专利名称：一种改善成纸性能的复合填料的制备方法及采用该复合填料制备纸张的方法
技术领域：
本发明属于造纸领域，具体涉及一种改善成纸性能的复合填料的制备方法及采用该复合填料制备纸张的方法。
背景技术：
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。不同填料的物理化学性质不同，即使同一种填料，也会由于粒径，表面形貌的不同，其加填后成纸、滤水和留着性能也会有所不同。有的填料有利于提闻纸张的光学性能，有的填料有利于提闻留着和滤水能力，还有的填料有利于减弱加填对纸张强度的不利影响。由于不同填料对湿部留着及纸张性能的影响不同，为了利用不同填料的优良特性，国内外提出将不同填料复配，来达到改善湿部留着和成纸性能的目的。但是填料复配所带来的问题是每种填料的留着情况不一样，在复配使用时留着也会发生变化，所以无法较好的控制不同组分填料的留着及纸张中各组分的含量。据文献报道，硫酸钙添加于纸张中具有改善纸张强度的作用，而硅酸钙具有提高纸张松厚度的作用，利用两者填料的优良特性，将两种填料复合，使其组成复合结构，可有效提高填料留着，成纸灰分及改善成纸强度。该复合填料与简单的填料复配不同，传统的复配各组分填料颗粒依然保持原有形态，复合填料具有特定的复合结构。加填后，该复合填料不仅有利于留着，而且可有效改善成纸强度与松厚度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善成纸性能的复合填料的制备方法及采用该复合填料制备纸张的方法，其制造出的纸张具有松厚度高，强度好的特点，从而降低生产成本，节约植物资源。为达到上述目的，本发明能够改善成纸性能的复合填料的制备方法如下:将水化硅酸钙配成质量浓度为10 15%的硅酸钙泥浆，在50 100°C下，以300 700r/min的搅拌速度，搅拌10 30分钟，再向硅酸钙泥浆中加入硫酸溶液混合均匀，经过滤，洗涤，烘干后得到复合填料粉末。所述加入的硫酸溶液的质量浓度为I 7%，硫酸溶液与硅酸钙的质量比为1:10 30，混合时间为10 40分钟。所述复合填料粉末的平均粒径为15 25微米，白度为85 92%IS0 ;且复合填料粉末的比表面积为70 140m2/g，10%固含量复合填料悬浮液的pH值为9.0 10.5, 525°C灼烧质量损失为8 12%。所述复合填料中硅酸钙以无定型态为主，硫酸钙为结晶良好的石膏晶体，硫酸钙在复合填料中的含量为5 30%。所述复合填料烘干温度为80 110°C。一种采用以上复合填料制备纸张的方法:首先，将化学针叶木浆与化学阔叶木浆碎解后分别加水稀释使浆料质量浓度为10%，然后分别打浆，打浆后分别加水稀释使化学针叶木浆的质量浓度为0.1 0.3%、化学阔叶木浆的质量浓度为0.2 0.5% ;其中针叶木打浆度为23 45° SR，阔叶木的打浆度为25 45° SR将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按(10 35): (65 90)的重量比混合，得混合浆料；向混合浆料中加入3 5千克/吨纸的阳离子淀粉，8 10千克/吨纸的聚合氯化铝，I 2千克/吨纸的烯基琥珀酸酐，纤维绝干量20 50%的复合填料及0.3 0.5千克/吨纸的助留剂，与混合浆料充分混合后上网成型抄纸，经压榨、干燥得到含有复合填料的纸张。所述向混合浆料中加入的复合填料应先将复合填料配成质量浓度为10 25%的泥浆，然后通过除渣，分散后，加水稀释配成质量浓度为10 20%的泥浆后加入到混合浆料中。所述阳离子淀粉为玉米淀粉，所述的助留剂为阳离子型的高分子聚合物，分子量大约为300万。本发明制备的复合填料不仅留着高，而且与传统碳酸钙填料相比，添加该复合填料的纸张具有较好的松厚度，可改善纸张强度和提高成纸灰分。
图1是本发明制备的复合填料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施例方式实施例1:I)复合填料的制备:根据专利“一种利用高铝粉煤灰制备硅酸钙微粉的方法”(200810112618.1)制备水化硅酸钙，将水化硅酸钙配成质量浓度为10%的硅酸钙泥浆，在50°C下，以300r/min的搅拌速度，搅拌30分钟，再向硅酸钙泥浆中加入质量浓度为1%硫酸溶液混合10分钟，所述的硫酸溶液与硅酸钙的质量比为1: 10，经过滤，洗涤，在80°C烘干后得到复合填料粉末；所制得的复合填料粉末的平均粒径为15 25微米，白度为85 92%IS0 ;且复合填料粉末的比表面积为70 140m2/g，10%固含量复合填料悬浮液的pH值为9.0 10.5，525 °C灼烧质量损失为8 12% ；参见图1，所制备的复合填料中的硅酸钙表面形态为表面多孔的聚集体结构，而硫酸钙为棒状结构，两种形貌粒子相互粘连在一起组成复合结构。2)纸张抄造首先，将化学针叶木浆与化学阔叶木浆碎解后分别加水稀释使浆料质量浓度为10%，然后分别打浆，打浆后分别加水稀释使化学针叶木浆的质量浓度为0.1%、化学阔叶木浆的质量浓度为0.3%;其中针叶木打浆度为23° SR，阔叶木的打浆度为25° SR将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按35:65的重量比混合，得混合浆料；将复合填料配成质量浓度为10%的泥浆，然后通过除渣，分散后，加水稀释配成质量浓度为10%的复合填料泥浆；向混合浆料中按以下顺序加入5千克/吨纸的玉米淀粉，8千克/吨纸的聚合氯化铝，I千克/吨纸的烯基琥珀酸酐，纤维绝干量20%的复合填料及0.3千克/吨纸的分子量为300万的阳离子型的高分子聚合物充分混合后上网成型抄纸，经压榨、干燥得到含有复合填料的纸张。该复合填料加填的纸张物理性能指标为:定量60g/m2,成纸松厚度1.87cm3/g,抗张指数41.8N *m/g,撕裂指数10.5mN *m2/g，纸张填料含量13.5%。在相同纸张抄造条件下，普通沉淀碳酸钙加填纸的指标为:成纸松厚度1.4cm3/g,抗张指数40.1N.m/g，撕裂指数9.8mN ^mVg,纸张填料含量12.8%。相比较而言，新型复合填料加填纸张松厚度指标优势明显，同时具有较好的抗张强度，撕裂强度和较高的填料含量。实施例2:I)复合填料的制备:
根据专利“一种利用高铝粉煤灰制备硅酸钙微粉的方法”(200810112618.1)制备水化硅酸钙，将水化硅酸钙配成质量浓度为13%的硅酸钙泥浆，在70°C下，以700r/min的搅拌速度，搅拌10分钟，再向硅酸钙泥浆中加入质量浓度为4%硫酸溶液混合30分钟，所述的硫酸溶液与硅酸钙的质量比为1:30，经过滤，洗涤，在100°C烘干后得到复合填料粉末；所制得的复合填料粉末的平均粒径为15 25微米，白度为85 92%IS0 ;且复合填料粉末的比表面积为70 140m2/g，10%固含量复合填料悬浮液的pH值为9.0 10.5，525 °C灼烧质量损失为8% 12% ；2)纸张抄造首先，将化学针叶木浆与化学阔叶木浆碎解后分别加水稀释使浆料质量浓度为10%，然后分别打浆，打浆后分别加水稀释使化学针叶木浆的质量浓度为0.3%、化学阔叶木浆的质量浓度为0.2% ;其中针叶木打浆度为28。SR，阔叶木的打浆度为45° SR将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按20:80的重量比混合，得混合浆料；将复合填料配成质量浓度为18%的泥浆，然后通过除渣，分散后，加水稀释配成质量浓度为15%的复合填料泥浆；向混合浆料中按以下顺序加入4千克/吨纸的玉米淀粉，9千克/吨纸的聚合氯化铝，1.2千克/吨纸的烯基琥珀酸酐，纤维绝干量38%的复合填料及0.4千克/吨纸的分子量为300万的阳离子型的高分子聚合物充分混合后上网成型抄纸，经压榨、干燥得到含有复合填料的纸张。该复合填料加填的纸张物理性能指标为:定量65g/m2,成纸松厚度2.13cm3/g,抗张指数32.0N.m/g,撕裂指数8.8mN.m2/g，纸张填料含量21.6%。
在相同纸张抄造条件下，普通沉淀碳酸钙加填纸的指标为:成纸松厚度1.45cm3/g,抗张指数30.8N.m/g,撕裂指数8.3mN.m2/g,纸张填料含量19.9%。相比较而言,新型复合填料加填纸张松厚度指标优势明显，同时具有较好的抗张强度，撕裂强度和较高的填料含量。实施例3:I)复合填料的制备:根据专利“一种利用高铝粉煤灰制备硅酸钙微粉的方法”(200810112618.1)制备水化硅酸钙，将水化硅酸钙配成质量浓度为15%的硅酸钙泥浆，在100°C下，以550r/min的搅拌速度，搅拌20分钟，再向硅酸钙泥浆中加入质量浓度为7%硫酸溶液混合40分钟，所述的硫酸溶液与硅酸钙的质量比为1:20，经过滤，洗涤，在110°C烘干后得到复合填料粉末；所制得的复合填料粉末的平均粒径为15 25微米，白度为85 92%IS0 ;且复合填料粉末的比表面积为70 140m2/g，10%固含量复合填料悬浮液的pH值为9.0 10.5，525 °C灼烧质量损失为8% 12% ；2)纸张抄造首先，将化学针叶木浆与化学阔叶木浆碎解后分别加水稀释使浆料质量浓度为10%，然后分别打浆，打浆后分别加水稀释使化学针叶木浆的质量浓度为0.2%、化学阔叶木浆的质量浓度为0.5% ;其中针叶木打浆度为45° SR，阔叶木的打浆度为30° SR将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按10:90的重量比混合，得混合浆料；将复合填料配成质量浓度为25%的泥浆，然后通过除渣，分散后,加水稀释配成质量浓度为20%的复合填料泥浆；向混合浆料中按以下顺序加入3千克/吨纸的玉米淀粉，10千克/吨纸的聚合氯化铝，2千克/吨纸的烯基琥珀酸酐，纤维绝干量50%的复合填料及0.5千克/吨纸的分子量为300万的阳离子型的高分子聚合物充分混合后上网成型抄纸，经压榨、干燥得到含有复合填料的纸张。 该复合填料加填的纸张物理性能指标为:定量60g/m2,成纸松厚度2.43cm3/g,抗张指数25.1N.m/g,撕裂指数7.0mN.m2/g，纸张填料含量24.1%。在相同纸张抄造条件下，普通沉淀碳酸钙加填纸的指标为:成纸松厚度1.49cm3/g,抗张指数23.8N.m/g,撕裂指数6.6mN.m2/g,纸张填料含量23.5%。相比较而言,新型复合填料加填纸张松厚度指标优势明显，同时具有较好的抗张强度，撕裂强度和较高的填料含量。最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神范围。
权利要求
1.一种能够改善成纸性能的复合填料的制备方法，其特征在于: 将水化硅酸钙配成质量浓度为10 15%的硅酸钙泥浆，在50 100°C下，以300 700r/min的搅拌速度,搅拌10 30分钟,再向娃酸I丐泥衆中加入硫酸溶液混合均勻，经过滤，洗涤，烘干后得到复合填料粉末。
2.根据权利要求1所述的能够改善成纸性能的复合填料的制备方法，其特征在于:所述加入的硫酸溶液的质量浓度为I 7%，硫酸溶液与硅酸钙的质量比为1:10 30，混合时间为10 40分钟。
3.根据权利要求1所述的能够改善成纸性能的复合填料的制备方法，其特征在于:所述复合填料粉末的平均粒径为15 25微米，白度为85 92%ISO ;且复合填料粉末的比表面积为70 140m2/g，10%固含量复合填料悬浮液的pH值为9.0 10.5，525°C灼烧质量损失为8 12%。
4.根据权利要求1所述的能够改善成纸性能的复合填料的制备方法，其特征在于:所述复合填料中硅酸钙以无定型态为主，硫酸钙为结晶良好的石膏晶体，硫酸钙在复合填料中的含量为5 30%。
5.根据权利要求1所述的能够改善成纸性能的复合填料的制备方法，其特征在于:所述复合填料烘干温度为80 110°C。
6.一种采用权利要求1制备的复合填料制备纸张的方法，其特征在于: 首先，将化学针叶木浆与化学阔叶木浆碎解后分别加水稀释使浆料质量浓度为10%，然后分别打浆，打浆后分别加水稀释使化学针叶木浆的质量浓度为0.1 0.3%、化学阔叶木浆的质量浓度为0.2 0.5% ;其中针叶木打浆度为23 45° SR，阔叶木的打浆度为25 45。SR 将化学针叶木浆与化学阔叶木浆按(10 35):(65 90)的重量比混合，得混合浆料； 向混合浆料中加入3 5千克/吨纸的阳离子淀粉，8 10千克/吨纸的聚合氯化铝，I 2千克/吨纸的烯基琥珀酸酐，纤维绝干量20 50%的复合填料及0.3 0.5千克/吨纸的助留剂，与混合浆料充分混合后上网成型抄纸，经压榨、干燥得到含有复合填料的纸张。
7.根据权利要求6所述的复合填料制备纸张的方法，其特征在于:所述向混合浆料中加入的复合填料应先将复合填料配成质量浓度为10 25%的泥浆，然后通过除渣，分散后，加水稀释配成质量浓度为10 20%的泥浆后加入到混合浆料中。
8.根据权利要求6所述的复合填料制备纸张的方法，其特征在于:所述阳离子淀粉为玉米淀粉，所述的助留剂为阳离子型的高分子聚合物，分子量大约为300万。
全文摘要
一种改善成纸性能的复合填料的制备方法及采用该复合填料制备纸张的方法。以水化硅酸钙为原料，添加硫酸对硅酸钙进行部分溶解，在此过程中添加的硫酸与溶解的钙离子反应得到硫酸钙，所生成的硫酸钙与原有的硅酸钙形成复合，得到复合填料。其作为造纸填料时，首先，分别对化学针叶木浆与化学阔叶木浆进行碎解、加水稀释、打浆后按照10～3565～90比例混合，添加复合填料，阳离子淀粉，聚合氯化铝，烯基琥珀酸酐及助留剂，最后进行抄纸。与传统填料沉淀碳酸钙相比，复合填料具有改善纸张松厚度，强度及提高纸张灰分的特点。
文档编号D21H27/00GK103147347SQ2013100733
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者张美云, 宋顺喜, 孙俊民, 张战军, 吴养育 申请人:陕西科技大学