CN111910464B

CN111910464B - 一种复合填料及其制备方法和应用、轻质纸

Info

Publication number: CN111910464B
Application number: CN202010786815.2A
Authority: CN
Inventors: 吴平飞; 周峰; 李海滨; 袁斌; 张翔; 温声平; 彭鹤松; 徐永华
Original assignee: Jiangxi Guangyuan Chemical Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Guangyuan Chemical Co Ltd
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2040-08-07
Also published as: CN111910464A

Abstract

本发明属于造纸技术领域，特别涉及一种复合填料及其制备方法和应用、轻质纸。本发明提供了一种复合填料，包括阳离子改性硅灰石、硅藻土、六偏磷酸钠和糊化淀粉。本发明通过硅灰石和硅藻土的复合，降低复合填料的堆积密度，同时利用硅灰石的针状结构和硅藻土丰富多孔的结构，协同提高复合填料在纸张中的留着率。实施例测试结果表明，使用本发明提供的复合填料为造纸填料，得到的轻质纸灰分为15～17％，抗张指数为39.4～41.2N·m/g。

Description

一种复合填料及其制备方法和应用、轻质纸

技术领域

本发明属于造纸技术领域，特别涉及一种复合填料及其制备方法和应用、轻质纸。

背景技术

造纸填料(paper filler)是指加入纸浆内的一些基本不溶于水的固体微粒，造纸填料可以改善纸张的不透明度、亮度、平滑度、印刷适应性(如提高吸收性、吸墨性)、柔软性、均匀性和尺寸稳定性，还可以使纸张的手感好，降低其吸湿性，减少纤维用量。造纸填料作为造纸中仅次于纸浆纤维的第二大原材料，其用量和质量直接影响造纸工艺过程和纸张的性能。

抄造纸张，尤其是轻质纸时，与填料相关的重要技术指标为留着率。目前提高造纸填料留着率主要从填料颗粒形态、白水的回收和利用、助留剂的使用、浆料的打浆度几个角度考虑，但实际生产中造纸填料的留着率仍仅40～70％，留着率低。为了提高填料留着率，本领域采用一些不规则形貌颗粒为填料或填料原料，但形貌不规则的填料颗粒往往硬度大、尖锐角数量多，造成抄纸设备(如铜网)的较大磨损。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合填料及其制备方法和应用，本发明提供的复合填料用于轻质纸抄造时，具有留着率高、对设备磨损低的特点；本发明还提供了一种轻质纸。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种复合填料，包括阳离子改性硅灰石、硅藻土、六偏磷酸钠和糊化淀粉。

优选的，所述阳离子改性硅灰石中阳离子改性剂的物质的量与硅灰石的质量比为(0.05～0.1)mmol：1g；所述硅灰石和阳离子改性剂的总质量与硅藻土的质量比为1：(1.1～1.3)。

优选的，所述阳离子改性硅灰石中硅灰石的目数为600～800目。

优选的，所述阳离子改性剂为聚丙烯酰胺、聚醚酰亚胺、聚氨基酰胺或环氧丙烷。

本发明还提供了上述技术方案所述复合填料的制备方法，包括以下步骤：

将硅灰石浆料与阳离子改性剂混合，进行第一改性，得到阳离子改性硅灰石；

将所述阳离子改性硅灰石、硅藻土和水混合，得到混合浆料；

将所述混合浆料与糊化淀粉混合，将所得混合浆料-糊化淀粉体系与六偏磷酸钠溶液混合，进行第二改性，得到第二改性产物；

将所述第二改性产物依次过滤和干燥，得到所述复合填料。

优选的，所述第一改性的温度为70～85℃，时间为20～30min。

优选的，所述混合浆料的固含量为60～75％；所述糊化淀粉的质量百分含量为2～4％；所述混合浆料与糊化淀粉的质量比为1：(4～7)。

优选的，所述六偏磷酸钠溶液的质量分数为2～5％；所述六偏磷酸钠溶液与改性混合浆料-糊化淀粉体系的质量比为1：(9～11)。

本发明还提供了上述技术方案所述复合填料作为造纸填料在轻质纸中的应用。

本发明还提供了一种轻质纸，所述轻质纸以上述技术方案所述复合填料为造纸填料；所述轻质纸中复合填料占轻质纸绝干质量的10～27％。

本发明提供了一种复合填料，包括阳离子改性硅灰石、硅藻土、六偏磷酸钠和糊化淀粉。在本发明中，阳离子改性硅灰石中的硅灰石具有针状结构，阳离子改性剂有利于增加硅灰石颗粒表面活性，使硅灰石与丰富多孔的硅藻土复合，形成堆积密度低的物质，且降低填料硬度，进而降低填料对铜网的机械磨损；糊化淀粉作为改性材料，有利于提高硅灰石与硅藻土复合体的结合强度，并降低硅灰石与硅藻土的表面硬度，有利于降低复合材料的硬度，减少复合填料中尖锐角数量，有利于降低填料对铜网的磨损；六偏磷酸钠有利于提高糊化淀粉在阳离子改性硅灰石和硅藻土复合颗粒表面的吸附。本发明通过阳离子改性硅灰石和硅藻土的复合，降低复合填料的堆积密度，同时利用硅灰石的针状结构和硅藻土丰富多孔的结构，协同提高复合填料在纸张中的留着率。

实施例测试结果表明，使用本发明提供的复合填料为造纸填料，得到的轻质纸灰分为15～17％，抗张指数为39.4～41.2N·m/g。

附图说明

图1为本发明提供的复合填料的制备方法工艺流程图。

具体实施方式

在本发明中，若无特殊说明，所述各组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明提供的复合填料包括阳离子改性硅灰石。在本发明中，所述阳离子改性硅灰石优选由硅灰石和阳离子改性剂制备得到。在本发明中，所述硅灰石的目数优选为600～800目，更优选为650～750目。在本发明中，所述硅灰石优选具有针状结构。

在本发明中，所述阳离子改性剂优选为聚丙烯酰胺、聚醚酰亚胺、聚氨基酰胺或环氧丙烷。在本发明中，所述阳离子改性剂的摩尔量与硅灰石的质量的比优选为(0.05～0.1)mmol：1g，更优选为(0.06～0.09)mmol：1g。

本发明提供的复合填料的制备原料包括硅藻土。在本发明中，所述硅藻土具有丰富的孔结构。在本发明中，所述硅灰石和阳离子改性剂的总质量与硅藻土的质量比优选为1：(1.1～1.3)，更优选为1：(1.15～1.25)。

将所述第二改性产物依次过滤和干燥，得到所述复合填料。

在本发明中，所述制备方法中各组分与上述技术方案所述复合填料的制备原料中各组分一致，在此不再赘述。

本发明将硅灰石浆料与阳离子改性剂混合，进行第一改性，得到阳离子改性硅灰石。

在本发明中，所述硅灰石浆料由硅灰石粉与水混合得到。在本发明中，所述硅灰石粉的纯度优选≥93％。本发明对所述硅灰石粉的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可，具体的，如通过硅灰石精矿破碎得到；所述破碎包括初破碎和研磨。在本发明中，所述初破碎的设备优选为破碎机；所述研磨的设备优选为鸿程磨。所述初破碎前，本发明优选还包括对所述硅灰石精矿进行水洗和干燥；本发明对所述水洗和干燥没有特殊限定，以能去除所述硅灰石精矿表面的杂质且干燥去除水分为准。在本发明中，所述硅灰石粉的粒径优选为600～800目，更优选为650～750目。在本发明中，所述硅灰石浆料的固含量优选为60～70％，更优选为62～68％。

在本发明中，所述阳离子改性剂优选以阳离子改性剂溶液的形式提供；所述阳离子改性剂溶液的质量浓度优选为0.5～1.5g/L，更优选为0.75～1.25g/L。在本发明中，所述阳离子改性剂的摩尔量与硅灰石的质量的比优选为(0.05～0.1)mmol：1g，更优选为(0.06～0.09)mmol：1g。本发明对所述硅灰石浆料与阳离子改性剂的混合没有特殊限定，以本领域技术人员熟知的混合即可。

在本发明中，所述第一改性的温度优选为70～85℃，更优选为75～80℃；时间优选为20～30min，更优选为22～28min。在本发明中，所述第一改性优选在水浴、搅拌的条件下进行；本发明对所述搅拌没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌即可。在本发明中，所述第一改性的设备优选为水浴搅拌器。在本发明中，所述第一改性将表面成负电性的硅灰石阳离子化。

第一改性后，本发明优选还包括将第一改性所得产物进行固液分离，将所得固体产物进行干燥，得到所述阳离子改性硅灰石。在本发明中，所述固液分离优选为离心；本发明对所述离心的速率没有特殊限定，以能够实现第一改性所得产物固液分离为准。在本发明中，所述干燥优选为烘干；本发明对所述烘干的温度和时间没有特殊限定，以充分去除固体产物中的水分为准。

得到阳离子改性硅灰石后，本发明将所述阳离子改性硅灰石、硅藻土和水混合，得到混合浆料。

在本发明中，所述硅藻土的纯度优选≥90％。

在本发明中，所述混合浆料的固含量优选为60～75％，更优选为65～70％。

在本发明中，所述糊化淀粉优选为将淀粉进行糊化处理得到。

在本发明中，所述淀粉优选以淀粉悬浊液的形式提供；所述淀粉悬浊液的质量百分含氯优选为2～4％，更优选为2.5～3.5％。在本发明中，所述糊化的温度优选为80℃，时间优选为10min。糊化处理后，本发明所得糊化淀粉存在液相，无对糊化淀粉的后处理，直接使用。

得到混合浆料后，本发明将所述混合浆料与糊化淀粉混合，将所得混合浆料-糊化淀粉体系与六偏磷酸钠溶液混合，进行第二改性，得到第二改性产物。

在本发明中，所述待改性混合浆料与糊化淀粉的质量比优选为1：(4～7)，更优选为1：(5～6.5)。本发明优选将所述待改性混合浆料滴加入糊化淀粉中，所述滴加的速率优选为15～20g/min，更优选为18～20g/min。

在本发明中，所述六偏磷酸钠溶液的质量分数优选为2～5％，更优选为2.5～4.5％。在本发明中，所述六偏磷酸钠溶液与改性混合浆料-糊化淀粉体系的质量比优选为1：(9～11)，更优选为1：(9.5～10.5)。本发明优选将六偏磷酸钠溶液加入改性混合浆料-糊化淀粉体系中，所述六偏磷酸钠溶液的加入速率优选为10g/min。

在本发明中，所述第二改性的温度优选为20～27℃，时间优选为20～30min。本发明通过第二改性提高糊化淀粉在阳离子改性硅灰石和硅藻土复合颗粒表面的吸附。

得到第二改性产物后，本发明将所述第二改性产物依次过滤和干燥，得到所述复合填料。本发明对所述过滤没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的过滤即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为50℃，时间优选为24h。

本发明还提供了上述技术方案所述复合填料作为抄纸填料在轻质纸中的应用。以本发明所述复合填料为造纸填料得到的轻质纸，具有质轻的特点，且所述复合填料的留着率高，轻质纸具有抗张强度高、灰分高和白度高的特点。

本发明还提供了一种轻质纸，所述轻质纸为以上述技术方案所述复合填料为造纸填料得到的轻质纸。

在本发明中，所述轻质纸中复合填料占轻质纸绝干质量的10～27％，优选为13～25％。

本发明对所述轻质纸的制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的轻质纸制备方法即可，具体的，所述轻质纸的制备方法优选包括以下步骤：

将纤维原料依次进行疏解和稀释，得到纸浆；

将所述纸浆、复合填料和助剂混合后，进行抄片，得到所述轻质纸。

本发明将纸浆纤维与水混合，进行疏解，得到纸浆。

在本发明中，所述纤维原料优选包括阔叶浆和针叶浆；所述阔叶浆和针叶浆的质量比优选为7：3。在本发明中，所述轻质纸中纤维原料的质量百分含量优选为60～70％。在本发明中，所述疏解的设备优选为瓦利打浆机。本发明对所述疏解的工艺没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的疏解工艺即可。在本发明中，所述纸浆的打浆度优选为38～44°SR。本发明对所述稀释后的纸浆固含量没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的固含量即可，具体的，如4％。

得到纸浆后，本发明将所述纸浆、复合填料和助剂混合后，进行抄片，得到所述轻质纸。

在本发明中，所述轻质纸中复合填料占轻质纸绝干质量的10～27％，优选为13～25％。在本发明中，所述助剂优选包括助留剂和胶黏剂。在本发明中，所述助留剂的质量优选为纸浆、复合填料和助剂总质量的5～8％。在本发明中，所述助留剂优选包括聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素或阳离子淀粉。在本发明中，所述胶黏剂的质量优选为纸浆、复合填料和助剂总质量的2～5％。在本发明中，所述胶黏剂优选包括丁苯乳胶、苯丙乳胶、瓜尔胶或淀粉。

本发明对所述抄片的工艺没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的抄片工艺即可。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种复合填料及其制备方法和应用、轻质纸进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将纯度为94％、粒度为800目的硅灰石粉配制成固含量为70％的硅灰石浆料，将所得硅灰石浆料与1g/L聚丙烯酰胺混合，其中聚丙烯酰胺的摩尔量与硅灰石的质量的比为0.07mmol：1g，在80℃条件下搅拌20min进行第一改性，将所得产物离心脱水、烘干，得到改性硅灰石；

将所述改性硅灰石、硅藻土和水混合，其中改性硅灰石与硅藻土的质量比为1：1.2，得到固含量为70％的待改性混合浆料；

将质量百分含量为3％的淀粉悬浊液在80℃条件下保温10min进行糊化处理，得到糊化淀粉；

按照待改性混合浆料与糊化淀粉的质量比为1：6，将所述待改性混合浆料以20g/min的速率滴加入糊化淀粉中，将六偏磷酸钠溶液(质量百分含量为4％)以10g/min的速率加入所得改性混合浆料-糊化淀粉体系中，其中，六偏磷酸钠溶液与得改性混合浆料-糊化淀粉体系的质量比为1：10在25℃下进行第二改性25min，依次过滤、50℃干燥24h，得到所述复合填料。

实施例2

用瓦利打浆机将阔叶浆与针叶浆按照质量比为7：3混合疏解至打浆度为42°SR，打浆至固含量为4％，得到纸浆；将所得纸浆与实施例1所得复合填料和助剂混合，进行抄片，其中复合填料占轻质纸绝干质量的20％，相对纸浆、复合填料和助剂组成体系的总质量，助剂包括6％聚丙烯酰胺助留剂和3％的瓜尔胶胶黏剂，得到轻质纸。

实施例3

用瓦利打浆机将阔叶木纤维与针叶木纤维按照质量比为7：3混合疏解至打浆度为40°SR，打浆至固含量为4％，得到纸浆；将所得纸浆与实施例1所得复合填料和助剂混合，进行抄片，其中复合填料占轻质纸绝干质量的25％，相对纸浆、复合填料和助剂组成体系的总质量，助剂包括6％聚丙烯酰胺助留剂、3％的瓜尔胶胶黏剂，得到轻质纸。

实施例4

用瓦利打浆机将阔叶浆与针叶浆按照质量比为7：3混合疏解至打浆度为41°SR，打浆至固含量为4％，得到纸浆；将所得纸浆与实施例1所得复合填料和助剂混合，进行抄片，其中复合填料占轻质纸绝干质量的23％，相对纸浆、复合填料和助剂组成体系的总质量，助剂包括6％聚丙烯酰胺助留剂、3％的瓜尔胶胶黏剂，得到轻质纸。

对比例1

用瓦利打浆机将阔叶木纤维与针叶木纤维按照质量比为7：3混合疏解至打浆度为40°SR，打浆至固含量为4％，得到纸浆；将所得纸浆、碳酸钙填料和助剂混合，进行抄片，其中碳酸钙填料占轻质纸绝干质量的16％，相对纸浆、复合填料和助剂组成体系的总质量，助剂包括6％聚丙烯酰胺助留剂、3％的瓜尔胶胶黏剂，得到轻质纸

对实施例2～4和对比例1所得轻质纸进行质量检测，检测标准及检测结果见表1。

表1实施例2～4和对比例1所得轻质纸质量检测

由表1可见，以本发明提供的复合填料为造纸填料所得的轻质纸，比传统填料所得轻质纸的灰分提高了50～70％，说明填料留着率显著提高；抗张强度提高了8～9％。同时，使用本发明提供的复合填料为造纸填料进行轻质纸的制备，铜网更换的周期由17天延长至25天，铜网寿命得到延长。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种复合填料，其特征在于，包括阳离子改性硅灰石、硅藻土、六偏磷酸钠和糊化淀粉；

所述复合填料的制备方法，包括以下步骤：

将所述第二改性产物依次过滤和干燥，得到所述复合填料；

所述阳离子改性剂为聚丙烯酰胺、聚醚酰亚胺、聚氨基酰胺或环氧丙烷；

所述阳离子改性硅灰石中阳离子改性剂的物质的量与硅灰石的质量比为（0.05~0.1）mmol：1g；所述硅灰石和阳离子改性剂的总质量与硅藻土的质量比为1：（1.1~1.3）。

2.根据权利要求1所述的复合填料，其特征在于，所述阳离子改性硅灰石中硅灰石的目数为600~800目。

3.权利要求1~2任一项所述复合填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述第二改性产物依次过滤和干燥，得到所述复合填料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一改性的温度为70~85℃，时间为20~30min。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合浆料的固含量为60~75%；所述糊化淀粉的质量百分含量为2~4%；所述混合浆料与糊化淀粉的质量比为1：（4~7）。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述六偏磷酸钠溶液的质量分数为2~5%；所述六偏磷酸钠溶液与改性混合浆料-糊化淀粉体系的质量比为1：（9~11）。

7.权利要求1~2任一项所述复合填料作为造纸填料在轻质纸中的应用。

8.一种轻质纸，其特征在于，所述轻质纸以权利要求1~2任一项所述复合填料为造纸填料；所述轻质纸中复合填料占轻质纸绝干质量的10~27%。