一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，属于造纸【技术领域】。包括：1)将纸浆碎解、脱水，制成浆料；2)将填料制成填料悬浮液，并充分搅拌、分散；3)将填料悬浮液与浆料混合，并加水稀释至体系总固含量浓度为9％～12％，得到混合浆料；4)将混合浆料进行磨浆至混合浆料的终打浆度为30～50°SR；5)首先将磨浆处理后的混合浆料稀释至浓度为0.1％～0.3％，然后添加助留剂，最后将成型的湿纸页压榨、干燥。采用本发明方法制备的加填纸张，可在维持成纸强度性能不变的情况下，有效提高成纸的白度和光散射系数，达到改善光学性能的效果。
【专利说明】一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于造纸【技术领域】，具体涉及一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法。
【背景技术】
[0002]为了改善纸张光学性能和印刷适性，满足纸张某些特殊性能要求，节约纤维原料降低生产成本，在纸张的生产中，一般均需要加入填料。不同纸种的加填量相差很大，少的在2%?3%，高的达到40%。由于一般填料的价格只有植物纤维价格的十分之一甚至更低，因此，在纸张中加入更多的填料，可以显著降低纸张生产成本。造纸填料种类较多，最常用的有重质碳酸钙，轻质碳酸钙，滑石粉，高岭土等。对于白度和不透明度要求较高的纸张往往选用粒径小，白度较高的填料，如二氧化钛，沉淀碳酸钙等，但这类填料要么成本高，要么对成纸强度有较大的负面影响。
[0003]成纸强度性能是选用填料时需要考虑的重要性能之一，通常填料在改善成纸光学性能的同时，会降低成纸强度性能，或者对成纸强度性能影响小的填料，纸张光学性能又较低，因此，工厂往往需要添加增强剂或者增白剂来达到改善或者平衡强度与光学性能的目的。但是，增加化学品一方面涉及到纸机湿部稳定控制的问题，另一方面又会增加成本，从而造成生产成本的提高。所以，开发新型加填技术或者新型填料成为了学术界和工业界研究的热点之一。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，该方法能够在保证成纸强度性能不变的情况下，有效改善加填纸的光学性能。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0006]一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，包括以下步骤:
[0007]I)纸浆的碎解:将纸浆碎解、脱水，制成浓度为20%?30%的浆料；
[0008]2)配制填料悬浮液:将填料配制成浓度为15%?20%的填料悬浮液，并充分搅拌、分散；
[0009]3)配制混合浆料:将浓度为15 %?20 %的填料悬浮液与浓度为20 %?30 %的浆料按照绝干质量比为(I?4):6的比例进行混合，并加水稀释至混合体系总固含量浓度为9%?12%，得到混合浆料；
[0010]4)磨浆:将混合浆料进行磨浆至混合浆料的终打浆度为30?50° SR ；
[0011]5)抄造纸页:首先将磨浆处理后的混合浆料稀释至浓度为0.1%?0.3%的浆料，其次在纸张抄造前向浓度为0.1%?0.3%的浆料中添加助留剂，混匀后进行湿法抄造，最后对成型的湿纸页进行压榨、干燥。
[0012]步骤2)所述的填料为碳酸钙、滑石粉、硅酸钙、或高岭土中的一种或几种。
[0013]所述纸浆为化学针叶木浆、化学阔叶木浆或化学机械浆中的一种或几种。[0014]步骤5)所述的助留剂为阳离子聚丙烯酰胺。
[0015]所述助留剂的添加量为0.2?0.4千克/吨纸。
[0016]步骤5)压榨时的压力为0.3?0.6Mpa。
[0017]步骤5)所述干燥的温度为95?110°C。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0019]本发明将造纸填料与纸浆碎解后的浆料在一定浓度下混合磨浆，可使填料和浆料中纤维表面分丝帚化的纤维形成相互穿插、相互缠绕的复合结构，填料粒子与纤维紧密相连的复合结构有利于降低填料对纤维结合强度的负面影响，在磨浆过程中填料的光学性能得到了极大的改善，与传统浆内加填方式相比，本发明方法在成纸性能不低于传统加填方法抄造的纸张强度下，可显著提高纸张的白度和不透明度。采用该方法制得的纸张的性能检测结果为:在成纸填料含量相同时，抗张指数32.32N.m/g,白度83.44% ISO ;光散射系数 63.2m2/kg。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为实施例4填料与纤维复合结构的扫描电子显微镜(SEM)照片。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0022]实施例1
[0023]一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，包括以下步骤:
[0024]I)纸浆的碎解:将针叶木浆充分碎解，脱水，制成终浓度为20 %的浆料；
[0025]2)填料悬浮液的配置:配置浓度为15%的碳酸钙填料悬浮液，并充分搅拌，分散；
[0026]3)混合浆料的配置:按照绝干质量比为1:6的比例，将15%的碳酸钙填料悬浮液与终浓度为20%的浆料进行混合，并添加清水稀释至总固含量浓度为12%，得到混合浆料；
[0027]4)磨浆:将配制好的混合浆料进行磨浆，磨浆浓度为12%，最终混合浆料的打浆度为30° SR;
[0028]5)纸页的抄造:首先将磨浆处理后的混合浆料稀释至浓度为0.2%，其次在纸张抄造前(上网前)向浓度为0.2%的浆料中添加助留剂阳离子聚丙烯酰胺，添加量为0.4千克/吨纸，混匀后进行湿法抄造，然后对成型的湿纸页压榨，压力为0.4Mpa，最后在105°C下干燥。
[0029]实施例2
[0030]一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，包括以下步骤:
[0031]I)纸浆的碎解:将化学针叶木浆与阔叶木浆充分碎解，脱水，制成终浓度为24%的浆料；
[0032]2)填料悬浮液的配置:配制浓度为17%的高岭土填料悬浮液，并充分搅拌，分散；
[0033]3)混合浆料的配置:按照绝干质量比为2:6的比例，将17%的高岭土填料悬浮液与终浓度为24%的浆料进行混合，并添加清水稀释至总固含量浓度为11%，得到混合浆料；
[0034]4)磨浆:将配制好的混合浆料进行磨浆，磨浆浓度为11%，最终混合浆料的打浆度为35° SR;
[0035]5)纸页的抄造:首先将磨浆处理后的混合浆料稀释至浓度为0.3%，其次在纸张抄造前(上网前)向浓度为0.3%的浆料中添加助留剂阳离子聚丙烯酰胺，添加量为0.34千克/吨纸，混匀后进行湿法抄造，然后对成型的湿纸页压榨，压力为0.35Mpa，最后在100°C下干燥。
[0036]实施例3
[0037]—种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，包括以下步骤:
[0038]I)纸浆的碎解:将针叶木浆与化学机械浆充分碎解，脱水，制成终浓度为26%的浆料；
[0039]2)填料悬浮液的配置:配制浓度为20%的滑石粉和碳酸钙填料的悬浮液，并充分搅拌，分散；
[0040]3)混合浆料的配置:按照绝干质量比为3:6的比例，将20%的滑石粉和碳酸钙填料的悬浮液与终浓度为26%的浆料进行混合，并添加清水稀释至总固含量浓度为9%，得到混合浆料；
[0041]4)磨浆:将配制好的混合浆料进行磨浆，磨浆浓度为12%，最终混合浆料的打浆度为42° SR;
[0042]5)纸页的抄造:首先将磨浆处理后的混合浆料稀释至浓度为0.1%，其次在纸张抄造前(上网前)向浓度为0.1%的浆料中添加助留剂阳离子聚丙烯酰胺，添加量为0.2千克/吨纸，混匀后进行湿法抄造，然后对成型的湿纸页压榨，压力为0.3Mpa，最后在95°C下干燥。
[0043]实施例4
[0044]一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，包括以下步骤:
[0045]I)纸浆的碎解:将化学阔叶木浆充分碎解，脱水，制成终浓度为30%的浆料；
[0046]2)填料悬浮液的配置:配制浓度为20%的硅酸钙填料悬浮液，并充分搅拌，分散；
[0047]3)混合浆料的配置:按照绝干质量比为4:6的比例，将20%的硅酸钙填料悬浮液与终浓度为30%的浆料进行混合，并添加清水稀释至总固含量浓度为10%，得到混合浆料；
[0048]4)磨浆:将配制好的混合浆料进行磨浆，磨浆浓度为10%，最终混合浆料的打浆度为50° SR;
[0049]5)纸页的抄造:首先将磨浆处理后的混合浆料稀释至浓度为0.25%，其次在纸张抄造前(上网前)向浓度为0.1%的浆料中添加助留剂阳离子聚丙烯酰胺，添加量为0.3千克/吨纸，混匀后进行湿法抄造，然后对成型的湿纸页压榨，压力为0.6Mpa，最后在110°C下干燥。
[0050]由图1可以清楚地看出，采用该方法抄造的纸页中，填料粒子通过磨浆过程中产生的细纤维与粗大纤维相连，形成了一种填料-纤维的复合结构，该复合结构不仅有利于维持成纸强度，而且复合结构所形成的微小孔隙也使得填料-纤维之间的光散射界面数量增多，造成成纸的光散射性能大幅提闻。[0051]采用本发明方法制得的纸张与采用浆内加填方式获得的纸张的性能检测对比结果，如下表1所示:
[0052]表1本发明方法制得的纸张性能与浆内加填方式获得的纸张性能对比结果(填料含量为28% )
[0053]
【权利要求】
1.一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)纸浆的碎解:将纸浆碎解、脱水，制成浓度为20%?30%的浆料； 2)配制填料悬浮液:将填料配制成浓度为15%?20%的填料悬浮液,并充分搅拌、分散； 3)配制混合浆料:将浓度为15%?20%的填料悬浮液与浓度为20%?30%的浆料按照绝干质量比为(I?4):6的比例进行混合，并加水稀释至混合体系总固含量浓度为9%?12%，得到混合浆料； 4)磨浆:将混合浆料进行磨浆至混合浆料的终打浆度为30?50°SR ； 5)抄造纸页:首先将磨浆处理后的混合浆料稀释至浓度为0.1%?0.3%的浆料，其次在纸张抄造如向浓度为0.1%?0.3 %的衆料中添加助留剂,混勾后进打湿法抄造,最后对成型的湿纸页进行压榨、干燥。
2.根据权利要求1所述的一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，其特征在于，步骤2)所述的填料为碳酸钙、滑石粉、硅酸钙、或高岭土中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，其特征在于，所述纸浆为化学针叶木浆、化学阔叶木浆或化学机械浆中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，其特征在于，步骤5)所述的助留剂为阳离子聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求1或4所述的一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，其特征在于，所述助留剂的添加量为0.2?0.4千克/吨纸。
6.根据权利要求1所述的一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，其特征在于，步骤5)压榨时的压力为0.3?0.6Mpa。
7.根据权利要求1所述的一种利用填料和纤维的复合结构改善纸张光学性能的方法，其特征在于，步骤5)所述干燥的温度为95?110°C。
【文档编号】D21B1/34GK103938475SQ201410178242
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】宋顺喜, 张美云, 王建, 郝宁, 吴养育, 李琳, 孙俊民 申请人:陕西科技大学