CN109667190A - 一种立方体轻质碳酸钙填料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种立方体轻质碳酸钙填料组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立方体轻质碳酸钙填料组合物，其组分按重量份比为：立方体轻质碳酸钙填料100份，阳离子聚合物0.03‑0.25份。本发明还公开了上述立方体轻质碳酸钙填料组合物的制备方法，包括如下步骤：将阳离子聚合物加入到立方体轻质碳酸钙填料中，温度控制在60‑80℃，保温30‑60min，加水调整固含量至15‑20％。本发明以立方体轻质碳酸钙作为载体，通过添加阳离子聚合物混合改性得到立方体轻质碳酸钙填料组合物。将其作为填料加填入纸浆中后，可以提高抄造纸样的抗张强度、内结合强度，同时节约AKD的用量，降低造纸成本，同时作为改性剂的阳离子聚合物的作用，可以改善填料的留着和促进施胶效果，使得抄造纸样的灰分和保留率得到提升。

Description

一种立方体轻质碳酸钙填料组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及造纸填料领域，具体涉及一种立方体轻质碳酸钙填料组合物及其制备方法和应用。
背景技术
轻质碳酸钙是造纸工业中最常用的填料之一，用填料替代造纸纤维，可以降低生产成本，另外可以改善纸张的光学性能、印刷性能和外观。轻质碳酸钙作为一种重要的无机化工原料，用普通碳化法生产出的轻质碳酸钙，多为纺锤型或针棒状，粒径分布范围宽，比表面积较大；另外，通过添加助剂及控制反应条件可以制得的纳米级轻质碳酸钙晶型多为立方体，一般小于100nm，具有很高的比表面积，容易团聚，通常不能直接用于造纸加填。
填料的比表面积与其粒径、粒径分布和粒子形状有关。大多数填料的粒径和比表面积之间存在着相反的关系。一般来说，粒径越小，比表面积越大。较高比表面积的填料较难留着。相对于纤维，填料有更高的比表面积，单位质量填料比纤维具有更大的吸附湿部添加剂的能力，所以高比表面积填料要求更多的助留剂以达到一定的留着程度。填料的比表面积还影响光散射，也影响纸页强度和印刷特性。一般来说，较高比表面积的填料可以提高纸张印刷性能(如油墨吸收等)，但同时也会影响填料的留着，造成添加剂的选择性吸附，损害施胶和纸页强度(在相同添加量时，填料比表面积较高，纸页强度较弱)。用作造纸填料的沉淀碳酸钙主要是偏三角面体方解石(玫瑰花状)，比表面积通常在6.0-8.0㎡/g左右，这种普通PCC的显著缺点是大比表面积对AKD的亲和力损害施胶效果，对强度的负面影响较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种立方体轻质碳酸钙填料组合物及其制备方法和应用，以解决背景技术存在的上述缺陷。
本发明的第一方面是提供一种立方体轻质碳酸钙填料组合物，其组分按重量份比为：立方体轻质碳酸钙填料100份，阳离子聚合物0.03-0.25份。
作为优选的技术方案，所述立方体轻质碳酸钙填料晶体形状为立方体，单个晶体直径为0.5μm-1.0μm，比表面积SSA为2.0-4.5m2/g。
作为进一步优选的技术方案，所述立方体轻质碳酸钙填料固含量为10-20％，粘度为20-100cP，pH值为7-9.5，其中粒径D90为5.0-7.5μm，D50为3.0-4.5μm，2μm以下粒子含量20-40％。
作为优选的技术方案，所述立方体轻质碳酸钙填料采用如下方法制备：
步骤一，取氢氧化钙精浆，充分碳化从而获得熟浆作为母液；
步骤二，将晶型控制剂加入氢氧化钙精浆中配成混合液；
步骤三，将所述混合液缓慢滴加入所述母液中，同时进行碳化，上部滴加的同时反应器底部以相同流速同时出料，碳化至终点后得到所述立方体轻质碳酸钙填料。
所述晶型控制剂为碳酸盐或碳酸氢盐的一种或两种以上，包括但不限于碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾。
所述氢氧化钙精浆中氢氧化钙的粒径小于80目。
步骤三中，通过在线测定体系的电导率和pH值控制滴加速度和出料速度。电导率控制在0.5-2.5ms/cm，pH值控制在8-11之间，滴加速度控制在60-140ml/min。
各步骤中各组分的体积用量如下：
步骤一中的氢氧化钙精浆2-20份，固含量10-15％；
步骤二中的氢氧化钙精浆1-10份，固含量10-15％；
晶型控制剂配成固含量1-5％的水溶液，晶型控制剂溶液与步骤二中的氢氧化钙精浆的体积比为0.05-0.5：1。
步骤一中碳化条件为：气量40-80L/H、窑气浓度20-30％、搅拌转速500-700rpm；步骤三中的碳化条件为：气量40-80L/H、窑气浓度10-20％、搅拌转速500-700rpm。
作为优选的技术方案，所述阳离子聚合物为溶液型阳离子淀粉。
作为优选的技术方案，所述阳离子聚合物浓度为1-3％，阳离子取代度为0.05-0.3。
本发明的第二方面是提供上述立方体轻质碳酸钙填料组合物的制备方法，包括如下步骤：将阳离子聚合物加入到立方体轻质碳酸钙填料中，温度控制在60-80℃，保温30-60min，加水调整固含量至15-20％。
本发明的第三方面是提供上述立方体轻质碳酸钙填料组合物在造纸中的应用，具体是将所述立方体轻质碳酸钙填料组合物加填入纸浆中。
本发明突出的特点是以立方体轻质碳酸钙作为载体，通过添加一定比例的阳离子聚合物混合改性得到立方体轻质碳酸钙填料组合物。将其作为填料加填入纸浆中后，由于立方体轻质碳酸钙具有较低的比表面积SSA，可以降低填料对AKD的吸附，提高施胶效果，从而提高抄造纸样的抗张强度、内结合强度，同时节约AKD的用量，从而降低造纸成本，同时作为改性剂的阳离子聚合物的作用，可以改善填料的留着和促进施胶效果，使得抄造纸样的灰分和保留率得到提升。
细小纤维和填料对阳离子聚合物和AKD的吸附要远大于纤维对它们的吸附。通过降低填料的比表面积可以减少对AKD的吸附，从而提高AKD与纤维的吸附，同时通过添加阳离子聚合物得到的本发明所述的立方体轻质碳酸钙填料组合物，进一步改善了填料的电荷分布，增加对细料的吸附，并促进了施胶的效果。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行阐述，但并不限制本发明。
各实施例中立方体轻质碳酸钙填料采用如下方法制备：
取20L氢氧化钙精浆过80目尼龙网，调整到固含量为12％。将调整好的氢氧化钙精浆加入到自制反应釜中，水浴加热到45℃，按设定的碳化参数(气量70L/H、窑气浓度30％、搅拌转速500rpm。)通气直接进行碳化，碳化至终点后，以此熟浆作为母液。量取一定质量的碳酸钠及碳酸钾(质量比2：1)，加水溶解配制成2％浓度的溶液。取10L氢氧化钙精浆过80目尼龙网，调整到到固含量为12％。取1L晶型控制剂溶液加入调整好固含量的10L氢氧化钙精浆中，混合均匀(体积比为0.1)。将混合液滴加入反应釜中的20L熟浆中，按设定的碳化参数(气量70L/H、窑气浓度10％、搅拌转速500rpm)，边滴加边通气进行碳化，上部滴加的同时反应釜底部以相同流速同时出料，根据电导率仪和pH计控制滴加速度(120ml/min)和出料速度，使电导率和pH值稳定在规定的范围内。每滴加10L的混合液，碳化至终点后取出适量浆料，留样过325目标准筛，检测样品为立方体轻质碳酸钙，固含量为15.5％，pH为8.0，美国粒径D90为6.23μm，D50为3.76μm，比表面积为3.79㎡/g。
实施例1
立方体轻质碳酸钙填料组合物制备：将立方体轻质碳酸钙填料，加入反应釜中，搅拌并加热至60℃。将浓度3％的溶液型阳离子淀粉0.25份加入填料中，搅拌均匀，并保温30min。加水调节填料组合物的固含量至18％。
立方体轻质碳酸钙填料组合物的应用方法(采用普通轻钙填料按上述方法制备填料组合物及按下述方法进行应用对比)：
浆料配比：针叶浆(400SR)：阔叶浆(350SR)：化机浆＝25:17:58
混合打浆度：350SR，湿重0.4g
抄造定量：120g/m2
抄纸工艺：浆(70％)+AKD(20Kg/t纸)+填料组合物(30％)+CPAM(300ppm)；
按上述工艺，将称量好的纸浆搅拌1分钟后，加入AKD搅拌1分钟，然后加入填料组合物搅拌1分钟，最后加CPAM搅拌1分钟后取下，LABTECH73-62半自动纸页成型器抄片，经LABTECH 73-50标准纸页压榨机压榨后自然风干，检测纸样白度、不透明度、强度、灰份等指标。检测数据见表1：
表1
通过实验数据看出，立方体轻质碳酸钙填料组合物与普通轻质碳酸钙填料组合物进行加填对比，填料保留率提高2.69个百分点，总保留率提高2.06个百分点，灰分提高0.36个百分点，抗张强度、内结合强度提高10％。
实施例2
立方体轻质碳酸钙填料组合物制备：将立方体轻质碳酸钙填料，加入反应釜中，搅拌并加热至60℃。将浓度3％的溶液型阳离子淀粉0.25份加入填料中，搅拌均匀，并保温30min。加水调节填料组合物的固含量至18％。
立方体轻质碳酸钙填料组合物的应用方法(采用普通轻钙填料按上述方法制备填料组合物及按下述方法进行应用对比)：
浆料配比：针叶浆(400SR)：阔叶浆(350SR)：化机浆＝25:17:58
混合打浆度：350SR，湿重0.4g
抄造定量：120g/m2
抄纸工艺：浆(65％)+AKD(20Kg/t纸)+填料组合物(35％)+CPAM(300ppm)；
按上述工艺，将称量好的纸浆搅拌1分钟后，加入AKD搅拌1分钟，然后加入填料组合物搅拌1分钟，最后加CPAM搅拌1分钟后取下，LABTECH73-62半自动纸页成型器抄片，经LABTECH 73-50标准纸页压榨机压榨后自然风干，检测纸样白度、不透明度、强度、灰份等指标。检测数据见表2：
表2
通过实验数据看出，立方体轻质碳酸钙填料组合物与普通轻质碳酸钙填料组合物进行加填对比，填料保留率提高2.72个百分点，总保留率提高1.34个百分点，灰分提高0.72个百分点，抗张强度、内结合强度提高7％。
通过以上实施例看出，将立方体轻质碳酸钙填料组合物作为填料加填入纸浆中后，由于立方体轻质碳酸钙具有较低的比表面积SSA，可以降低填料对AKD的吸附，提高施胶效果，从而提高抄造纸样的抗张强度、内结合强度，同时节约AKD的用量，从而降低造纸成本，同时作为改性剂的阳离子聚合物的作用，可以改善填料的留着和促进施胶效果，使得抄造纸样的灰分和保留率得到提升。其中填料保留率提高2-3个百分点，总保留率提高1-2个百分点，灰分提高0.4-0.7个百分点，抗张强度、内结合强度提高7％-10％。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种立方体轻质碳酸钙填料组合物，其特征在于，其组分按重量份比为：立方体轻质碳酸钙填料100份，阳离子聚合物0.03-0.25份。
2.如权利要求1所述的立方体轻质碳酸钙填料组合物，其特征在于，所述立方体轻质碳酸钙填料晶体形状为立方体，单个晶体直径为0.5μm-1.0μm，比表面积SSA为2.0-4.5m2/g，所述立方体轻质碳酸钙填料固含量为10-20％，粘度为20-100cP，pH值为7-9.5，其中粒径D90为5.0-7.5μm，D50为3.0-4.5μm，2μm以下粒子含量20-40％。
3.如权利要求1所述的立方体轻质碳酸钙填料组合物，其特征在于，所述立方体轻质碳酸钙填料采用如下方法制备：
步骤一，取氢氧化钙精浆，充分碳化从而获得熟浆作为母液；
步骤二，将晶型控制剂加入氢氧化钙精浆中配成混合液；
步骤三，将所述混合液缓慢滴加入所述母液中，同时进行碳化，上部滴加的同时反应器底部以相同流速同时出料，碳化至终点后得到所述立方体轻质碳酸钙填料。
4.如权利要求3所述的立方体轻质碳酸钙填料组合物，其特征在于，所述晶型控制剂为碳酸盐或碳酸氢盐的一种或两种以上。
5.如权利要求3所述的立方体轻质碳酸钙填料组合物，其特征在于，所述立方体轻质碳酸钙填料制备方法的步骤三中，通过在线测定体系的电导率和pH值控制滴加速度和出料速度，电导率控制在0.5-2.5ms/cm，pH值控制在8-11之间，滴加速度控制在60-140ml/min。
6.如权利要求3所述的立方体轻质碳酸钙填料组合物，其特征在于，所述立方体轻质碳酸钙填料制备方法中各组分的体积用量如下：
步骤一中的氢氧化钙精浆2-20份，固含量10-15％；
步骤二中的氢氧化钙精浆1-10份，固含量10-15％；
晶型控制剂配成固含量1-5％的水溶液，晶型控制剂溶液与步骤二中的氢氧化钙精浆的体积比为0.05-0.5：1；所述氢氧化钙精浆中氢氧化钙的粒径小于80目。
7.如权利要求3所述的立方体轻质碳酸钙填料组合物，其特征在于，所述立方体轻质碳酸钙填料制备方法中步骤一的碳化条件为：气量40-80L/H、窑气浓度20-30％、搅拌转速500-700rpm；步骤三的碳化条件为：气量40-80L/H、窑气浓度10-20％、搅拌转速500-700rpm。
8.如权利要求1所述的立方体轻质碳酸钙填料组合物，其特征在于，所述阳离子聚合物为溶液型阳离子淀粉，阳离子取代度为0.05-0.3，浓度为1-3％。
9.如权利要求1-8任一项所述立方体轻质碳酸钙填料组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将阳离子聚合物加入到立方体轻质碳酸钙填料中，温度控制在60-80℃，保温30-60min，加水调整固含量至15-20％。
10.如权利要求1-8任一项所述立方体轻质碳酸钙填料组合物在造纸中的应用，其特征在于，将所述立方体轻质碳酸钙填料组合物加填入纸浆中并取代部分纸浆用量。
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