CN108824074A - 一种表面活化聚合的填料及其制备工艺以及在制造纸张上的应用 - Google Patents

一种表面活化聚合的填料及其制备工艺以及在制造纸张上的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种表面活化聚合的填料及其制备工艺以及在制造纸张上的应用。在填料表面形成由表面增强剂形成的活化膜层，并使所述活化膜层的填料附着在线性无支链的高分子材料上。本发明通过填料表面活化聚合技术的应用，特别的以重钙为例，可以极大的减少重钙中的微细小颗粒组分，将重钙颗粒表面活化增强处理后经线性高分子材料串联、缠绕形成具有一定空间空隙结构的软聚合体，在增大重钙粒径的前提下，实现了提升重钙保留、增强重钙与纤维间的结合力、增加纸张强度的目的，在维持纸张强度的前提下，可提升纸张灰分3%，且不影响纸张松厚度。

Description

一种表面活化聚合的填料及其制备工艺以及在制造纸张上的 应用
技术领域
本发明涉及一种表面活化聚合的填料及其制备工艺以及在制造纸张上的应用，属于材料技术领域。
背景技术
填料是纸张中非常重要的组成部分，在纸张中适量的加填有利于提升纸张的不透明度、降低纤维用量，从降低企业生产成本，实现最大经济效益及减少木浆纤维、保护森林、减少木材砍伐的角度来看，如何更加合理的应用填料加填，是一个非常有意义的课题。
众所周知，在造纸领域，最常见的填料是碳酸钙，碳酸钙因制备工艺分为重质碳酸钙（研磨碳酸钙）、轻质碳酸钙（沉淀碳酸钙），其中重钙来源于天然矿石，原料丰富，经研磨至不同粒径后经进行应用，轻钙则经过化学沉淀法制备，相较而言，轻钙粒径控制更好但价格倍于重钙，一般造纸企业更愿意选择重钙进行应用。
重钙加填首先要面临的问题是碳酸钙与纤维的结合力不强，大量的碳酸钙流失至纸机网毯、纸机白水系统中，导致纸机脱水困难、毛布堵塞、白水系统负担重等一系列问题，而重钙的研磨生产，粒径大小很难非常均一，不可避免的将产生一部分非常细小的颗粒，而这些更加微小的颗粒将更加加剧这些负面影响的产生，一些厂家试图采用选用较大粒径的重钙、提升保留助剂的方法进行改善，但又将面临因粒径变大，纸面破洞、匀度变差等问题；一些厂家通过改善重钙生产工艺，改进研磨方式、研磨介质等方案将成品粒径分布做到更加均匀，但从根本上无法彻底解决细小颗粒的产生，同时增加了生产成本。
发明内容
本发明针对上述缺陷，目的在于提供一种通过对重钙进行表面活化处理、加入能使纸张强度增强的一种表面活化聚合的重钙及其制备工艺以及在制造纸张上的应用。
为此本发明采用的技术方案是：一种表面活化聚合的填料，在填料表面形成由表面增强剂形成的活化膜层，并使所述活化膜层的填料附着在线性无支链的高分子材料上。
所述填料为重钙、轻钙、滑石粉、膨润土、钛白粉造纸用填料。
所述的表面增强剂选用阳离子增强剂、阴离子增强剂、二性增强剂、非离子型增强剂、阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉的一种或多种。
所述线性高分子材料选用阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、两性聚丙烯酰胺中的一种或多种。
一种表面活化聚合的填料，所述线性高分子的分子量1000~3000万。
经过聚合后的填料线性高分子材料聚合体粒径控制在10um~80mm之间。
一种表面活化聚合的填料的制备工艺，按照以下步骤进行：
1）在填料研磨完成后加填之前，加入表面增强剂，填料表面形成一层活化膜层；
2）再加入线性高分子材料，使包含活化膜层结构的填料附着在超长的线性无支链结构的高分子材料上；
3）将混合物混合均匀，线性高分子材料发生自然卷曲，相互缠绕，形成一种填料线性高分子材料聚合体。
在高速搅拌的条件下依次往填料中加入表面增强剂、线性高分子材料。
制备出的填料线性高分子材料聚合体的应用，在浆料中，加入所述填料线性高分子材料聚合体进行纸张的制备。
本发明的优点是：本发明通过填料表面活化聚合技术的应用，特别的以重钙为例，可以极大的减少重钙中的微细小颗粒组分，将重钙颗粒表面活化增强处理后经线性高分子材料串联、缠绕形成具有一定空间空隙结构的软聚合体，在增大重钙粒径的前提下，实现了提升重钙保留、增强重钙与纤维间的结合力、增加纸张强度的目的，在维持纸张强度的前提下，可提升纸张灰分3%，且不影响纸张松厚度。
附图说明
图1为本发明线性高分子材料的示意图。
图2为本发明重钙线性高分子材料聚合体的反应成型机理示意图。
图3为本发明重钙线性高分子材料聚合体的粒径分布图
图4为传统重钙的粒径分布图。
具体实施方式
本发明的工作原理为：
提升重钙细小组分留着率的方法：在重钙研磨完成后加填之前，加入表面活化剂增强剂，在重钙表面形成一层活化膜层，再加入线性高分子材料，使包含活化膜层结构的重钙附着在超长的线性无支链结构的高分子材料上，在经过管道流送、搅拌等作用后，线性高分子材料发生自然卷曲，相互缠绕，最终形成一种重钙-线性高分子材料聚合体，这种聚合体将提升加填时填料的粒径。在这种聚合体结构的中，越细小的重钙颗粒能被缠绕的数量越多、被缠绕的越紧、颗粒间的空间越小，在经过泵送等剪切作用时，越不容易被剥落下来；越大的重钙颗粒能被缠绕的数量越少、缠绕的越松、颗粒间的空间越大、相对易容易剥落。同时这种聚合体结构在空间上是一种存在孔隙的软结构，可以发生一定的形变，当添加于纸张后，重钙中的细小颗粒粒径被明显增大，提升了留着，同时活化膜层又增加了与纤维间的结合能力，提升了纸张强度，干燥后的线性高分子材料又起到了骨架的作用支撑起重钙-线性材料聚合力，亦有利于维持纸张的厚度。
从粒径分布上来说，所获得的重钙-线性高分子材料聚合体将具有更窄的粒径分布，粒径分布更加均匀。（如图3、4所示）。
所述表面活化增强剂，包括：阳离子增强剂、阴离子增强剂、二性增强剂、非离子型增强剂、阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉的一种或多种；
线性高分子材料：阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、两性聚丙烯酰胺（分子量1000~3000万，优选1500~2500万）。
重钙-线性高分子材料聚合体粒径控制在10um~80mm之间（视不同纸张类型、定量、厚度进行调整，定量≤80g/m2粒径一般控制10um~40mm，定量≥120 g/m2粒径一般控制40mm~80um）。
实施例一：
重钙：D50粒径=2.049um， PCD=-1997.8 ueq/L(30%固含量)。
表面活化增强剂：两性干强剂（PAM），分子量500万；阳离子淀粉
线性高分子材料：阴离子聚丙烯酰胺，分子量1500万。
将重钙配置成固含量30%的乳液，使用搅拌器搅拌，转速控制400转/分钟，缓慢加入两性干强剂，用量一般控制在3~20kg/吨重钙，优选5~10Kg/吨重钙，搅拌10S；再加阳离子淀粉，用量一般控制在5~50kg/吨重钙，优选5~30kg/吨重钙，搅拌10S，最后加入线性高分子材料，用量一般控制5~20kg/吨重钙，搅拌器转速提升至700转/分钟，搅拌20S,完成重钙-线性高分子材料聚合体制备。
在LBKP与NBKP、BCTMP的混合浆料中，加入重钙-线性高分子材料聚合体，与未经处理的重钙进行比较，再在浆料中加入助留剂等功能性助剂后，再进行手抄纸抄造，比较手抄纸强度。
通过重钙-线性高分子材料聚合体的应用，可以显著提升重钙的留着、提升纸张灰分，纸张强度较好，进行一步提升纸张灰分3%，松厚度不受影响，强度仍有明显优势。
实施例二：
重钙：D50粒径=5.359um， PCD=-358.8ueq/L，(30%固含量)。
表面活化增强剂：阴离子干强剂（PAM），分子量600万；两性离子淀粉
线性高分子材料：阳离子聚丙烯酰胺，分子量2500万。
将重钙配置成固含量30%的乳液，使用搅拌器搅拌，转速控制400转/分钟，缓慢加入阴离子干强剂，用量一般控制在3~20kg/吨重钙，优选5~10Kg/吨重钙，搅拌10S；再加两性淀粉，用量一般控制在5~50kg/吨重钙，优选10~30kg/吨重钙，搅拌10S，最后加入线性高分子材料，用量一般控制5~30kg/吨重钙，优选10~20 kg/吨重钙，搅拌器转速提升至700转/分钟，搅拌20S,完成重钙-线性高分子材料聚合体制备。
在OCC浆料中，加入重钙-线性高分子材料聚合体，与未经处理的重钙进行比较，再在浆料中加入助留剂等功能性助剂后，再进行手抄纸抄造，比较手抄纸强度。
通过重钙-线性高分子材料聚合体的应用，可以显著提升重钙的留着、提升纸张灰分，纸张强度较好，进行一步提升纸张灰分3%，松厚度不受影响，强度仍有明显优势。
实施例三：
轻钙：D50粒径=5.213um， PCD=-117.3ueq/L，(20%固含量)。
表面活化增强剂：阳离子干强剂（PAM），分子量500万；
线性高分子材料：阴离子聚丙烯酰胺，分子量2000万。
将轻钙配置成固含量30%的乳液，使用搅拌器搅拌，转速控制400转/分钟，缓慢加入阳离子干强剂，用量一般控制在5~50kg/吨轻钙，优选10~30Kg/吨轻钙，搅拌10S；加入线性高分子材料，用量一般控制5~50kg/吨轻钙，优选10~30 kg/吨轻钙，搅拌器转速提升至700转/分钟，搅拌20S,完成轻钙-线性高分子材料聚合体制备。
在 NBKP、LBKP、BCTMP的混合浆料中，加入轻钙-线性高分子材料聚合体，与未经处理的轻钙进行比较，再在浆料中加入助留剂等功能性助剂后，再进行手抄纸抄造，比较手抄纸强度。
通过轻钙-线性高分子材料聚合体的应用，可以显著提升轻钙的留着、提升纸张灰分，纸张强度较好，进行一步提升纸张灰分3%，松厚度不受影响，强度仍有明显优势。
实施例四：
滑石粉：D50粒径=11.888um， PCD=-402.5ueq/L，(30%固含量)。
表面活化增强剂：阳离子干强剂（PAM），分子量1000万；
线性高分子材料：阴离子聚丙烯酰胺，分子量2500万。
将滑石粉配置成固含量30%的乳液，使用搅拌器搅拌，转速控制400转/分钟，缓慢加入阳离子干强剂，用量一般控制在5~50kg/吨滑石粉，优选10~30Kg/吨滑石粉，搅拌10S；加入线性高分子材料，用量一般控制5~50kg/吨滑石粉，优选10~30 kg/吨滑石粉，搅拌器转速提升至700转/分钟，搅拌20S,完成滑石粉-线性高分子材料聚合体制备。
在OCC浆料中，加入滑石粉-线性高分子材料聚合体，与未经处理的滑石粉进行比较，再在浆料中加入助留剂等功能性助剂后，再进行手抄纸抄造，比较手抄纸强度。
通过滑石粉-线性高分子材料聚合体的应用，可以显著提升滑石粉的留着、提升纸张灰分，纸张强度较好，进行一步提升纸张灰分3%，松厚度不受影响，强度仍有明显优势。
实施例五：
钛白粉：D50粒径=5.567um， PCD=-91.0ueq/L，(30%固含量)。
表面活化增强剂：阳离子干强剂（PAM），分子量1000万；
线性高分子材料：阴离子聚丙烯酰胺，分子量2000万。
将钛白粉配置成固含量30%的乳液，使用搅拌器搅拌，转速控制400转/分钟，缓慢加入阳离子干强剂，用量一般控制在5~50kg/吨钛白粉，优选10~20Kg/吨钛白粉，搅拌10S；加入线性高分子材料，用量一般控制5~50kg/吨钛白粉，优选10~30 kg/吨钛白粉，搅拌器转速提升至700转/分钟，搅拌20S,完成钛白粉-线性高分子材料聚合体制备。
在NBKP、LBKP混合浆料中，加入钛白粉-线性高分子材料聚合体，与未经处理的钛白粉进行比较，再在浆料中加入助留剂等功能性助剂后，再进行手抄纸抄造，比较手抄纸强度。
通过钛白粉-线性高分子材料聚合体的应用，钛白粉的留着较优、纸张灰分提升，纸张强度明显较优，进行一步提升纸张灰分3%，松厚度不受影响，强度仍有明显优势。

Claims (9)

1.一种表面活化聚合的填料，其特征在于，在填料表面形成由表面增强剂形成的活化膜层，并使所述活化膜层的填料附着在线性无支链的高分子材料上。
2.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料，其特征在于，所述填料为重钙、轻钙、滑石粉、膨润土、钛白粉造纸用填料。
3.根据权利要求1或2所述的一种表面活化聚合的填料，其特征在于，
所述的表面增强剂选用阳离子增强剂、阴离子增强剂、二性增强剂、非离子型增强剂、阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的一种表面活化聚合的填料，其特征在于，所述线性高分子材料选用阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、两性聚丙烯酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种表面活化聚合的填料，其特征在于，所述线性高分子的分子量1000~3000万。
6.根据权利要求1或2所述的一种表面活化聚合的填料，其特征在于，经过聚合后的重钙线性高分子材料聚合体粒径控制在10um~80mm之间。
7.一种表面活化聚合的填料的制备工艺，其特征在于，按照以下步骤进行：
1）在填料研磨完成后加填之前，加入表面增强剂，填料表面形成一层活化膜层；
2）再加入线性高分子材料，使包含活化膜层结构的填料附着在超长的线性无支链结构的高分子材料上；
3）将混合物混合均匀，线性高分子材料发生自然卷曲，相互缠绕，形成一种填料线性高分子材料聚合体。
8.根据权利要求7所述的一种表面活化聚合的填料的制备工艺，其特征在于，在高速搅拌的条件下依次往填料中加入表面增强剂、线性高分子材料。
9.由上述任一权利要求制备出的填料线性高分子材料聚合体的应用，其特征在于，在浆料中，加入所述填料线性高分子材料聚合体进行纸张的制备。
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