蓝、靛蓝、紫色染料中的一种或多种的组合。

荧光增白剂可选自二苯乙烯三嗦型化合物及其衍生物(如二磺酸、四磺酸、六磺酸)、吡唑啉类、香豆素类、杂环类、萘酰亚胺类化合物中的一种或多种的组合。

纸张干燥时，可采用包括将热量转移到纸上的任何常规的干燥方式，例如接触干燥(例如通过加热的圆筒)、强制对流干燥(例如通过热空气)、红外技术或其组合。在接触干燥的情况下，例如圆筒的温度优选为20～110℃，最优选30～100℃。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

添加到纸浆中的微球在纸张干燥前进行热膨胀过程，可以更好的控制膨胀温度、时间，使得微球充分、均匀地膨胀，并与纤维紧密结合，进一步提高纸张品质，并且对工艺、设备的要求降低，不需要对现有造纸设备进行改进，节约成本。通过使用以上方法制备的包含已膨胀微球的浓纸浆再加入到造纸用浆料中或向其中加入水稀释时，已经与纸浆紧密作用的微球可以良好的分散于造纸浆料中，提高了助留性能以及微球的有效利用率。热膨胀微球应用于造纸工业中，可显著降低纤维素的用量，含微球体的纸张重量较轻，松厚度、挺度提高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

将硬木及软木纤维粉碎、疏解、并打浆成25°SR的Schopper-Riegler值，形成由40wt％硬木和60wt％软木组成的纤维浆料；向纤维浆料中添加热膨胀微球的含水淤浆，其中干微球的用量为纸料中干物质的10wt％；添加0.1wt％的阳离子淀粉作为助留剂，混合搅拌均匀，以上浆料的固含量为10wt％；将浆料混合物加热至90℃并维持50s，分散于纤维浆料中的热膨胀微球体积膨胀，得到包含已膨胀微球的纸浆。

实施例2：

将硬木及软木纤维粉碎、疏解、并打浆成28°SR的Schopper-Riegler值，形成由50wt％硬木和50wt％软木组成的纤维浆料；向纤维浆料中添加热膨胀微球的含水淤浆，其中干微球的用量为纸料中干物质的40wt％；添加0.5wt％的阳离子聚丙烯酰胺作为助留剂，混合搅拌均匀，以上浆料的固含量为30wt％；将浆料混合物加热至100℃并维持200s，分散于纤维浆料中的热膨胀微球体积膨胀，得到包含已膨胀微球的纸浆。

实施例3：

将软木纤维粉碎、疏解、并打浆成30°SR的Schopper-Riegler值，形成软木纤维浆料；向纤维浆料中添加热膨胀微球的含水淤浆，其中干微球的用量为纸料中干物质的60wt％；添加1wt％的阳离子聚乙烯亚胺溶液作为助留剂，混合搅拌均匀，以上浆料的固含量为70wt％；将浆料混合物加热至120℃并维持300s，分散于纤维浆料中的热膨胀微球体积膨胀，得到包含已膨胀微球的纸浆。

实施例4：

将实施例1中包含已膨胀微球的浓纸浆加入到造纸浆料中，混合搅拌均匀，其中造纸浆料由40wt％硬木纤维、40wt％软木纤维和20wt％重质碳酸钙填料组成，控制微球量为纸料中干物质的0.1wt％；向浆料中加入烷基烯酮二聚体作为施胶剂，淀粉作为增稠剂；以上浆料在铜网上脱水，获得纸张，并在干燥段，通过温度范围为50～98℃的圆柱体加热纸幅；由此得到质量较轻、松厚度以及挺度提高的纸张。

实施例5：

将实施例2中浓度较高的包含已膨胀微球的纸浆加入到造纸浆料中，混合搅拌均匀，其中造纸浆料由45wt％硬木纤维、45wt％软木纤维和10wt％重质碳酸钙填料组成，控制微球量为纸料中干物质的1wt％；向浆料中加入烯基丁二酸酐作为施胶剂，淀粉作为增稠剂；以上浆料在铜网上脱水，获得纸张，并在干燥段，通过温度范围为60～100℃的圆柱体加热纸幅；由此得到质量较轻、松厚度以及挺度提高的纸张。

实施例6：

将实施例3中浓度较高的包含已膨胀微球的纸浆加入到造纸浆料中，混合搅拌均匀，其中造纸浆料由80wt％软木纤维和20wt％重质碳酸钙填料组成，控制微球量为纸料中干物质的2wt％；向浆料中加入烷基烯酮二聚体作为施胶剂，磺酸改性聚乙烯醇作为增稠剂；以上浆料在铜网上脱水，获得纸张，并在干燥段，通过温度范围为70～100℃的圆柱体加热纸幅；由此得到质量较轻、松厚度以及挺度提高的纸张。

对比例1：

造纸浆料由40wt％硬木纤维、40wt％软木纤维和20wt％重质碳酸钙填料组成，向浆料中加入烷基烯酮二聚体作为施胶剂，淀粉作为增稠剂；以上浆料在铜网上脱水，获得纸张，并在干燥段，通过温度范围为50～98℃的圆柱体加热纸幅；由此得到纸张。

对比例2：

造纸浆料由40wt％硬木纤维、60wt％软木纤维组成，向纤维浆料中添加热膨胀微球的含水淤浆，其中干微球的用量为纸料中干物质的10wt％；添加0.1wt％的阳离子淀粉作为助留剂，混合搅拌均匀向浆料中加入烷基烯酮二聚体作为施胶剂，淀粉作为增稠剂；以上浆料在铜网上脱水，获得纸张，并在干燥段，通过温度范围为50～98℃的圆柱体加热纸幅；由此得到纸张。

性能检测

纸张真密度利用Micromeritic全自动真密度仪测定。

厚度利用厚度测定仪，按GB/T450的规定取样测定。

挺度利用Taber挺度测试仪，采用GB/T22364-2008测定。

表1

	真密度/(g/cm<sup>3</sup>)	厚度/mm	松厚度(cm<sup>3</sup>/g)	挺度(g·cm)
					实施例4	0.246	0.580	9.4	3.89
实施例5	0.187	0.709	12.5	5.74
					实施例6	0.168	0.927	13.9	6.60
对比例1	1.666	0.139	2.7	2.95
					对比例2	0.314	0.369	7.2	3.49

对于实施例4、实施例5和实施例6，随着浆料中微球含量的增多，纸张的真密度不断下降，厚度、松厚度以及挺度指标均有所升高，与不含微球的纸张(对比例1)相比，纸张性能显著改善。对于实施例4与对比例2，前者微球的膨胀过程发生在纸张干燥前，后者纸张干燥与微球膨胀同时进行，实施例4的纸张性能优于对比例2。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种包含已膨胀微球的纸浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将纤维进行粉碎、疏解、打浆，形成纤维浆料；

向所述纤维浆料中添加热膨胀微球；

添加助留剂，混合均匀后加热至90～130℃，使所述热膨胀微球的体积发生膨胀，得到所述包含已膨胀微球的纸浆；

所述热膨胀微球的添加量为纤维浆料干重的40～60％；

所述助留剂为阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、阳离子聚乙烯亚胺水溶液中的至少一种；助留剂添加量为纤维浆料干重的0.1～10％。

2.如权利要求1所述的包含已膨胀微球的纸浆的制备方法，其特征在于，所述纤维为植物纤维、合成纤维、矿物纤维和再生纸中的至少一种。

3.如权利要求1所述的包含已膨胀微球的纸浆的制备方法，其特征在于，所述热膨胀微球呈核-壳结构，其中的壳材料为热塑性聚合物，核材料为沸点不高于壳材料沸点的发泡剂。

4.如权利要求1所述的包含已膨胀微球的纸浆的制备方法，其特征在于，所述热膨胀微球的粒径为5～50μm。

5.一种如权利要求1所述的包含已膨胀微球的纸浆在造纸中的用途。

6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，包括如下步骤：

向含有已膨胀微球的纸浆中加入水，或将含有已膨胀微球的纸浆加入造纸浆料中，稀释至已膨胀微球占造纸浆料干重的0.1～20％；

加入填料和助剂，混合均匀后进行上网抄纸、浆料脱水、纸页成形、压榨脱水、干燥、压光、卷取和切纸，得到成品纸。