CN107524032A - 一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纸张制备领域，一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，包括以下步骤：(1)将纸浆原料放入90～95℃的水中浸泡1.5～3h后，加入偶联剂进行叩解；(2)将轻质碳酸钙配制成浓度为40～55％的碳酸钙悬浮液；(3)将阳离子淀粉配制成浓度为50‑65％的淀粉悬浮液，然后糊化20～30min；(4)调节糊化后的淀粉溶液pH值至8～10，加入浓度为10～15％的硬脂酸钠溶液，形成复合物；(5)将复合物加入到碳酸钙悬浮液，并加入分散剂，得到沉淀物，将沉淀物在75～85℃、250～300r/min下混合搅拌40～50min。采用本发明的方法能够提高纸张的强度，增加纸张平滑度，改善纸张印刷性能。
Description
技术领域
本发明属于纸张制备技术领域，具体涉及一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法。
背景技术
造纸企业为了降低成本，提高纸张的光学性能如白度、不透明度和印刷质量，大量使用无机物质作为填料。碳酸钙作为填料添加至纸张中，不仅能替代部分植物纤维，提高纸料的脱水速率和纸张干燥速率，节省干燥能耗，从而降低成本，而且还具有许多其他优点，如提高纸张光学性能，提高纸的白度和不透明度，增加纸张平滑度，改善纸张印刷性能等，然而，碳酸钙虽然很细，但在使用前常常处于聚集状态，很难直接分散在水中，所以一般都需要加入分散剂来降低表面张力，或者在研磨时进行改性，使得碳酸钙能稳定地分散在水中。另外，把碳酸钙填料应用于造纸过程，随着纸张中填料加入量的增加，加填的负效应也逐渐显现出来，如纸张的强度性能下降、施胶效果变差、造纸网寿命缩短，印刷中易出现掉粉现象等。
目前对碳酸钙填料的改进技术研究日益广泛和深入，但是真正能用于纸张生产的技术非常有限，这主要存在四个方面的问题：一是碳酸钙填料改性的工艺复杂，成本太高；二是碳酸钙填料改性的效果不明显，随着填料的加入，纸张的强度性能下降较大；三是改性填料的稳定性不够，碳酸钙与纤维的结合力，四是对成纸光学性能产生负面影响。因此，急需一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，使填料在较高的加填量下，仍能够提高纸张的强度、白度和不透明度，增加纸张平滑度，改善纸张印刷性能。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，包括以下步骤：
(1)将纸浆原料放入90～95℃的水中浸泡1.5～3h后，捞出放入碎浆机内，并加入偶联剂一起进行叩解，得到叩解后的纸浆，备用；
(2)将轻质碳酸钙加入到水中，配制成浓度为40～55％的碳酸钙悬浮液，在70-80℃的水浴中边搅拌边加热15～20min，备用；
(3)将阳离子淀粉加入水中，配制成浓度为50-65％的淀粉悬浮液，在80～85℃的温度下搅拌10～15min，然后在92～95℃下糊化20～30min；
(4)用浓度为5～8％的NaOH溶液调节糊化后的淀粉溶液pH值至8～10，然后加入浓度为10～15％的硬脂酸钠溶液，在80～90℃、200～250r/min下混合搅拌20～30min，形成复合物，备用；
(5)将步骤(4)所得的复合物加入到步骤(2)所得的碳酸钙悬浮液混合得混合乳液，并加入相对碳酸钙悬浮液质量10～15％的分散剂使混合乳液分离，得到沉淀物，将沉淀物在75～85℃、250～300r/min下混合搅拌40～50min，得到改性碳酸钙；
(6)将步骤(5)得到的改性碳酸钙加入步骤(1)叩解后的纸浆中得到混合浆料；
(7)对步骤(6)得到的混合浆料稀释，再加入施胶剂和硬化剂，充分游离后，得到造纸浆料；
(8)将步骤(7)得到的造纸浆料加入造纸机中，进行纸张造抄，经压榨后干燥，得到所述纸张。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂的加入量占所述纸浆原料绝干质量的0.5-2.5％。
进一步的，所述步骤(1)中叩解度为30～45°SR。
进一步的，所述分散剂为PEO分散剂。
进一步的，所述施胶剂为AKD施胶剂，所述AKD施胶剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的0.2-1.5％。
进一步的，所述硬化剂为磷酸三甲酯硬化剂，所述磷酸三甲酯硬化剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的0.8-2.8％。
进一步的，所述复合物与所述碳酸钙悬浮液的质量比为30:100～120。
进一步的，所述步骤(6)中改性后的碳酸钙占叩解后的纸浆质量的百分比为22～35％。
进一步的，所述步骤(7)中对所述合浆料稀释至0.5～1％的浓度。
进一步的，所述步骤(8)中所述干燥是指将原料放入烘箱中在温度为90-95℃下进行干燥。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过将纸浆原料解叩至适宜的解叩度，能够有效提高纸张的耐破度、耐折度和裂断长度；通过将轻质碳酸钙配制成适宜浓度的碳酸钙悬浮液，能够降低反应时间，通过使用淀粉对碳酸钙填料进行包覆改性处理，一方面淀粉具有羟基结构，可以和纤维形成氢键，把它包覆在填料的表面，能增加填料和纸浆原料中纤维之间的结合力，并且淀粉具有较好的成膜性和可提高纸张强度的原因，且来源广泛，价格低廉。以改性碳酸钙粒子作为种子，乳液聚合的方法制备了淀粉包覆碳酸钙复合粒子，增强了碳酸钙与聚合物的相溶性。本发明还将PEO分散剂加入所述混合乳液中，使分散剂粘附在碳酸钙的表面，不易沉降，分散均匀，悬浮稳定性好，并且进一步增强了碳酸钙的润滑性、耐水性和耐高温性，使碳酸钙在造纸工业中具有广泛的应用，添加的硬脂酸钠、施胶剂和硬化剂与碳酸钙形成结合，使改性后的碳酸钙具有表面耐磨，亲油疏水、施胶效率高等特性，改性后的碳酸钙与聚合物有较好的相容性，增强了界面作用，能够经受后续浆料流送和抄造过程中剪切力的作用，而不被剥落。本发明改性工艺简单，成本较低，无污染，易于推广，应用前景广阔。
本发明改性后的碳酸钙能够避免碳酸钙填料与纸浆纤维的直接接触，而变成淀粉凝胶与纸浆原料纤维的接触，形成氢键联接，减缓了加填纸张强度性能的下降幅度，碳酸钙填料经改性后，在一个颗粒或几个颗粒聚集形成的颗粒团表面覆盖了一淀粉层，且加入的硬脂酸钠能够进一步使碳酸钙填料粒子的粒径增大，从而有利于加填纸张强度性能的改善、填料留着率的提高。
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。
实施例1
一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，包括以下步骤：
(1)将纸浆原料放入90℃的水中浸泡1.5h后，捞出放入碎浆机内，并加入占所述纸浆原料绝干质量的0.5％的硅烷偶联剂一起进行叩解，叩解度为30°SR，得到叩解后的纸浆，备用；
(2)将轻质碳酸钙加入到水中，配制成浓度为40％的碳酸钙悬浮液，在70℃的水浴中边搅拌边加热15min，备用；
(3)将阳离子淀粉加入水中，配制成浓度为50％的淀粉悬浮液，在80℃的温度下搅拌10min，然后在92℃下糊化20min；
(4)用浓度为5％的NaOH溶液调节糊化后的淀粉溶液pH值至8，然后加入浓度为10％的硬脂酸钠溶液，在80℃、200r/min下混合搅拌20min，形成复合物，备用；
(5)将步骤(4)所得的复合物加入到步骤(2)所得的碳酸钙悬浮液混合得混合乳液，使所述复合物与所述碳酸钙悬浮液的质量比为30:100，并加入相对碳酸钙悬浮液质量10％的PEO分散剂使混合乳液分离，得到沉淀物，将沉淀物在75℃、250r/min下混合搅拌40min，得到改性碳酸钙；
(6)将步骤(5)得到的改性碳酸钙加入步骤(1)叩解后的纸浆中得到混合浆料，其中，改性后的碳酸钙占叩解后的纸浆质量的百分比为22％；
(7)对步骤(6)得到的混合浆料稀释至0.5％的浓度，再加入AKD施胶剂和磷酸三甲酯硬化剂，所述AKD施胶剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的0.2％，所述磷酸三甲酯硬化剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的0.8％，充分游离后，得到造纸浆料；
(8)将步骤(7)得到的造纸浆料加入造纸机中，进行纸张造抄，经压榨后，将原料放入烘箱中在温度为90℃下进行干燥，得到所述纸张。
实施例2
一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，包括以下步骤：
(1)将纸浆原料放入90～95℃的水中浸泡3h后，捞出放入碎浆机内，并加入占所述纸浆原料绝干质量的2.5％的硅烷偶联剂一起进行叩解，叩解度为45°SR，得到叩解后的纸浆，备用；
(2)将轻质碳酸钙加入到水中，配制成浓度为55％的碳酸钙悬浮液，在80℃的水浴中边搅拌边加热20min，备用；
(3)将阳离子淀粉加入水中，配制成浓度为65％的淀粉悬浮液，在85℃的温度下搅拌15min，然后在95℃下糊化30min；
(4)用浓度为8％的NaOH溶液调节糊化后的淀粉溶液pH值至10，然后加入浓度为15％的硬脂酸钠溶液，在90℃、250r/min下混合搅拌30min，形成复合物，备用；
(5)将步骤(4)所得的复合物加入到步骤(2)所得的碳酸钙悬浮液混合得混合乳液，使所述复合物与所述碳酸钙悬浮液的质量比为30:120，并加入相对碳酸钙悬浮液质量15％的PEO分散剂使混合乳液分离，得到沉淀物，将沉淀物在85℃、300r/min下混合搅拌50min，得到改性碳酸钙；
(6)将步骤(5)得到的改性碳酸钙加入步骤(1)叩解后的纸浆中得到混合浆料，其中，改性后的碳酸钙占叩解后的纸浆质量的百分比为35％；
(7)对步骤(6)得到的混合浆料稀释至1％的浓度，再加入AKD施胶剂和磷酸三甲酯硬化剂，所述AKD施胶剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的1.5％，所述磷酸三甲酯硬化剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的2.8％，充分游离后，得到造纸浆料；
(8)将步骤(7)得到的造纸浆料加入造纸机中，进行纸张造抄，经压榨后，将原料放入烘箱中在温度为95℃下进行干燥，得到所述纸张。
实施例3
一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，包括以下步骤：
(1)将纸浆原料放入91℃的水中浸泡1.8h后，捞出放入碎浆机内，并加入占所述纸浆原料绝干质量的0.7％的硅烷偶联剂一起进行叩解，叩解度为35°SR，得到叩解后的纸浆，备用；
(2)将轻质碳酸钙加入到水中，配制成浓度为45％的碳酸钙悬浮液，在72℃的水浴中边搅拌边加热16min，备用；
(3)将阳离子淀粉加入水中，配制成浓度为52％的淀粉悬浮液，在81℃的温度下搅拌11min，然后在93℃下糊化22min；
(4)用浓度为6％的NaOH溶液调节糊化后的淀粉溶液pH值至7，然后加入浓度为11％的硬脂酸钠溶液，在82℃、210r/min下混合搅拌21min，形成复合物，备用；
(5)将步骤(4)所得的复合物加入到步骤(2)所得的碳酸钙悬浮液混合得混合乳液，使所述复合物与所述碳酸钙悬浮液的质量比为30:105，并加入相对碳酸钙悬浮液质量11％的PEO分散剂使混合乳液分离，得到沉淀物，将沉淀物在78℃、260r/min下混合搅拌41min，得到改性碳酸钙；
(6)将步骤(5)得到的改性碳酸钙加入步骤(1)叩解后的纸浆中得到混合浆料，其中，改性后的碳酸钙占叩解后的纸浆质量的百分比为13％；
(7)对步骤(6)得到的混合浆料稀释至0.7％的浓度，再加入AKD施胶剂和磷酸三甲酯硬化剂，所述AKD施胶剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的0.5％，所述磷酸三甲酯硬化剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的1.2％，充分游离后，得到造纸浆料；
(8)将步骤(7)得到的造纸浆料加入造纸机中，进行纸张造抄，经压榨后，将原料放入烘箱中在温度为91℃下进行干燥，得到所述纸张。
实施例4
一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，包括以下步骤：
(1)将纸浆原料放入94℃的水中浸泡2.6h后，捞出放入碎浆机内，并加入占所述纸浆原料绝干质量的2.3％的硅烷偶联剂一起进行叩解，叩解度为43°SR，得到叩解后的纸浆，备用；
(2)将轻质碳酸钙加入到水中，配制成浓度为52％的碳酸钙悬浮液，在79℃的水浴中边搅拌边加热19min，备用；
(3)将阳离子淀粉加入水中，配制成浓度为63％的淀粉悬浮液，在83℃的温度下搅拌14min，然后在94℃下糊化28min；
(4)用浓度为7％的NaOH溶液调节糊化后的淀粉溶液pH值至9，然后加入浓度为14％的硬脂酸钠溶液，在88℃、245r/min下混合搅拌28min，形成复合物，备用；
(5)将步骤(4)所得的复合物加入到步骤(2)所得的碳酸钙悬浮液混合得混合乳液，使所述复合物与所述碳酸钙悬浮液的质量比为30:118，并加入相对碳酸钙悬浮液质量14％的PEO分散剂使混合乳液分离，得到沉淀物，将沉淀物在83℃、290r/min下混合搅拌48min，得到改性碳酸钙；
(6)将步骤(5)得到的改性碳酸钙加入步骤(1)叩解后的纸浆中得到混合浆料，其中，改性后的碳酸钙占叩解后的纸浆质量的百分比为17％；
(7)对步骤(6)得到的混合浆料稀释至0.9％的浓度，再加入AKD施胶剂和磷酸三甲酯硬化剂，所述AKD施胶剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的1.4％，所述磷酸三甲酯硬化剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的2.5％，充分游离后，得到造纸浆料；
(8)将步骤(7)得到的造纸浆料加入造纸机中，进行纸张造抄，经压榨后，将原料放入烘箱中在温度为94℃下进行干燥，得到所述纸张。
实施例5
一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，包括以下步骤：
(1)将纸浆原料放入93℃的水中浸泡2.5h后，捞出放入碎浆机内，并加入占所述纸浆原料绝干质量的2％的硅烷偶联剂一起进行叩解，叩解度为40°SR，得到叩解后的纸浆，备用；
(2)将轻质碳酸钙加入到水中，配制成浓度为50％的碳酸钙悬浮液，在75℃的水浴中边搅拌边加热18min，备用；
(3)将阳离子淀粉加入水中，配制成浓度为60％的淀粉悬浮液，在83℃的温度下搅拌13min，然后在93℃下糊化25min；
(4)用浓度为6％的NaOH溶液调节糊化后的淀粉溶液pH值至9，然后加入浓度为13％的硬脂酸钠溶液，在85℃、220r/min下混合搅拌25min，形成复合物，备用；
(5)将步骤(4)所得的复合物加入到步骤(2)所得的碳酸钙悬浮液混合得混合乳液，使所述复合物与所述碳酸钙悬浮液的质量比为30:115，并加入相对碳酸钙悬浮液质量12％的PEO分散剂使混合乳液分离，得到沉淀物，将沉淀物在80℃、280r/min下混合搅拌45min，得到改性碳酸钙；
(6)将步骤(5)得到的改性碳酸钙加入步骤(1)叩解后的纸浆中得到混合浆料，其中，改性后的碳酸钙占叩解后的纸浆质量的百分比为15％；
(7)对步骤(6)得到的混合浆料稀释至0.8％的浓度，再加入AKD施胶剂和磷酸三甲酯硬化剂，所述AKD施胶剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的0.9％，所述磷酸三甲酯硬化剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的2％，充分游离后，得到造纸浆料；
(8)将步骤(7)得到的造纸浆料加入造纸机中，进行纸张造抄，经压榨后，将原料放入烘箱中在温度为93℃下进行干燥，得到所述纸张。
对比例：选用15％的某公司生产的商品碳酸钙作为填料加入纸浆中造纸。
性能测试：
分别将实施例1-5、对比例制得的成纸进行测试，如下表1所示。
表1
从表1可以看出，本发明实施例1-5制得的原纸性能由于对比例。与对比例的商品碳酸钙加填造纸相比，实施例1-5的碳酸钙填料纯度达到93％以上，实施例1-5的纸张指标有以下变化：在同样灰分的情况下，松厚度提高了0.16-0.28cm3/g左右，不透明度提高了2-6％，抗撕裂强度提高了0.3-0.6mN.m2/g，白度有所提高，平滑度也有所提高，抗撕裂强度变化不大，填料的留着率提高15％以上，本发明改性碳酸钙与纸浆纤维表现出较强的附着能力
综上，本发明的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法所制得的纸张质量优而且成本低。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (10)
1.一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纸浆原料放入90～95℃的水中浸泡1.5～3h后，捞出放入碎浆机内，并加入偶联剂一起进行叩解，得到叩解后的纸浆，备用；
(2)将轻质碳酸钙加入到水中，配制成浓度为40～55％的碳酸钙悬浮液，在70-80℃的水浴中边搅拌边加热15～20min，备用；
(3)将阳离子淀粉加入水中，配制成浓度为50-65％的淀粉悬浮液，在80～85℃的温度下搅拌10～15min，然后在92～95℃下糊化20～30min；
(4)用浓度为5～8％的NaOH溶液调节糊化后的淀粉溶液pH值至8～10，然后加入浓度为10～15％的硬脂酸钠溶液，在80～90℃、200～250r/min下混合搅拌20～30min，形成复合物，备用；
(5)将步骤(4)所得的复合物加入到步骤(2)所得的碳酸钙悬浮液混合得混合乳液，并加入相对碳酸钙悬浮液质量10～15％的分散剂使混合乳液分离，得到沉淀物，将沉淀物在75～85℃、250～300r/min下混合搅拌40～50min，得到改性碳酸钙；
(6)将步骤(5)得到的改性碳酸钙加入步骤(1)叩解后的纸浆中得到混合浆料；
(7)对步骤(6)得到的混合浆料稀释，再加入施胶剂和硬化剂，充分游离后，得到造纸浆料；
(8)将步骤(7)得到的造纸浆料加入造纸机中，进行纸张造抄，经压榨后干燥，得到所述纸张。
2.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂的加入量占所述纸浆原料绝干质量的0.5-2.5％。
3.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中叩解度为30～45°SR。
4.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述分散剂为PEO分散剂。
5.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述施胶剂为AKD施胶剂，所述AKD施胶剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的0.2-1.5％。
6.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述硬化剂为磷酸三甲酯硬化剂，所述磷酸三甲酯硬化剂的加入量占所述混合浆料绝干质量的0.8-2.8％。
7.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述复合物与所述碳酸钙悬浮液的质量比为30:100～120。
8.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中改性后的碳酸钙占叩解后的纸浆质量的百分比为22～35％。
9.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中对所述合浆料稀释至0.5～1％的浓度。
10.根据权利要求1所述的一种利用改性碳酸钙作为填料的纸张制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中所述干燥是指将原料放入烘箱中在温度为90-95℃下进行干燥。
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