CN115075047B - 一种提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，涉及一种抄纸方法。目的是解决现有的二氧化钛在纸页中留着率低的问题。方法：向‑6℃～‑12℃的纤维素溶剂中加入化学法纸浆，搅拌至完全溶解，得到均一的纤维素溶液；然后加入钛白粉，得到二氧化钛‑纤维素溶液悬浮液；将二氧化钛‑纤维素溶液悬浮液和助留助滤剂加入到纸料中进行抄纸；或将二氧化钛‑纤维素溶液悬浮液转移至水中或稀酸溶液中浸泡，然后依次进行过滤、干燥和研磨，制成纤维素‑二氧化钛复合填料，将纤维素‑二氧化钛复合填料和助留助滤剂加入到纸料中，搅拌分散均匀，进行抄纸。本发明显著提高了二氧化钛在纸页中的留着率，保证了纸页强度，还解决了纸张因加填填料而降低纸页强度性能的矛盾。

Description

一种提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法
技术领域
本发明涉及一种抄纸方法。
背景技术
二氧化钛具有白度高、密度大、折射率高、遮盖力强、无毒、化学性质稳定等性质。二氧化钛平均粒度比较小(0.3μm-0.5μm)，加填到纸页中时，有利于增加纸页的匀度、平滑度及光泽度。同时，二氧化钛也是所有无机填料中光散射系数最高的，因而表现出最佳的不透明性，加填二氧化钛抄造出来的纸张具有非常好的白度和不透明度。因此，是字典纸等一些定量低、白度、不透明度要求高的纸张的必备填料，既可以保证纸张低定量又能保持纸页很好的光学性能。所以二氧化钛与其他造纸填料相比有着无可比拟的优势，世界上有10-15％左右的二氧化钛用于造纸工业。尽管如此，钛白粉价格较高，是滑石粉、瓷土等填料价格的数倍甚至数十倍，同时，其颗粒直径小，直接加填易流失，大大提高了加填成本，还达不到最佳的使用效果，提高二氧化钛的留着率是保证加填效果和降低加填成本的最基本和最有效的方法。
提高二氧化钛留着率的途径和方法有很多，比方说使用多元助留助滤体系抄造纸张，对二氧化钛进行无机、有机表面包覆改性后再加填等等。多元助留助滤系统，是从纸料絮凝、脱水的角度，提高纸料留着率的，对比重大、粒度小的二氧化钛来讲，其助留效果有一限度，一般单程留着率很难超过65％；而对二氧化钛进行无机、有机表面包覆改性，工艺过程复杂，大大提高了二氧化钛复合填料的成本。
发明内容
本发明为解决现有的二氧化钛在纸页中留着率低的问题，提出一种提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法。
本发明提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法按照以下步骤进行：
一、向-6℃～-12℃的纤维素溶剂中加入化学法纸浆，搅拌至完全溶解，得到均一的纤维素溶液；然后加入钛白粉，得到二氧化钛-纤维素溶液悬浮液，自然升温至室温；
二、将二氧化钛-纤维素溶液悬浮液和助留助滤剂加入到纸料中，搅拌分散均匀，进行抄纸；搅拌分散均匀后的二氧化钛-纤维素溶液悬浮液因为纸料中大量的水的稀释，系统碱性浓度大大降低，溶解的纤维素会从溶液中析出而再生；
或将二氧化钛-纤维素溶液悬浮液转移至水中或稀酸溶液中浸泡，使纤维素溶液再生并包覆二氧化钛；然后依次进行过滤、干燥和研磨，制成纤维素-二氧化钛复合填料，将纤维素-二氧化钛复合填料和助留助滤剂加入到纸料中，搅拌分散均匀，进行抄纸。
本发明原理及有益效果为：
1、本发明是以纤维素含量较高的纸浆纤维为原料，在一定条件下，采用碱纤维素溶剂溶解纸浆纤维，然后与二氧化钛混合，制备二氧化钛-纤维素溶液悬浮液，并直接加入抄纸系统。也可以将制备的二氧化钛-纤维素溶液悬浮液通过溶解纤维素再生、干燥、研磨制备固态的纤维素基二氧化钛复合填料，加入抄纸系统，通过纸浆纤维的溶解、与二氧化钛混合、再生，一方面使二氧化钛得到了很好的分散，再生纤维素与二氧化钛能够形成氢键结合，对二氧化钛进行包覆，形成纤维素-二氧化钛复合物；同时，再生纤维素依然具有纤维素的特性，可以与纸浆纤维形成氢键结合力，再生纤维素能够很好的负载二氧化钛，既减少二氧化钛的流失，提高了二氧化钛的留着率，又保证了纸张强度性能。
2、现有的纸页中加入填料后，填料粒子会填充纤维间的空隙中，影响纤维间的接触和结合，不能形成纤维间的结合力；而填料与纤维又不会有结合力，因而，纸页中加填填料会降低纸页的强度，填料加填量越多影响越大；纸页强度主要来源于纤维的氢键结合力和纤维自身强度。本发明中，复合填料中再生纤维素和纸浆纤维一样，表面含有大量的裸露的羟基，而且复合填料尺寸小、比表面积大，其与纸浆纤维能够更好的结合，形成更多的氢键，保证了纸页强度；因此，本发明不仅显著提高了二氧化钛的留着率，保证了纸页强度，还解决了纸张因加填填料而降低纸页强度性能的矛盾。
3、本发明将制备二氧化钛-纤维素溶液悬浮液直接加入抄纸系统的情况能够实现纸页中二氧化钛留着率达到73％以上；本发明将制备的二氧化钛-纤维素溶液悬浮液通过溶解纤维素再生、干燥、研磨制备纤维素基二氧化钛复合填料加入抄纸系统，纸页中二氧化钛留着率达到80％以上；与现有的直接加填二氧化钛相比提高25-40％。
附图说明
图1是实施例1中纤维素-二氧化钛复合物膜的SEM图片；
图2是实施例1中加填纤维素-二氧化钛溶液悬浮液的纸张的SEM图片；
图3是对比例1中无加填纸张的SEM图片；
图4是对比例2中直接加填二氧化钛的纸张的SEM图片；
图5是实施例3中加填纤维素-二氧化钛复合填料的纸张的SEM图片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法按照以下步骤进行：
一、向-6℃～-12℃的纤维素溶剂中加入化学法纸浆，搅拌至完全溶解，得到均一的纤维素溶液；然后加入钛白粉，得到二氧化钛-纤维素溶液悬浮液，自然升温至室温；
二、将二氧化钛-纤维素溶液悬浮液和助留助滤剂加入到纸料中，搅拌分散均匀，进行抄纸；搅拌分散均匀后二氧化钛-纤维素溶液悬浮液因为纸料中大量的水的稀释，系统碱性浓度大大降低，溶解的纤维素会从溶液中析出而再生。
或将二氧化钛-纤维素溶液悬浮液转移至水中或稀酸溶液中浸泡，使纤维素溶液再生并包覆二氧化钛；然后依次进行过滤、干燥和研磨，制成纤维素-二氧化钛复合填料，将纤维素-二氧化钛复合填料和助留助滤剂加入到纸料中，搅拌分散均匀，进行抄纸。
本实施方式具备以下有益效果：
1、本实施方式是以纤维素含量较高的纸浆纤维为原料，在一定条件下，采用碱纤维素溶剂溶解纸浆纤维，然后与二氧化钛混合，制备二氧化钛-纤维素溶液悬浮液，并直接加入抄纸系统。也可以将制备的二氧化钛-纤维素溶液悬浮液通过溶解纤维素再生、干燥、研磨制备固态的纤维素基二氧化钛复合填料，加入抄纸系统，通过纸浆纤维的溶解、与二氧化钛混合、再生，一方面使二氧化钛得到了很好的分散，再生纤维素与二氧化钛能够形成氢键结合，对二氧化钛进行包覆，形成纤维素-二氧化钛复合物；同时，再生纤维素依然具有纤维素的特性，可以与纸浆纤维形成氢键结合力，再生纤维素能够很好的负载二氧化钛，既减少二氧化钛的流失，提高了二氧化钛的留着率，又保证了纸张强度性能。
2、现有的纸页中加入填料后，填料粒子会填充纤维间的空隙中，影响纤维间的接触和结合，不能形成纤维间的结合力；而填料与纤维又不会有结合力，因而，纸页中加填填料会降低纸页的强度，填料加填量越多影响越大；纸页强度主要来源于纤维的氢键结合力和纤维自身强度。本实施方式中，复合填料中再生纤维素和纸浆纤维一样，表面含有大量的裸露的羟基，而且复合填料尺寸小、比表面积大，其与纸浆纤维能够更好的结合，形成更多的氢键，保证了纸页强度；因此，本实施方式不仅显著提高了二氧化钛的留着率，保证了纸页强度，还解决了纸张因加填填料而降低纸页强度性能的矛盾。
3、本实施方式将制备二氧化钛-纤维素溶液悬浮液直接加入抄纸系统的情况能够实现纸页中二氧化钛留着率达到73％以上；本实施方式将制备的二氧化钛-纤维素溶液悬浮液通过溶解纤维素再生、干燥、研磨制备纤维素基二氧化钛复合填料加入抄纸系统，纸页中二氧化钛留着率达到80％以上；与现有的直接加填二氧化钛相比提高25-40％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述化学法纸浆的质量为纤维素溶剂的3-6％；步骤一所述搅拌时间为20-30min。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述化学法纸浆为碱法棉浆、漂白硫酸盐针叶木浆、漂白硫酸盐阔叶木浆或漂白碱法草浆；化学法纸浆的纤维白度在85％以上，α-纤维素的质量含量在80％以上，灰分的质量含量低于0.5％。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述纤维素溶剂为氢氧化钠-尿素混合溶液或氢氧化钠-尿素-硫脲混合溶液；纤维素溶剂中氢氧化钠的质量分数为4-8％，尿素的质量分数为4-12％，硫脲的质量分数为0-12％，水为余量。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一所述钛白粉为二氧化钛含量≧92％的锐钛矿型钛白粉(A1、A2类)或二氧化钛含量≧90％的金红石型钛白粉(R1、R2类)；钛白粉的质量为纸料质量的10-20％。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二所述稀酸溶液为质量分数为2-8％的稀盐酸或稀硫酸。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二所述干燥工艺为：在80℃-105℃干燥2-4小时。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二所述研磨工艺为：采用球磨机研磨至粒径不大于2μm。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二所述纸料为打浆度40～85°SR的漂白硫酸盐针叶木浆、打浆度30～60°SR的漂白硫酸盐阔叶木浆中的一种或两种任意比例的混合物；漂白硫酸盐针叶木浆或漂白硫酸盐阔叶木浆的纤维白度在85％以上，α-纤维素质量含量在80％以上，灰分低于质量含量0.5％。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二所述助留助滤剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、阳离子淀粉、瓜尔胶等中的一种或几种，纸料中聚丙烯酰胺或聚乙烯亚胺的质量分数为0～0.1％；纸料中阳离子淀粉或瓜尔胶的质量分数为0～2％。
实施例1：
配置纤维素溶剂，氢氧化钠的质量分数为7％，尿素的质量分数为12％，余量为水；纤维素溶剂冷却到-12℃，加入占纤维素溶剂质量4％的碱法棉浆，搅拌30min使纤维完全溶解，得到纤维素溶液，自然升温至室温，加入纸料质量15％的二氧化钛含量≧98％的锐钛矿型钛白粉，得到二氧化钛-纤维素溶液悬浮液，自然升温至室温；向二氧化钛-纤维素溶液悬浮液中加入纸料质量1％的阳离子淀粉和纸料质量0.1％的聚乙烯亚胺，同时加入纸料搅拌分散1h至分散均匀；用纸页成型器抄造纸张，纸页定量33g/m2；纸料为打浆度为78°SR的漂白硫酸盐针叶浆和打浆度为42°SR的漂白硫酸盐阔叶浆，两种浆的质量比为1:1；
将二氧化钛-纤维素溶液悬浮液涂覆在载玻片上干燥得到纤维素-二氧化钛复合物膜采用SEM对复合物膜进行观察和拍照，得到照片图1。由图1可以看出二氧化钛在纤维素溶液中得到较好的分散，纤维素再生后对二氧化钛有很好的包覆作用，二者结合紧密，也能够说明纤维素-二氧化钛复合后，能够在纸页中很好的留着下来。
对比例1:制备无加填纸张：向纸料中加入纸料质量1％的阳离子淀粉和纸料质量0.1％的聚乙烯亚胺，搅拌分散1h，用纸页成型器抄造纸张，纸页定量33g/m2；纸料为打浆度为78°SR的漂白硫酸盐针叶浆和打浆度为42°SR的漂白硫酸盐阔叶浆，两种浆的质量比为1:1。
对比例2:制备直接加填二氧化钛的纸张：向纸料中加入纸料质量1％的阳离子淀粉和纸料质量0.1％的聚乙烯亚胺，同时向纸料中加入纸料质量15％的二氧化钛含量≧98％的锐钛矿型钛白粉，搅拌分散1h至分散均匀；用纸页成型器抄造纸张，纸页定量33g/m2；纸料为打浆度为78°SR的漂白硫酸盐针叶浆和打浆度为42°SR的漂白硫酸盐阔叶浆，两种浆的质量比为1:1。
图2是实施例1中加填二氧化钛-纤维素溶液悬浮液的纸张的SEM图片；由图2可以看出，二氧化钛-纤维素溶液复合体系与纸料悬浮液混合后抄造的纸页，二氧化钛在纸页中保持有很好的分散状态，而且，二氧化钛与再生纤维素有紧密的联结和复合，二氧化钛基本被再生纤维素包覆于纸页中，二氧化钛留着率高，并且通过再生纤维素与纸浆纤维紧密的连接和附着，形成纤维间的氢键结合力，保证了加填后纸页的强度性能。图3是对比例1中无加填纸张的SEM图片；图3能够看出无加填的纸张的纤维之间形成很多的孔隙，纸页的不透明度低和平滑度很低，对于薄页印刷类纸张影响使用性能和效果。图4是对比例2中直接加填二氧化钛的纸张的SEM图片，由图4可以看出，直接向纸料悬浮液中加入二氧化钛，二氧化钛在纸页中比较游离和分散，留着下来的二氧化钛明显很少。
实施例1制备的纸张中二氧化钛留着率73.4％，纸页抗张强度47.58KN/m，耐破指数2.62KPa·m2/g，不透明度83.0％。对比例2制备的纸张中的二氧化钛留着率39.6％，纸页抗张指数46.97N/m·g，耐破指数2.71KPa·m2/g，不透明度62.0％。
实施例2：
配置纤维素溶剂，所述纤维素溶剂为氢氧化钠-尿素混合溶液或氢氧化钠-尿素-硫脲混合溶液；纤维素溶剂中氢氧化钠的质量分数为8％，尿素的质量分数为4％，硫脲的质量分数为10％，水为余量；增加了硫脲成分，进一步加强了对纸浆纤维的溶解能力和提高溶解速率。纤维素溶剂冷却到-12℃，加入占纤维素溶剂质量4％的碱法棉浆，搅拌30min使纤维完全溶解，得到纤维素溶液，自然升温至室温，加入纸料质量15％的二氧化钛含量≧98％的锐钛矿型钛白粉，得到二氧化钛-纤维素溶液悬浮液，自然升温至室温；向二氧化钛-纤维素溶液悬浮液中加入纸料质量1％的阳离子淀粉和纸料质量0.1％的聚乙烯亚胺，同时加入纸料搅拌分散1h至分散均匀；用纸页成型器抄造纸张，纸页定量33g/m2；纸料为打浆度为78°SR的漂白硫酸盐针叶浆和打浆度为42°SR的漂白硫酸盐阔叶浆，两种浆的质量比为1:1；
实施例2制备的纸张中的二氧化钛留着率80.4％，纸页抗张指数47.89N/m·g，耐破指数2.60KPa·m2/g，不透明度83.3％。
实施例3：
配置纤维素溶剂，所述纤维素溶剂为氢氧化钠-尿素混合溶液或氢氧化钠-尿素-硫脲混合溶液；纤维素溶剂中氢氧化钠的质量分数为8％，尿素的质量分数为6％，硫脲的质量分数为6％，水为余量；纤维素溶剂冷却到-8℃；加入占纤维素溶剂质量4％的漂白硫酸盐针叶浆，搅拌30min使纤维素完全溶解，得到均一的纤维素溶液，再自然升温至室温，加入抄纸所用纸料质量15％的二氧化钛含量≧98％的锐钛矿型钛白粉，形成二氧化钛-纤维素溶液悬浮液；自然升温至室温，将二氧化钛-纤维素溶液悬浮液转移至去离子水中，浸泡12h，然后依次进行过滤、干燥和研磨(2μm以下)，干燥工艺为在80℃干燥3小时；得到纤维素-二氧化钛复合填料；纤维素-二氧化钛复合填料加入纸料质量1％的阳离子淀粉和纸料质量0.1％的聚乙烯亚胺，同时加入纸料搅拌分散1h至分散均匀；用纸页成型器抄造纸张，纸页定量33g/m2；纸料为打浆度为78°SR的漂白硫酸盐针叶浆和打浆度为42°SR的漂白硫酸盐阔叶浆，两种浆的质量比为1:1；
图5是实施例3中加填纤维素-二氧化钛复合填料的纸张的SEM图片。由图5可以看出，将固体纤维素-二氧化钛复合填料与纸浆悬浮液混合后抄造的纸页中，二氧化钛在纸页中留着非常好，复合填料与纸浆纤维能够形成氢键结合力，保证了复合填料留着率高，也就是保证了二氧化钛的留着率。同时，也保证了加填复合填料后纸页的强度性能。
采用纤维素-二氧化钛复合填料加填纸张中的二氧化钛留着率82.1％，纸页抗张指数48.11N/m·g，耐破指数2.56KPa·m2/g，不透明度83.9％。

Claims (9)

1.一种提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法按照以下步骤进行：
一、向-6℃~-12℃的纤维素溶剂中加入化学法纸浆，搅拌至完全溶解，得到均一的纤维素溶液；然后加入钛白粉，得到二氧化钛-纤维素溶液悬浮液，自然升温至室温；
二、将二氧化钛-纤维素溶液悬浮液和助留助滤剂加入到纸料中，搅拌分散均匀，进行抄纸；
或将二氧化钛-纤维素溶液悬浮液转移至水中或稀酸溶液中浸泡，使纤维素溶液再生并包覆二氧化钛；然后依次进行过滤、干燥和研磨，制成纤维素-二氧化钛复合填料，将纤维素-二氧化钛复合填料和助留助滤剂加入到纸料中，搅拌分散均匀，进行抄纸；
步骤二所述稀酸溶液为质量分数为2-8%的稀盐酸或稀硫酸。
2.根据权利要求1所述的提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：步骤一所述化学法纸浆的质量为纤维素溶剂的3-6%；步骤一所述搅拌时间为20-30min。
3.根据权利要求1所述的提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：步骤一所述化学法纸浆为碱法棉浆、漂白硫酸盐针叶木浆、漂白硫酸盐阔叶木浆或漂白碱法草浆；化学法纸浆的纤维白度在85%以上，α-纤维素的质量含量在80%以上，灰分的质量含量低于0.5%。
4.根据权利要求1所述的提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：步骤一所述纤维素溶剂为氢氧化钠-尿素混合溶液或氢氧化钠-尿素-硫脲混合溶液；纤维素溶剂中氢氧化钠的质量分数为4-8%，尿素的质量分数为4-12%，硫脲的质量分数为0-12%，水为余量。
5.根据权利要求1所述的提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：步骤一所述钛白粉为二氧化钛含量≧92%的锐钛矿型钛白粉或二氧化钛含量≧90%的金红石型钛白粉；钛白粉的质量为纸料质量的10-20%。
6.根据权利要求1所述的提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：步骤二所述干燥工艺为：在80℃-105℃干燥2-4小时。
7.根据权利要求1所述的提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：步骤二所述研磨工艺为：采用球磨机研磨至粒径不大于2μm。
8.根据权利要求1所述的提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：步骤二所述纸料为打浆度40~85°SR的漂白硫酸盐针叶木浆、打浆度30~60°SR的漂白硫酸盐阔叶木浆中的一种或两种任意比例的混合物。
9.根据权利要求1所述的提高二氧化钛在纸页中留着率的抄纸方法，其特征在于：步骤二所述助留助滤剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、阳离子淀粉、瓜尔胶中的一种或几种，纸料中聚丙烯酰胺或聚乙烯亚胺的质量分数为0~0.1%；纸料中阳离子淀粉或瓜尔胶的质量分数为0~2%。
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