CN111074673A - 一种造纸用填料的处理方法和造纸方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种造纸用填料的处理方法和造纸方法，所述造纸用填料的处理方法包括提供填料分散液；向填料分散液中添加第一填料处理剂，得到填料微絮物溶液；向填料微絮物溶液中添加第二填料处理剂，得到填料絮凝物；其中，第二填料处理剂的分子量大于第一填料处理剂的分子量。通过上述方式，本发明处理所得到的填料粒径分布均匀，粒径稳定性好，可以在成纸强度不变的情况下提升填料加填量，降低造纸成本。

Description

一种造纸用填料的处理方法和造纸方法

技术领域

本发明涉及造纸技术领域，特别是涉及一种造纸用填料的处理方法和造纸方法。

背景技术

对于工业用纸来说，通常采用价格低廉的造纸填料替代纸浆纤维以节约纤维原料。然而传统的加填方法直接将填料加入纸浆系统中，纸板的强度性能随加填量的增加而降低，使加填量往往局限于一定范围内。

目前，关于填料改性处理技术相关的报道很多：如细胞胞内加填技术、细小纤维填料复合技术、新型造纸填料的开发与应用、基于水溶性聚合物类助剂的填料改性与处理技术及基于天然高分子化合物的填料包覆改性技术等。于目前已出现的改善加填纸强度性能的各类技术而言，预絮聚技术具有操作简单、易于实现工业化等特点，不仅可在一定程度上改善加填纸的强度性能，还可十分有效地提高填料留着率。

本申请的发明人在长期的研发过程中，发现填料的预絮聚加填技术依然存在一些缺陷或可以改进的地方，填料絮凝物的尺寸及其粒径分布不容易控制，会导致纸张的匀度变差，较差的匀度既会影响纸张的印刷效果，也会降低纸张的强度性能。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种造纸用填料的处理方法和造纸方法，能够使填料粒径分布范围窄，粒径稳定性好，从而增加填料加填量，优化造纸制备工艺，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种造纸用填料的处理方法，所述处理方法包括：

提供填料分散液；

向填料分散液中添加第一填料处理剂，以对填料进行处理，得到填料微絮物溶液；

向填料微絮物溶液中添加第二填料处理剂，以对填料微絮物进行处理，得到填料絮凝物；

其中，第二填料处理剂的分子量大于第一填料处理剂的分子量。

其中，第二填料处理剂分子量是第一填料处理剂分子量的10～40倍。

其中，第一填料处理剂包括高度支链状结构的聚合物，第二填料处理剂包括高度支链状结构的聚合物。

其中，第一填料处理剂的分子量为20～50万；第二填料处理剂的分子量为500～800万。

其中，第一填料处理剂包括聚丙烯酸酯，第二填料处理剂包括聚丙烯酰胺。

其中，第一填料处理剂和第二填料处理剂的总用量为填料绝干质量的0.2％～0.5％。

其中，第一填料处理剂和第二填料处理剂的用料质量比为6:4～7:3。

其中，向填料分散液中添加第一填料处理剂包括：

向填料分散液中添加第一填料处理剂水溶液；第一填料处理剂水溶液的质量浓度小于或等于2％，黏度小于或等于2000cps，电荷密度为5～8meq/L。

向填料微絮物溶液中添加第二填料处理剂包括：

向填料微絮物溶液中添加第二填料处理剂水溶液；第二填料处理剂水溶液的质量浓度小于或等于2％，黏度小于或等于2000cps，电荷密度为-1.5～4meq/L。

其中，提供填料分散液包括：利用白水溶解分散填料，得到填料分散液。

其中，填料分散液的浓度为8％～20％。

其中，填料絮凝物的粒径为30μm～50μm，粒径分布为1.3～1.6。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种造纸方法，方法包括以下步骤：

提供造纸浆料；

对造纸浆料进行稀释，得到第一造纸浆料；

向第一造纸浆料中加入填料，填料为上述任一方法处理后的填料絮凝物，得到第二造纸浆料；

抄造第二造纸浆料。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种造纸用填料的处理方法，该方法中使用两种填料处理剂分两步对填料进行处理，且先使用分子量较小的第一填料处理剂，调控填料表面的电荷性质，再用分子量较大的第二填料处理剂，能够易于生成较大的絮聚体，使所得填料絮聚体的分子量分布较窄，粒径稳定性好，可以在成纸强度不变的情况下提升填料加填量，降低造纸成本。

附图说明

图1是本申请一实施方式中造纸用填料的处理方法的流程示意图；

图2是本申请一实施方式中造纸方法的流程示意图；

图3是未处理碳酸钙经剪切后在纤维中的电镜(SEM)测试图；

图4是本申请实施方式中造纸用填料处理方法处理所得到的碳酸钙经剪切后在纤维中的电镜(SEM)测试图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下列举实施例对本申请进一步详细说明。

本申请提供一种造纸用填料的处理方法，以及处理后的填料在造纸领域的应用。该方法利用两种具有分子量差的填料处理剂，通过简单的工艺对填料进行处理制备出填料絮凝物，能够在成纸强度不变的情况下提高填料加填量，降低造纸成本。

请参阅图1，图1是本申请一实施方式中造纸用填料的处理方法的流程示意图，在该实施方式中，该方法包括如下步骤：

S110：提供填料分散液。

其中，分散液的溶剂为白水，白水即抄纸工段废水，白水的单位体积粒子电荷数(PCD)为-300～-600ueq/L，填料被白水稀释成悬浮分散液。

S120：向填料分散液中添加第一填料处理剂，以对填料进行处理，得到填料微絮物溶液。

可以添加第一填料处理剂的溶液。在其他实施方式中，也可以直接添加固体状的填料处理剂，不限定具体添加方式。

S130：向填料微絮物溶液中添加第二填料处理剂，以对填料微絮物进行处理，得到填料絮凝物。

其中，第二填料处理剂的分子量大于第一填料处理剂的分子量。

在该实施方式中，通过利用两种具有不同分子量的填料处理剂对填料进行絮聚。使处理后的填料粒径分布窄，稳定性好，可以在成纸强度不变的情况下提升填料加填量，降低造纸成本。

在一实施方式中，采用第一填料处理剂对填料进行微絮聚，其主要作用是改变填料表面电荷性质，选择分子量较小的第一填料处理剂，能够更好的控制调整电荷量。第二填料处理剂的作用是对第一填料处理剂处理过得到的微絮物进行絮凝，使得填料颗粒变大，同时能够赋予填料一定的强度。选择较大分子量的第二填料处理剂，能更有效的增加填料粒径，并改善粒径分布。

第二填料处理剂分子量一般是第一填料处理剂分子量的10～40倍。第一填料处理剂与第二填料处理剂之间的差值太小，即第二填料处理剂分子量太低，不利于增加填料粒径。第一填料处理剂与第二填料处理剂之间的差值太大，则不利于控制粒径增长。如第一填料处理剂的分子量可以为20～50万，第二填料处理剂的分子量可以为500～800万。

在一实施方式中，第一填料处理剂和第二填料处理剂均为高度支链状结构的聚合物。高度支链状聚合物由于支化度较高，聚合物与聚合物之间的相互作用更大，因此能使填料形成高稠密的絮聚体，提高填料的抗剪切能力。

填料分散液是水性体系，为提高处理反应效率，可以选择亲水性聚合物作为第一填料处理剂和第二填料处理剂。较好的亲水性使填料处理剂能够充分溶解在水溶液中，有利于填料絮聚的充分反应。如第一填料处理剂可以为高度支链状结构的改性聚丙烯酸酯，第二填料处理剂可以为高度支链状结构的改性聚丙烯酰胺。改性聚丙烯酸酯和改性聚丙烯酰胺均为亲水聚合物。

在一实施方式中，填料可以是碳酸钙、滑石粉、高岭土或钛白粉等。如未处理填料可以是在线研磨得到的碳酸钙，在线研磨所得到的碳酸钙粒径较小，且粒径分布较宽，稳定性不好，如粒径(D50)为1.4μm～2.5μm，粒径分布1.8～3.0。可以对在线研磨所得到的碳酸钙进行处理，以提高填料性能。

在线研磨所得到的碳酸钙分散液浓度为75％，为获得较好的处理效果，须对碳酸钙分散液进行稀释。稀释用溶剂为白水，白水的PCD为-300～-600ueq/L，稀释后分散液的浓度为8％-20％，PCD为-2000～-2500ueq/L，若稀释后的分散液浓度太低，大量白水中含有的细小纤维、阴离子垃圾等会消耗部分处理剂，会导致填料处理效果变差或需提高处理剂的用量；浓度太高一方面会导致填料表面处理效果变差，同时会使处理后填料粒径分布不均匀。

在线添加第一填料处理剂。第一填料处理剂为改性聚丙烯酸酯的水溶液，粘度小于或等于2000cps，电荷密度为5～8meq/L，分子量为20～50万。第一填料处理剂的水溶液浓度太高不利于均匀分散、充分反应，因此在加填过程中将第一填料处理剂稀释至小于或等于2％的质量浓度。第一填料处理剂电荷密度较高，对无机填料进行微絮聚，改变填料表面电荷性质，高度支链和高电荷密度使得填料微絮物表面总体呈阳离子性。

在线添加第二填料处理剂。第二填料处理剂为改性聚丙烯酰胺的水溶液，粘度小于或等于2000cps，电荷为-1.5～4meq/L，分子量为500～800万，较第一填料处理剂大，第一填料处理剂的水溶液同样稀释至小于或等于2％的质量浓度。第二填料处理剂对第一填料处理剂处理过的填料微絮物进行絮凝，使得填料颗粒变大，同时赋予填料一定的强度。高支链状结构使得絮聚物更稠密，具有较强的抗剪切能力。

第一填料处理剂和第二填料处理剂的总用量为0.2％～0.5％(相对于绝干碳酸钙的质量)，比例可以是6:4、6.5:3.5、7:3。

根据多次上机经验，当填料粒径超过70μm以上，较大的填料会影响纤维与纤维之间的结合距离，导致湿纸页变形，纸态变差，湿强度无法满足高速纸机运行，易产生断纸风险。通过调整第一填料处理剂和第二填料处理剂的用量以及处理设备的功率、转速可以调整填料粒径。其中，处理设备的功率越大，剪切力越大，则生成的粒径越小。处理后填料粒径(D50)应保持在20μm～70μm之间，30～50μm效果最佳，粒径分布1.3～1.6。具体请参阅3和图4，图3是未处理碳酸钙经剪切后在纤维中的电镜(SEM)测试图；图4是本申请实施方式中造纸用填料处理方法处理所得到的碳酸钙经剪切后在纤维中的电镜(SEM)测试图，由图可知，与处理前的碳酸钙相比，处理后的碳酸钙絮聚体粒径较大，且粒径分布更均匀。

本申请所提供的填料的处理方法，操作简单，易于控制反应速率和反应程度，得到的填料絮聚体粒径分布窄、粒径稳定性好、抗剪切能力强。基于此，本申请还提供了一种造纸方法，得到的纸制品可以在成纸强度不变的情况下提升填料加填量，降低造纸成本。

请参阅图2，图2是本申请造纸方法的流程示意图，在该实施方式中，该方法包括如下步骤：

S210:提供造纸浆料。

浆料可以选择脱墨浆、漂白硫酸盐阔叶木浆(LBKP)、漂白化学机械磨木浆(BCTMP)、涂布和未涂布损纸中的一种或几种。混合浆料经处理后存储在混浆池中。

S220:对造纸浆料进行稀释，得到第一造纸浆料。

一般混浆池中的浆料浓度为3.0～4.0％，有时甚至更高，这样高的浓度，既不能使纤维均匀分散，也难以除掉其中的杂质，因此需要用水稀释，使浆料在低浓状态下形成良好的分散体，同时有利于净化和筛选。

S230:向第一造纸浆料中加入填料，得到第二造纸浆料。

填料为上述任一实施方式中所得到的填料絮凝物。

S240:抄造第二造纸浆料。

添加了处理后的填料的造纸浆料主要用于生产纸制品的芯层，可以在不同的纸机上生产不同类型的卡纸，例如白卡或铜卡。

在该实施方式中，通过调整优化填料的添加点，使调料从浓浆添加转为稀浆添加，从而减少了纸机剪切力作用，使填料保持稳定的粒径。

在一实施方式中，调配造纸用混合浆料，浆料可以选择脱墨浆，漂白硫酸盐阔叶木浆(LBKP)，漂白化学机械磨木浆(BCTMP)，涂布和未涂布损纸中的混合。

白水稀释混合浆料。区别于现有技术中填料直接添加于混浆池中的浆浓一般为3.0％～4.0％的浓浆，本实施方式中先用白水稀释浓浆至浆浓降低至0.8％～1.7％，生成第一造纸浆料；然后于冲浆泵后向第一造纸浆料在线添加处理好的填料絮聚体，生成第二造纸浆料。向稀释后的浆料添加填料，可以减少纸机剪切力作用，有利于填料保持稳定的粒径。

抄造250g/m²～400g/m²的白卡或铜卡纸板，第二造纸浆料应用于纸板的芯层(纸板包括3～5层纤维层，2层表面施胶层和4～6层涂布层)，芯层定量110g/m²～200g/m²，纸板灰分为20％～40％。

处理后的填料经高速纸机(车速：1000～1400m/min)剪切后，填料仍能保持絮集成团状态，附着于纸页上，具体请参阅图3和图4，图3是未处理碳酸钙经剪切后在纤维中的电镜(SEM)测试图；图4是本申请实施方式中造纸用填料处理方法处理所得到的碳酸钙经剪切后在纤维中的电镜(SEM)测试图，由图可知，纤维与纤维的接触面积大大提升，纤维结合强度提升。

下面将通过几组具体实验例和对比实验例来对本申请进行说明、解释，但不应用来限制本申请的范围。

实施例1

一种填料的处理方法：

选用碳酸钙作为初始填料，加白水稀释成质量浓度为11.07％的悬浮分散液，先加入改性聚丙烯酸酯水溶液，用量为碳酸钙绝干质量的0.24％。

微絮聚反应完全后，加入改性聚丙烯酰胺水溶液，改性聚丙烯酰胺的用量为碳酸钙绝干质量的0.16％。完全絮凝后得到一种填料A。检测填料A物性，测试结果详见表1。

实施例2

一种填料的处理方法：

选用碳酸钙作为初始填料，加白水稀释成质量浓度为12.80％的悬浮分散液，先加入改性聚丙烯酸酯水溶液，改性聚丙烯酸酯的用量为碳酸钙绝干质量的0.195％。

微絮聚反应完全后，加入改性聚丙烯酰胺水溶液，改性聚丙烯酰胺的用量为碳酸钙绝干质量的0.105％。完全絮凝后得到一种填料B。检测填料B物性，测试结果详见表1。

表1实施例及对比例的物性测试结果

从表2中可以看出，使用第一填料处理剂和第二填料处理剂对填料进行处理，处理后的填料与未处理的填料对比粒径明显增大，且颗粒均匀，粒径分布有显著的减小。

对比例1

在车速1100m/min，幅宽8.1m的五层长网纸机上生产铜卡300gsm，填料添加于芯层。

调配造纸混合浆料，浆料配比如下(以下均为质量百分比)：脱墨浆20％～60％，LBKP 0～30％，BCTMP 5～20％，涂布&未涂布损纸5～30％；

形成浓浆，浆浓为3.0％～4.0％；

稀释浓浆浆料，得到第一造纸浆料，浆浓为0.8％～1.7％；

向第一造纸浆料中加入第一未处理填料碳酸钙，得到第二造纸浆料，盐酸钙用量为吨纸215kg；

抄造第二造纸浆料，其中助留剂用量为580ppm，主蒸汽压力为3.7bar，测试结果详见表2。

实施例3

在车速1100m/min，幅宽8.1m的五层长网纸机上生产铜卡300gsm，填料添加于芯层。

调配造纸混合浆料，浆料配比如下(以下均为质量百分比)：脱墨浆20％～60％，LBKP 0～30％，BCTMP 5～20％，涂布&未涂布损纸5～30％；

生成浓浆，浆浓为3.0％～4.0％；

稀释浓浆浆料，得到第一造纸浆料，浆浓为0.8％～1.7％；

向第一造纸浆料中加入填料A的水溶液，填料A的水溶液浓度为8％～20％，填料A用量为吨纸215kg，得到第二造纸浆料；

抄造所述第二造纸浆料，其中助留剂用量为400ppm，主蒸汽压力为3.5bar，测试结果详见表2。

实施例4

在车速1100m/min，幅宽8.1m的五层长网纸机上生产铜卡300gsm，填料添加于芯层。

调配造纸混合浆料，浆料配比如下(以下均为质量百分比)：脱墨浆20％～60％，LBKP 0～30％,BCTMP 5～20％，涂布&未涂布损纸5～30％；

生成浓浆，浆浓为3.0％～4.0％；

稀释浓浆浆料，得到第一造纸浆料，浆浓为0.8％～1.7％；

向第一造纸浆料中加入填料A的水溶液，填料A的水溶液浓度为8％～20％，填料A用量为吨纸275kg，得到第二造纸浆料；

抄造所述第二造纸浆料，其中助留剂用量为400ppm，主蒸汽压力为3.5bar，测试结果详见表2。

对比例2

在车速1250m/min，幅宽6.4m的三层长网纸机上生产白卡350gsm，填料添加于芯层。

调配造纸混合浆料，浆料配比如下(以下均为质量百分比)：脱墨浆0％～15％，LBKP 0～15％，BCTMP 50～70％，涂布&未涂布损纸5～30％；

生成浓浆，浆浓为3.0％～4.0％；

稀释浓浆浆料，得到第一造纸浆料，浆浓为0.8％～1.7％；

向第一造纸浆料中加入第二未处理填料碳酸钙，得到第二造纸浆料，盐酸钙用量为吨纸140kg；

抄造所述第二造纸浆料，其中助留剂用量为550ppm，主蒸汽压力为1.8bar，测试结果详见表2。

实施例5

在车速1250m/min，幅宽6.4m的三层长网纸机上生产白卡350gsm，填料添加于芯层。

调配造纸混合浆料，浆料配比如下(以下均为质量百分比)：脱墨浆0％～15％，LBKP 0～15％，BCTMP 50～70％，涂布&未涂布损纸5～30％；

生成浓浆，浆浓为3.0％～4.0％；

稀释浓浆浆料，得到第一造纸浆料，浆浓为0.8％～1.7％；

向第一造纸浆料中加入填料B的水溶液，得到第二造纸浆料，填料B的水溶液浓度为8％～20％，填料B用量为吨纸140kg；

抄造所述第二造纸浆料，其中助留剂用量为490ppm，主蒸汽压力为1.4bar，测试结果详见表2。

实施例6

在车速1250m/min，幅宽6.4m的三层长网纸机上生产白卡350gsm，填料添加于芯层。

调配造纸混合浆料，浆料配比如下(以下均为质量百分比)：脱墨浆0％～15％，LBKP 0～15％，BCTMP 50～70％，涂布&未涂布损纸5～30％；对混合浆料进行磨浆，生成浓浆，浆浓为3.0％～4.0％；

稀释浓浆浆料，得到第一造纸浆料，浆浓为0.8％～1.7％；

向第一造纸浆料中加入填料B的水溶液，得到第二造纸浆料，填料B的水溶液浓度为8％～20％，填料B用量为吨纸200kg；

抄造所述第二造纸浆料，其中助留剂用量为490ppm，主蒸汽压力为1.4bar，测试结果详见表2。

表2实施例及对比例的物性测试结果

从表2中可以看出，通过对填料的处理，处理后的填料，助留剂用量降低，纸机滤水改善，主蒸汽压力下降，填料保留率提升10％～20％。在填料加填量一致的情况下，使用处理过的填料絮凝体，纤维结合强度能够提升；纤维结合强度一致的情况下，灰分提升1.5％～2.5％，填料絮聚体吨纸加填量可提升50kg～100kg。

使用本方法处理后的填料，可以应用在不同的纸制品上。在生产铜卡时，填料用量由215kg提升至275kg，加填量提升60kg的情况下，原纸灰分提升2.4％，成纸灰分提升1.7％。根据灰分提升量，吨纸纤维可节降17kg，成本下降37元/吨纸。在生产白卡时，在填料用量由140kg提升至200kg，加填量提升60kg的情况下，原纸灰分提升2.6％，成纸灰分提升2.08％，芯层结合强度维持不变。根据灰分提升量，吨纸纤维可节降27kg，灰分提升2.08％，吨纸成本节降52元。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种造纸用填料的处理方法，其特征在于，包括：

提供填料分散液；

向所述填料分散液中添加第一填料处理剂，以对所述填料进行处理，得到填料微絮物溶液；

向所述填料微絮物溶液中添加第二填料处理剂，以对所述填料微絮物进行处理，得到填料絮凝物；

其中，所述第二填料处理剂的分子量大于所述第一填料处理剂的分子量。

2.根据权利要求1所述的造纸用填料的处理方法，其特征在于：所述第二填料处理剂分子量是所述第一填料处理剂分子量的10～40倍。

3.根据权利要求2所述的造纸用填料的处理方法，其特征在于：所述第一填料处理剂包括高度支链状结构的聚合物，所述第二填料处理剂包括高度支链状结构的聚合物。

4.根据权利要求3所述的造纸用填料的处理方法，其特征在于：所述第一填料处理剂的分子量为20～50万；所述第二填料处理剂的分子量为500～800万。

5.根据权利要求3所述造纸用填料的处理方法，其特征在于：所述第一填料处理剂包括聚丙烯酸酯，所述第二填料处理剂包括聚丙烯酰胺。

6.根据权利要求1所述的造纸用填料的处理方法，其特征在于：所述第一填料处理剂和所述第二填料处理剂的总用量为所述填料绝干质量的0.2％～0.5％；所述第一填料处理剂和所述第二填料处理剂的用料质量比为6:4～7:3。

7.根据权利要求1所述造纸用填料的处理方法，其特征在于：

所述向填料分散液中添加第一填料处理剂包括：

向所述填料分散液中添加第一填料处理剂水溶液；所述第一填料处理剂水溶液的质量浓度小于或等于2％，黏度小于或等于2000cps，电荷密度为5～8meq/L；

所述向填料微絮物溶液中添加第二填料处理剂包括：

向所述填料微絮物溶液中添加第二填料处理剂水溶液；所述第二填料处理剂水溶液的质量浓度小于或等于2％，黏度小于或等于2000cps，电荷密度为-1.5～4meq/L。

8.根据权利要求1所述造纸用填料的处理方法，其特征在于，所述提供填料分散液包括：

利用白水溶解分散所述填料，得到所述填料分散液；

所述填料分散液的浓度为8％～20％。

9.根据权利要求1所述的造纸用填料的处理方法，其特征在于，所述填料絮凝物的粒径为30μm～50μm，粒径分布为1.3～1.6。

10.一种造纸方法，其特征在于，包括：

提供造纸浆料；

对所述造纸浆料进行稀释，得到第一造纸浆料；

向所述第一造纸浆料中加入填料，所述填料为利用如权利要求1-9任一项所述的方法处理得到的填料絮凝物，得到第二造纸浆料；

抄造所述第二造纸浆料。

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