本发明属于纤维材料制备技术领域，具体涉及一种碳酸钙高加填量纤维及其制备方法与应用。
背景技术：
加填是指在纸料的纤维悬浮液中加入不溶于水或微溶于水的白色矿物质微细填料，使制得的纸张具有不加填时难以具备的某些性质。加填既节省了纤维原料降低了纸张成本，又改善了纸张的光学性能，满足纸张某些特殊性能的要求。
碳酸钙作为一种重要的无机化工原料，在造纸生产中是一种常用的填料，它能提高纸张的不透明度、白度；但传统的加填方式，随着填料含量的增加，会导致纤维与纤维之间、纤维与填料之间的结合力降低，从而使纸张的抗张强度、撕裂度等物理强度下降，以及纸张出现掉毛、掉粉等现象。为了解决现有的问题，急需寻找一种新的方式往纤维中加入碳酸钙。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种碳酸钙高加填量纤维的制备方法。
本发明另一目的在于提供上述方法制备的碳酸钙高加填量纤维。
本发明再一目的在于提供上述碳酸钙高加填量纤维在造纸领域的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种碳酸钙高加填量纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将打浆度为20～60°sr的浆料与氯化钙溶液按一定比例混合，搅拌反应；
(2)向步骤(1)中反应完全的纸浆中加入过量的氢氧化钠溶液，继续搅拌反应；
(3)将步骤(2)中反应完全的纸浆过滤，然后用水配成新的纸浆悬浮液，在一定温度下向纸浆悬浮液中通入过量的二氧化碳气体；反应完全后，将纸浆用水洗涤后再过滤，即得所需的碳酸钙高加填量纤维。
步骤(1)中所述的浆料的绝干质量与氯化钙溶液的体积比为1:50～1:100g/ml。
步骤(1)中所述的氯化钙溶液的摩尔浓度为0.2～0.8mol/l。
步骤(1)中所述的搅拌反应是指在40～80℃的反应温度、200～800r/min的搅拌速度下反应1～2h。
步骤(2)中所述的氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.2～0.6mol/l。
步骤(2)中所述的搅拌反应是指在40～80℃的反应温度、200～800r/min的搅拌速度下反应0.5～1h。
步骤(3)中所述的纸浆悬浮液的质量浓度为1～5％。
步骤(3)中所述的温度为-10℃～20℃。
一种由上述制备方法制备得到的碳酸钙高加填量纤维，其碳酸钙的加填量达到45％以上。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明采用原位聚合的方法，先让钙离子渗透到纤维的细胞腔内，再用氢氧化钠去沉淀细胞腔内的钙离子，得到氢氧化钙，最后向纸浆悬浮液中通入二氧化碳气体，使氢氧化钙与碳酸根相结合生成碳酸钙，沉淀在纤维细胞内。得到的新型碳酸钙高加填量纤维不仅降低了原料的成本又能解决碳酸钙以加填的方式加入到纤维中留着率低的问题，还能改善纸张因加填导致强度下降的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂均可从市场购得。
实施例1：碳酸钙高加填量纤维的制备
将打浆度为20°sr的浆料与摩尔浓度为0.2mol/l的氯化钙溶液按浆料的绝干质量与氯化钙溶液的体积比为1:100g/ml混合，在磁力搅拌器上以40℃的温度、200r/min的搅拌速度反应1h。待其反应完全，再向锥形瓶中加入过量的摩尔浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液，在相同条件下继续反应0.5h。反应完全后，将纸浆过滤。用自来水将过滤后的纸浆配成质量浓度为1％的纸浆悬浮液，在-10℃的环境中，用气瓶向纸浆悬浮液中通入过量的二氧化碳气体。最后将反应完全的纸浆用自来水洗涤后再过滤，即得碳酸钙高加填量纤维。
利用本实施例制备的碳酸钙高加填量纤维抄造定量为70g/m2的碳酸钙高加填量纸，利用标准方法测得的该纸张的裂断长为2.478km。然而，在相同定量及相同碳酸钙加填量的条件下，利用传统加填方法抄造的纸张的裂断长为1.79km。
实施例2：碳酸钙高加填量纤维的制备
将打浆度为30°sr的纸浆与摩尔浓度为0.4mol/l的氯化钙溶液按浆料的绝干质量与氯化钙溶液的体积比为1:80g/ml混合，在磁力搅拌器上以50℃的温度、350r/min的搅拌速度反应1h。待其反应完全，再向锥形瓶中加入过量的摩尔浓度为0.3mol/l的氢氧化钠溶液，在相同条件下继续反应0.5h。反应完全后，将纸浆过滤。用自来水将过滤后的纸浆配成质量浓度为2％的纸浆悬浮液，在0℃的环境中，用气瓶向纸浆悬浮液中通入过量的二氧化碳气体。最后将反应完全的纸浆用自来水洗涤后再过滤，即得碳酸钙高加填量纤维。
利用本实施例制备的碳酸钙高加填量纤维抄造定量为70g/m2的碳酸钙高加填量纸，利用标准方法测得的该纸张的裂断长为3.428km。然而，在相同定量及相同碳酸钙加填量的条件下，利用传统加填方法抄造的纸张的裂断长为2.71km。
实施例3：碳酸钙高加填量纤维的制备
将打浆度为40°sr的纸浆与摩尔浓度为0.5mol/l的氯化钙溶液按浆料的绝干质量与氯化钙溶液的体积比为1:70g/ml混合，在磁力搅拌器上以60℃的温度、500r/min的搅拌速度反应1.5h。待其反应完全，再向锥形瓶中加入过量的摩尔浓度为0.4mol/l的氢氧化钠溶液，在相同条件下继续反应1h。反应完全后，将纸浆过滤。用自来水将过滤后的纸浆配成质量浓度为3％的纸浆悬浮液，在10℃的环境中，用气瓶向纸浆悬浮液中通入过量的二氧化碳气体。最后将反应完全的纸浆用自来水洗涤后再过滤，即得碳酸钙高加填量纤维。
利用本实施例制备的碳酸钙高加填量纤维抄造定量为70g/m2的碳酸钙高加填量纸，利用标准方法测得的该纸张的裂断长为4.280km。然而，在相同定量及相同碳酸钙加填量的条件下，利用传统加填方法抄造的纸张的裂断长为3.21km。
实施例4：碳酸钙高加填量纤维的制备
将打浆度为60°sr的纸浆与摩尔浓度为0.8mol/l的氯化钙溶液按浆料的绝干质量与氯化钙溶液的体积比为1:50g/ml混合，在磁力搅拌器上以80℃的温度、800r/min的搅拌速度反应2h。待其反应完全，再向锥形瓶中加入过量的摩尔浓度为0.6mol/l的氢氧化钠溶液，在相同条件下继续反应1h。反应完全后，将纸浆过滤。用自来水将过滤后的纸浆配成质量浓度为5％的纸浆悬浮液，在20℃的环境中，用气瓶向纸浆悬浮液中通入过量的二氧化碳气体。最后将反应完全的纸浆用自来水洗涤后再过滤，即得碳酸钙高加填量纤维。
利用本实施例制备的碳酸钙高加填量纤维抄造定量为70g/m2的碳酸钙高加填量纸，利用标准方法测得的该纸张的裂断长为4.820km。然而，在相同定量及相同碳酸钙加填量的条件下，利用传统加填方法抄造的纸张的裂断长为3.79km。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。