CN110482586B - 一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，将石灰石煅烧300得生石灰，生石灰和水进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成10‑100g/L的精制石灰乳；将精制石灰乳加热至40‑90℃，通入含二氧化碳的混合气体并添加电解质调节zeta电位到90‑100mv，反应至体系zeta电位下降至80mv时，再加入空间位阻剂调节zeta电位不低于80mv，碳酸化反应至pH7‑8时，停止反应，得到碳酸钙浆料；空间位阻剂包括包括聚丙烯酸钠、微晶纤维素和长链有机酸中的两种以上；再经脱水，干燥，粉碎，得到无碳复写纸用轻质碳酸钙。本发明制得粒径分布窄，平均粒径小，分散性能好的轻质碳酸钙，应用到无碳复写纸，使涂布纸获得优异的显色性能和表面强度。

Description

一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法

技术领域

本发明涉及碳酸钙技术领域，具体是一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法。

背景技术

碳酸钙是一种非常重要的无机颜料，广泛应用于造纸，建材，塑料，涂料，橡胶，食品，医疗等，据统计，全世界超过半数的碳酸钙被应用到造纸行业中。由于造纸工业使用中碱性抄纸代替了酸性抄纸以及纸张向低定量高档化发展，因此碳酸钙在造纸工业中是有着广阔前景的。碳酸钙在造纸工业分为填料和涂布颜料。PCC(沉淀碳酸钙或轻质碳酸钙)粒子结构疏松，表观粗糙，具有特有的形态特征。与GCC(研磨碳酸钙)相比，PCC白度高，比表面积大，表面活性高，强度高，散光系数高，不仅可以节约纤维成本还可以赋予加填纸张更佳的松厚度、光学性能和保留率。目前中国涂布级PCC用量不大，这是由于PCC的生产成本和价格较高。但PCC在造纸涂布中的优越性是GCC不能比的。在未来，更多造纸企业可能使用PCC作为涂布颜料。研究表明，适度添加超细PCC可以提升纸张涂层的平滑度、耐老化性，改善油墨吸收性、紧度、不透明度和涂层孔隙结构,降低粗糙度，提高涂料保水值。

不同纸种用涂布颜料PCC的品质要求不尽相同。一般来说，PCC的平均粒径越小，粒径分布越窄对提高涂布纸的平滑性能，施胶性能，表面强度越是有利，且粒径越小的PCC对纸机的损害越低。

无碳复写纸简称无碳纸，是一种新型的复写用纸,具有直接复写、直接显色的功能。无碳复写纸使用PCC涂布、覆盖原纸凹凸不平的表面，可提高纸的白度和不透明度，改善纸面的平滑性和光泽度，使纸页表面具有均匀良好的油墨吸收性，最后获得良好的显色效果。大多数PCC普遍存在粒径分布宽，团聚严重等问题，对涂布无碳复写纸的加工和应用造成不良影响。

中国专利CN103923489A公开了一种超分散性悬浮碳酸钙乳液的制备方法，该方法在干法研磨得到碳酸钙粉的基础上，将碳酸钙粉制成一定固含量的浆料，在浆料配置的过程中加入超分散剂，同时加入聚乙二醇类的润湿剂和钛酸酯/铝酸酯的复合偶联剂；用配置好的浆料进行湿法研磨。该发明方法生产的碳酸钙细度较高，分散性好。但添加聚乙二醇等试剂后浆料容易产生泡沫，腐蚀生产设备，因此不适合工业生产。

中国专利CN100509631C公开了一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，将分散剂加入氧化硅浆料研磨后再加入氢氧化钙浆料进行碳酸化，得到轻质碳酸钙。该方法可以使无碳复写纸显色速度更快。但该方法操作流程复杂，氧化硅添加量大，影响产品纯度。

中国专利CN102502748B公开了一种微波制备玫瑰形碳酸钙的方法，该发明的沉淀碳酸钙可作为一种优质颜料和填料，应用于造纸、涂料、塑料、橡胶等行业。但该方法制备的碳酸钙团聚体多，对无碳复写纸的显色匀度和表面强度有不利影响。

中国专利CN102674423B公开了一种造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法，该发明生产出来的片状超细碳酸钙平均直径为小，厚度为薄，白度和吸油值达到国家标准，可替代高岭土作为造纸涂布用颜料，给企业带来了经济效益。但该方法工艺难度大，不易控制产品的粒径，且流动性与纺锤形碳酸钙有一定劣势，不利于高速纸机运转。

中国专利CN101113004A公开了一种无碳复写纸涂料用碳酸钙及其制备和应用，该方法制备的碳酸钙可以提高无碳复写纸的平滑度和显色速度。CN1253373C公开了一种制造超细碳酸钙分散性颗粒的方法，该方法通过二步反应，首先在超过临界过饱和度的条件下制备均匀的立方形沉淀碳酸钙作为种子，然后在第二步中，添加反应速度控制剂调整反应的条件，在晶种碳酸钙的表面进行晶体的生长但该方法使用晶种进行制备碳酸钙。用晶种法制备沉淀碳酸钙容易造成碳酸钙晶体团聚生长，使粒径分布变宽，对于无碳复写纸的表面强度有不利影响。

中国专利CN1278939C公开了一种造纸涂布级沉淀碳酸钙颜料的制备方法，该方法用预研磨和组合研磨PCC悬浮液，再进行筛分获得涂布级碳酸钙。碳酸钙经研磨粒径变小但比表会升高，比表过高需要较多胶黏剂和染料，导致成本的提升。

综上所述，目前制备涂布纸颜料所用碳酸钙，存在粒径分布宽，分散性差等缺陷，造成涂布纸的机械性能和加工性能下降。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明针对目前制备涂布纸颜料所用碳酸钙存在的缺陷，提供一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法。该方法制备了一种粒径分布窄，平均粒径小，分散性能好的轻质碳酸钙，并将其应用到无碳复写纸，使涂布纸获得优异的显色性能和表面强度。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石灰石在1100～1300℃温度下煅烧300～500min得生石灰，将生石灰和水进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成10-100g/L的精制石灰乳；

(2)将精制石灰乳加热至40-90℃，通入含二氧化碳的混合气体并添加电解质调节zeta电位到90-100mv，反应至体系zeta电位下降至80mv时，再加入空间位阻剂调节zeta电位不低于80mv，碳酸化反应至pH7-8时，停止反应，得到碳酸钙浆料；所述电解质为可溶性盐，空间位阻剂包括包括聚丙烯酸钠、微晶纤维素和长链有机酸中的两种以上；

(3)将碳酸钙浆液经脱水，干燥，粉碎，得到无碳复写纸用轻质碳酸钙。

进一步地，所述可溶性盐硫酸盐或碳酸盐包括硫酸锌、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、氯化锌中的一种或多种组合。

进一步地，所述电解质的用量为添加电解质的绝干量不超过氢氧化钙绝干量的1％。

进一步地，所述空间位阻剂的用量为添加空间位阻剂的绝干量不得超过氢氧化钙绝干量的0.5％。

进一步地，所述混合气体中二氧化碳的体积浓度为10％-40％。

进一步地，所述碳酸化反应过程中控制搅拌速率不低于200r/min。

进一步地，所述消化反应生石灰和水按照灰水质量比1：8-11进行消化反应。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

1、本发明以石灰石为原料，经煅烧消化后得到氢氧化钙浆料，采用鼓泡碳酸化法，通过在碳酸化不同阶段加入电解剂和空间位阻剂添加剂，控制石灰浆碳酸化过程的zeta电位，获得粒径分布窄，平均粒径小为2.0-3.5微米，分散性能好的微米级轻质碳酸钙。

2、本发明制得的轻质碳酸钙应用到无碳复写纸中提高了无碳复写纸的显色光密度和表面强度，解决了普通轻钙用于涂布纸时起粒，均一度差的问题。

3、本发明方法工艺简单可行，生产成本低，容易实现工业化生产，具有较好的经济效益和社会效益。

具体实施例

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

(1)取一定量石灰石破碎至10-15cm,在1050℃下煅烧300min得生石灰，将生石灰和水按照灰水质量比1：11进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成20g/L的精制石灰乳；

(2)将精制石灰乳加热至50℃，控制搅拌速度为200r/min，通入二氧化碳体积浓度为20％的混合气体并添加为氢氧化钙绝干量0.2％的硫酸锌电解质调节zeta电位到90-95mv，随碳化反应进行，反应至体系zeta电位下降至80mv时，再加入过氢氧化钙绝干量为0.1％饿聚丙烯酸钠和0.1％的微晶纤维素调节zeta电位不低于80mv，碳酸化反应至pH7.5时，停止反应，得到碳酸钙浆料；

(3)将碳酸钙浆液经脱水，干燥，粉碎，得到无碳复写纸用轻质碳酸钙。

实施例2

一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

(1)取一定量石灰石破碎至10-15cm,在1000℃下煅烧400min得生石灰，将生石灰和水按照灰水质量比1：10进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成30g/L的精制石灰乳；

(2)将精制石灰乳加热至70℃，控制搅拌速度为300r/min，通入二氧化碳体积浓度为20％的混合气体并添加为氢氧化钙绝干量0.1％的氯化锌和0.2％硫酸钠电解质调节zeta电位到82-88mv，随碳化反应进行，反应至体系zeta电位下降至80mv时，再加入为过氢氧化钙绝干量0.1％的聚丙烯酸钠、0.1％的肉桂酸和0.05％的微晶纤维素调节zeta电位不低于80mv，碳酸化反应至pH7.5时，停止反应，得到碳酸钙浆料；

(3)将碳酸钙浆液经脱水，干燥，粉碎，得到无碳复写纸用轻质碳酸钙。

实施例3

一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

(1)取一定量石灰石破碎至10-15cm,在1150℃下煅烧350min得生石灰，将生石灰和水按照灰水质量比1：8进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成40g/L的精制石灰乳；

(2)将精制石灰乳加热至60℃，控制搅拌速度为200r/min，通入二氧化碳体积浓度为33％的混合气体并添加为氢氧化钙绝干量0.5％硫酸锌和0.2％硫酸钠电解质调节zeta电位到92-98mv，随碳化反应进行，反应至体系zeta电位下降至80mv时，再加入为过氢氧化钙绝干量0.2％的聚丙烯酸钠、0.3％的酒石酸调节zeta电位不低于80mv，碳酸化反应至pH为7时，停止反应，得到碳酸钙浆料；

(3)将碳酸钙浆液经脱水，干燥，粉碎，得到无碳复写纸用轻质碳酸钙。

实施例4

一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：

(1)取一定量石灰石破碎至10-15cm,在1250℃下煅烧300min得生石灰，将生石灰和水按照灰水质量比1：11进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成20g/L的精制石灰乳；

(2)将精制石灰乳加热至70℃，控制搅拌速度为300r/min，通入二氧化碳体积浓度为33％的混合气体并添加为氢氧化钙绝干量0.5％硫酸锌和0.3％碳酸钠电解质调节zeta电位到83-89mv，随碳化反应进行，反应至体系zeta电位下降至80mv时，再加入为过氢氧化钙绝干量0.2％的肉桂酸、0.2％的微晶纤维调节zeta电位不低于80mv，碳酸化反应至pH为7时，停止反应，得到碳酸钙浆料；

(3)将碳酸钙浆液经脱水，干燥，粉碎，得到无碳复写纸用轻质碳酸钙。

实施例5

(1)取一定量石灰石破碎至10-15cm,在1200℃下煅烧400min得生石灰，将生石灰和水按照灰水质量比1：11进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成25g/L的精制石灰乳；

(2)将精制石灰乳加热至75℃，控制搅拌速度为200r/min，通入二氧化碳体积浓度为33％的混合气体并添加为氢氧化钙绝干量0.5％氯化锌和0.2％碳酸氢钠电解质调节zeta电位到88-93mv，随碳化反应进行，反应至体系zeta电位下降至80mv时，再加入为过氢氧化钙绝干量0.2％的聚丙烯酸钠、0.15％的肉桂酸、0.05％的微晶纤维调节zeta电位不低于80mv，碳酸化反应至pH为7.5时，停止反应，得到碳酸钙浆料；

(3)将碳酸钙浆液经脱水，干燥，粉碎，得到无碳复写纸用轻质碳酸钙。

对比例1

取一定量石灰石破碎至10-15cm,在1050℃下煅烧300min得生石灰，将生石灰和水按照灰水质量比1：11进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成20g/L的精制石灰乳；将精制石灰乳加热至50℃，控制搅拌速度为200r/min，搅拌均匀后通入浓度为20％的二氧化碳，搅拌均匀后碳化至pH7.5时，停止反应得到碳酸钙浆料，经脱水，干燥，粉碎，得碳酸钙产品。

对比例2

取一定量石灰石破碎至10-15cm,在1250℃下煅烧300min得生石灰，将生石灰和水按照灰水质量比1：11进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成20g/L的精制石灰乳；将精制石灰乳加热至70℃，控制搅拌速度为300r/min，通入二氧化碳体积浓度为33％的混合气体，搅拌均匀后碳化至pH7时，停止反应得到碳酸钙浆料，经脱水，干燥，粉碎，得碳酸钙产品。

应用实施例

按照重量份数比计算，取40份本发明实施例1-5及对比例1/2制备得到的碳酸钙，80份水，30份高岭土(已配成液体)，氧化淀粉5份，丁苯胶乳5份，显色剂5份，聚丙烯酸钠0.5份。将颜料和各种助剂按一定顺序配制成涂料。

其制备方法为：先将0.5份聚丙烯酸钠添加到60份水里，搅拌均匀后加入40份碳酸钙进行高速剪切30min制得颜料，再取20份水与5份氧化淀粉煮沸30min制得氧化糊化淀粉，往氧化糊化淀粉里依次添加30份高岭土，5份丁苯胶乳，5份显色剂搅拌均匀后加入配好的颜料，再次搅拌均匀得到涂料。

取上述配置好的涂料，用0号压辊按定量45g/㎡的涂布量以2m/s的速度进行手工涂布，最后进行涂布纸性能检测,，检测结果如表1所示。

表1：本发明轻质碳酸钙应用在涂布纸的性能测试结果

从表1数据得知，本发明方法制备的轻质碳酸钙与普通方法制备(对比例)的碳酸钙相比平均粒径小，粒径分布窄，配置成涂料黏度低，保水值适中，有利于高速纸机的运行，可以降低纸机运行能耗，有较好的经济效益。本产品涂布后无碳复写纸显色密度和表面强度与普通轻钙相比显著升高，大幅提高了无碳复写纸的品质。

以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（ 1 ） 将石灰石在1100~1300℃温度下煅烧300~500min得生石灰，将生石灰和水进行消化反应生成石灰乳；过100目筛，配成10-100g/L的精制石灰乳；

(2)将精制石灰乳加热至40-90℃，通入含二氧化碳的混合气体并添加电解质调节zeta电位到90-100mv，当反应至体系zeta电位下降至80mv时，再加入空间位阻剂调节zeta电位不低于80mv，碳酸化反应至pH7-8时，停止反应，得到碳酸钙浆料；所述电解质为可溶性盐，所述空间位阻剂由聚丙烯酸钠、微晶纤维素和肉桂酸组成；

（3）将碳酸钙浆液经脱水，干燥，粉碎，得到无碳复写纸用轻质碳酸钙；

所述可溶性盐包括硫酸锌、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、氯化锌中的一种或多种组合；

所述电解质的用量为添加电解质的绝干量不超过氢氧化钙绝干量的1%；

所述空间位阻剂的用量为添加空间位阻剂的绝干量不得超过氢氧化钙绝干量的0.5%；

所述混合气体中二氧化碳的体积浓度为10%-40%；

所述碳酸化反应过程中控制搅拌速率不低于200r/min。

2.根据权利要求1所述无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述消化反应中生石灰和水是按照灰水质量比1：8-11进行消化反应。

3.如权利要求1或2任一项所述无碳复写纸用轻质碳酸钙的制备方法所制得的轻质碳酸钙的应用，其特征在于：所述轻质碳酸钙应用于无碳复写纸。

4.根据权利要求3所述轻质碳酸钙的应用，其特征在于：纸张涂布的制备方法为：先将0.5份聚丙烯酸钠添加到60份水里，搅拌均匀后加入40份轻质碳酸钙进行高速剪切30min制得颜料，再取20份水与5份氧化淀粉煮沸30min制得氧化糊化淀粉，往氧化糊化淀粉里依次添加30份高岭土，5份丁苯胶乳，5份显色剂搅拌均匀后加入配好的颜料，再次搅拌均匀得到涂料；取涂料用0号压辊按定量45g/㎡的涂布量以2m/s的速度进行手工涂布。