CN108560299B - 一种高留着性造纸填料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种高留着性造纸填料的制备方法。以自制超细纤维粉为模板吸附水滑石得到水滑石粉，再将柠檬、桉树叶和橙皮精油进行发霉，利用发酵液和高分散性水滑石混合发酵改性，最终制得高留着性造纸填料，水滑石粉末由于纤维表面空间位阻的存在，其生长受到限制，接着利用生物质发霉，将其和水滑石共混发酵，使得水滑石的物理和化学吸附性得到大幅度提高，增加了水滑石造纸填料在纸张纤维上的留着性能，同时也加强了填料和纸张之间的粘结稳定性，微生物会将部分有机物降解，产生大量活性基团，这些活性基团可以与纸张纤维中的羟基产生化学键合力，提高了造纸填料和纸张之间的粘结强度，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种高留着性造纸填料的制备方法。
背景技术
纸是中国古代四大发明之一，它与指南针、火药、印刷术一起，给中国古代文化的繁荣提供了物质技术的基础。纸的发明结束了古代简牍繁复的历史，大大地促进了文化的传播与发展。纸是中国劳动人民长期经验的积累和智慧的结晶，是用于书写、印刷、绘画或包装等的片状纤维制品。
在造纸工业中，填料的添加是必要的。添加填料，一方面可以减少纸浆纤维的使用，从而减少木材的消耗，节约林木资源，降低生产成本；另一方面，由于纸浆纤维交织成形构成纸页的同时也留下了大量的孔隙、坑洞，使得纸张的印刷适性大大降低，浪费油墨，影响印刷效果。而填料的加入可以填补这些坑洞，使纸张变得平滑，同时也改善了纸张的吸墨性、白度等，提升了纸张的使用价值。造纸填料种类较多，最常用的有重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土等。不同填料的物理化学性质不同，即使同一种填料，也会由于粒径，表面形貌的不同，其加填后成纸性能也会有所不同。
当前国内常规的造纸填料存在以下技术问题：1、填料本身密度较纤维密度相差较大，造成填料利用率低，纸张灰分较低。2、由于填料本身分散性差，导致滑石浆料的固含量变化较大，流变性能恶化现象可能会较严重，以此会使能耗增加，生产成本提高，同时纸张平滑度较低，印刷光泽度低，影响纸张质量。3、随着加填量的增加，在高加填料下往往会带来纸张强度性能和填料留着率的下降，同时还会造成纸面“掉粉”的现象，纸张储存稳定性差等问题。
因此，亟需研制出一种能够解决上述问题的造纸填料非常有必要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前传统的水滑石造纸填料粒径不均，分散性差，在纸张中留着率低，同时还会造成纸面“掉粉”的现象，纸张储存稳定性差的问题，提供了一种高留着性造纸填料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高留着性造纸填料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入预热蒸汽，直至汽爆罐中压力达2.0～2.1MPa，保压30～50s后，打开汽爆罐出料阀门，使汽爆罐中物料瞬间喷射进入接收罐中，收集接收罐中物料，得汽爆湿料；
（2）将上述所得汽爆湿料转入冷冻粉碎机，冷冻后，转入粉碎机中粉碎，收集粉碎后的物料，并置于烘箱中，干燥至恒重，得超细纤维粉；
（3）将质量分数为30%的硝酸镁溶液和质量分数为25%的硝酸铁溶液以及上述超细纤维粉混合，得到混合液，将混合液和氢氧化钠以及尿素混合后得到预反应液；
（4）将预反应液装入高压水热釜中，密闭高压水热釜，水热反应，待水热反应结束后得到反应产物，将反应产物移入高温炉中，煅烧，得到自制分散性水滑石，备用；
（5）将柠檬、桉树叶和橙皮精油放入组织粉碎机中粉碎40～50min，得到混合粉碎物，将混合粉碎物放入陶瓷罐中，并将陶瓷罐敞口放入温室中，静置发霉5～7天，得到发霉产物；
（6）向上述陶瓷罐中加入去离子水，密封罐口发酵，过滤分离得到发酵滤液，将发酵滤液和备用的自制分散性水滑石混合后装入发酵罐中，密封罐口后继续发酵，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤渣，将发酵滤渣放入烘箱，干燥，出料即得高留着性造纸填料。
步骤（1）中所述的预热蒸汽的温度为220～240℃。
步骤（2）中所述的冷却的温度为-30～-20℃，冷却时间为10～20s，粉碎时间为20～30min，干燥的温度为105～110℃。
步骤（3）中所述的质量分数为30%的硝酸镁溶液和质量分数为25%的硝酸铁溶液以及超细纤维粉的质量比为6:7:1，混合液和氢氧化钠以及尿素的质量比为20:1:1。
步骤（4）中所述的水热反应的压力为1.8～2.0MPa，水热反应的温度为200～220℃，水热反应的时间为20～24h，煅烧温度为300～400℃，煅烧时间为1～2h。
步骤（5）中所述的柠檬、桉树叶和橙皮精油的质量比为3:2:1，温室的温度为30～35℃，空气相对湿度为60～70%。
步骤（6）中所述的去离子水的加入量为发霉产物质量的5～6倍，密封罐口发酵的温度为25～30℃，密封罐口发酵的时间为9～10天，发酵滤液和备用的自制分散性水滑石的质量比为5:1，密封罐口继续发酵的温度为35～40℃，密封罐口继续发酵的时间为5～7天，干燥的温度为105～110℃，干燥的时间为1～2h。
本发明的有益效果是：
本发明首先利用蒸汽爆破并结合低温冷冻得到具有多羟基特性的超细纤维粉，以超细纤维粉为模板，吸附水热反应生成的水滑石，煅烧后得到高分散性的水滑石粉，再将柠檬、桉树叶和橙皮精油在高温高湿条件下发霉，接着密封发酵，利用发酵液和高分散性水滑石混合发酵改性，最终制得高留着性造纸填料，本发明利用多羟基纤维粉作为模板剂，利用其表面羟基作为活性沉积位点，吸附沉积水热反应产生的镁铁水滑石粉末，沉积的水滑石粉末由于纤维表面空间位阻的存在，其生长受到限制，生长到一定大小就会停止生长，因此在纤维表面沉积得到粒径均一细小的水滑石，最终煅烧去除纤维粉模板后，即可得到粒径均一的高分散性水滑石粉末，接着本发明利用富含有机羧酸和油脂的生物质发霉，利用微生物的酸败作用产生大量有机羧酸类发酵物质，将其和水滑石共混发酵，一方面有机羧酸具有金属离子螯合性，在发酵的过程中会将水滑石表面的金属离子螯合吸附，使得水滑石中的金属离子离开原有的晶格位置进入发酵滤液有机相中，从而在水滑石的原有晶格上产生空穴，这些金属空穴的产生使得水滑石的物理和化学吸附性得到大幅度提高，增加了水滑石造纸填料在纸张纤维上的留着性能，同时在发酵过程中，微生物还会将部分发酵有机物降解，产生大量活性基团，这些活性基团又会在微生物的作用下被引入到水滑石表面，从而增加了水滑石表面活性基团的数量，这些活性基团也可以与纸张纤维中的羟基产生化学键合力，这些化学键合力的产生提高了造纸填料和纸张之间的粘结强度，再一次增加了造纸填料在纸张表面的留着性能，避免了造纸掉粉现象，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入预热至220～240℃的蒸汽，直至汽爆罐中压力达2.0～2.1MPa，保压30～50s后，打开汽爆罐出料阀门，使汽爆罐中物料瞬间喷射进入接收罐中，收集接收罐中物料，得汽爆湿料；将所得汽爆湿料转入冷冻粉碎机，在-30～-20℃下冷冻10～20s后，转入粉碎机中粉碎20～30min，收集粉碎后的物料，并置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得超细纤维粉；按质量比为6:7:1将质量分数为30%的硝酸镁溶液和质量分数为25%的硝酸铁溶液以及上述超细纤维粉混合，得到混合液，将混合液和氢氧化钠以及尿素按质量比为20:1:1混合后得到预反应液；将预反应液装入高压水热釜中，密闭高压水热釜，在1.8～2.0MPa下加热升温至200～220℃，水热反应20～24h，待水热反应结束后得到反应产物，将反应产物移入高温炉中，在300～400℃下煅烧1～2h，得到自制分散性水滑石，备用；按质量比为3:2:1将柠檬、桉树叶和橙皮精油放入组织粉碎机中粉碎40～50min，得到混合粉碎物，将混合粉碎物放入陶瓷罐中，并将陶瓷罐敞口放入温度为30～35℃，空气相对湿度为60～70%的温室中，静置发霉5～7天，得到发霉产物；向陶瓷罐中加入发霉产物质量5～6倍的去离子水，密封罐口在25～30℃下发酵9～10天，过滤分离得到发酵滤液，将发酵滤液和备用的自制分散性水滑石按质量比为5:1混合后装入发酵罐中，密封罐口后在35～40℃下继续发酵5～7天，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤渣，将发酵滤渣放入烘箱，在105～110℃下干燥1～2h，出料即得高留着性造纸填料。
实例1
称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入预热至220℃的蒸汽，直至汽爆罐中压力达2.0MPa，保压30s后，打开汽爆罐出料阀门，使汽爆罐中物料瞬间喷射进入接收罐中，收集接收罐中物料，得汽爆湿料；将所得汽爆湿料转入冷冻粉碎机，在-20℃下冷冻10s后，转入粉碎机中粉碎20min，收集粉碎后的物料，并置于烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得超细纤维粉；按质量比为6:7:1将质量分数为30%的硝酸镁溶液和质量分数为25%的硝酸铁溶液以及上述超细纤维粉混合，得到混合液，将混合液和氢氧化钠以及尿素按质量比为20:1:1混合后得到预反应液；将预反应液装入高压水热釜中，密闭高压水热釜，在1.8MPa下加热升温至200℃，水热反应20h，待水热反应结束后得到反应产物，将反应产物移入高温炉中，在300℃下煅烧1h，得到自制分散性水滑石，备用；按质量比为3:2:1将柠檬、桉树叶和橙皮精油放入组织粉碎机中粉碎40min，得到混合粉碎物，将混合粉碎物放入陶瓷罐中，并将陶瓷罐敞口放入温度为30℃，空气相对湿度为60%的温室中，静置发霉5天，得到发霉产物；向陶瓷罐中加入发霉产物质量5倍的去离子水，密封罐口在25℃下发酵9天，过滤分离得到发酵滤液，将发酵滤液和备用的自制分散性水滑石按质量比为5:1混合后装入发酵罐中，密封罐口后在35℃下继续发酵5天，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤渣，将发酵滤渣放入烘箱，在105℃下干燥1h，出料即得高留着性造纸填料。
实例2
称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入预热至230℃的蒸汽，直至汽爆罐中压力达2.0MPa，保压40s后，打开汽爆罐出料阀门，使汽爆罐中物料瞬间喷射进入接收罐中，收集接收罐中物料，得汽爆湿料；将所得汽爆湿料转入冷冻粉碎机，在-25℃下冷冻15s后，转入粉碎机中粉碎25min，收集粉碎后的物料，并置于烘箱中，于温度为107℃条件下干燥至恒重，得超细纤维粉；按质量比为6:7:1将质量分数为30%的硝酸镁溶液和质量分数为25%的硝酸铁溶液以及上述超细纤维粉混合，得到混合液，将混合液和氢氧化钠以及尿素按质量比为20:1:1混合后得到预反应液；将预反应液装入高压水热釜中，密闭高压水热釜，在1.9MPa下加热升温至210℃，水热反应22h，待水热反应结束后得到反应产物，将反应产物移入高温炉中，在350℃下煅烧1.5h，得到自制分散性水滑石，备用；按质量比为3:2:1将柠檬、桉树叶和橙皮精油放入组织粉碎机中粉碎45min，得到混合粉碎物，将混合粉碎物放入陶瓷罐中，并将陶瓷罐敞口放入温度为33℃，空气相对湿度为65%的温室中，静置发霉6天，得到发霉产物；向陶瓷罐中加入发霉产物质量5倍的去离子水，密封罐口在27℃下发酵9天，过滤分离得到发酵滤液，将发酵滤液和备用的自制分散性水滑石按质量比为5:1混合后装入发酵罐中，密封罐口后在38℃下继续发酵6天，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤渣，将发酵滤渣放入烘箱，在108℃下干燥1.5h，出料即得高留着性造纸填料。
实例3
称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入预热至240℃的蒸汽，直至汽爆罐中压力达2.1MPa，保压50s后，打开汽爆罐出料阀门，使汽爆罐中物料瞬间喷射进入接收罐中，收集接收罐中物料，得汽爆湿料；将所得汽爆湿料转入冷冻粉碎机，在-30℃下冷冻20s后，转入粉碎机中粉碎30min，收集粉碎后的物料，并置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得超细纤维粉；按质量比为6:7:1将质量分数为30%的硝酸镁溶液和质量分数为25%的硝酸铁溶液以及上述超细纤维粉混合，得到混合液，将混合液和氢氧化钠以及尿素按质量比为20:1:1混合后得到预反应液；将预反应液装入高压水热釜中，密闭高压水热釜，在2.0MPa下加热升温至220℃，水热反应24h，待水热反应结束后得到反应产物，将反应产物移入高温炉中，在400℃下煅烧2h，得到自制分散性水滑石，备用；按质量比为3:2:1将柠檬、桉树叶和橙皮精油放入组织粉碎机中粉碎50min，得到混合粉碎物，将混合粉碎物放入陶瓷罐中，并将陶瓷罐敞口放入温度为35℃，空气相对湿度为70%的温室中，静置发霉7天，得到发霉产物；向陶瓷罐中加入发霉产物质量6倍的去离子水，密封罐口在30℃下发酵10天，过滤分离得到发酵滤液，将发酵滤液和备用的自制分散性水滑石按质量比为5:1混合后装入发酵罐中，密封罐口后在40℃下继续发酵7天，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤渣，将发酵滤渣放入烘箱，在110℃下干燥2h，出料即得高留着性造纸填料。
对比例
以广州市某公司生产的造纸填料作为对比例
对本发明制得的高留着性造纸填料和对比例中的造纸填料进行检测，检测结果如表1所示：
白度根据国家标准方法GB/T7974-2002，采用数字白度仪进行检测。
不透明度根据国家标准方法GB/T1543-2005，采用数字白度仪进行检测。
耐破强度按照标准GB/T454-2002进行测试。
抗张强度的测定
抗张强度是指纸张所承受的最大张力，指一定宽度的试样断裂时所承受的张力。抗张强度的测定参见标准GB/T453-2002。
磨损值的测定
采用磨耗仪进行测定，参数4350转，30min。
表1性能测定结果
由表1数据可知，本发明制得的高留着性造纸填料与对比例填料相比，成纸的抗张指数、耐破指数和白度等增加明显，使用效果较优，具有广阔的使用前景。
Claims (7)
1.一种高留着性造纸填料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置的汽爆罐中，并向汽爆罐中通入预热蒸汽，直至汽爆罐中压力达2.0～2.1MPa，保压30～50s后，打开汽爆罐出料阀门，使汽爆罐中物料瞬间喷射进入接收罐中，收集接收罐中物料，得汽爆湿料；
（2）将上述所得汽爆湿料转入冷冻粉碎机，冷冻后，转入粉碎机中粉碎，收集粉碎后的物料，并置于烘箱中，干燥至恒重，得超细纤维粉；
（3）将质量分数为30%的硝酸镁溶液和质量分数为25%的硝酸铁溶液以及上述超细纤维粉混合，得到混合液，将混合液和氢氧化钠以及尿素混合后得到预反应液；
（4）将预反应液装入高压水热釜中，密闭高压水热釜，水热反应，待水热反应结束后得到反应产物，将反应产物移入高温炉中，煅烧，得到自制分散性水滑石，备用；
（5）将柠檬、桉树叶和橙皮精油放入组织粉碎机中粉碎40～50min，得到混合粉碎物，将混合粉碎物放入陶瓷罐中，并将陶瓷罐敞口放入温室中，静置发霉5～7天，得到发霉产物；
（6）向上述陶瓷罐中加入去离子水，密封罐口发酵，过滤分离得到发酵滤液，将发酵滤液和备用的自制分散性水滑石混合后装入发酵罐中，密封罐口后继续发酵，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤渣，将发酵滤渣放入烘箱，干燥，出料即得高留着性造纸填料。
2.根据权利要求1所述的一种高留着性造纸填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的预热蒸汽的温度为220～240℃。
3.根据权利要求1所述的一种高留着性造纸填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的冷却的温度为-30～-20℃，冷却时间为10～20s，粉碎时间为20～30min，干燥的温度为105～110℃。
4.根据权利要求1所述的一种高留着性造纸填料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的质量分数为30%的硝酸镁溶液和质量分数为25%的硝酸铁溶液以及超细纤维粉的质量比为6:7:1，混合液和氢氧化钠以及尿素的质量比为20:1:1。
5.根据权利要求1所述的一种高留着性造纸填料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的水热反应的压力为1.8～2.0MPa，水热反应的温度为200～220℃，水热反应的时间为20～24h，煅烧温度为300～400℃，煅烧时间为1～2h。
6.根据权利要求1所述的一种高留着性造纸填料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的柠檬、桉树叶和橙皮精油的质量比为3:2:1，温室的温度为30～35℃，空气相对湿度为60～70%。
7.根据权利要求1所述的一种高留着性造纸填料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的去离子水的加入量为发霉产物质量的5～6倍，密封罐口发酵的温度为25～30℃，密封罐口发酵的时间为9～10天，发酵滤液和备用的自制分散性水滑石的质量比为5:1，密封罐口继续发酵的温度为35～40℃，密封罐口继续发酵的时间为5～7天，干燥的温度为105～110℃，干燥的时间为1～2h。
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