本发明涉及一种纸张抄造的方法，具体涉及一种利用活性硅酸钙作为造纸填料的纸张抄造方法，属于造纸技术领域。
背景技术：
活性硅酸钙是一种优良的造纸原料，可作为造纸填料应用于纸张生产。在纸张抄造过程，添加活性硅酸钙可明显提高纸张灰分，改善纸张性能，降低生产成本，所以活性硅酸钙用于造纸具有显著的经济效益和社会效益。
但是，由于活性硅酸钙具有多孔、吸附性强的特性，容易大量吸附造纸助剂，所以在纸张生产过程中，随着活性硅酸钙用量的增加，造纸助剂的消耗量也随之增加，进而提高了生产成本。并且，采用传统加填方法，在活性硅酸钙高加填情况下，其与纤维之间的结合力较差，从而增加了纸张掉毛、掉粉的风险，所以目前采用活性硅酸钙作为造纸填料，其加填量通常不超过20％。
因此，为了能在不影响纸张性能及生产成本前提下，尽可能提高硅酸钙加填量和纸张灰分，需要开发一种适宜的纸张抄造方法。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种纸张抄造的方法，采用活性硅酸钙/纤维复合浆料作为填料进行纸张抄造，能够在不影响纸张性能和原料成本的同时，提高活性硅酸钙的加填量和纸张灰分。
一种纸张抄造的方法，包括：
采用硅酸钠溶液对第一纸浆进行浸润，随后加入石灰乳和催化剂进行反应，并控制反应体系中的钙硅比(cao与sio2的摩尔比)为0.6～0.9，反应完成后，调节反应产物的ph值至9～11，得到复合浆料，
向第二纸浆中加入上述复合浆料，形成造纸体系，对造纸体系进行纸张抄造。
本发明首先利用硅酸钠溶液对第一纸浆进行浸润，使硅酸钠溶液充分渗入到第一纸浆纤维腔壁内部、分丝表面及网络空间结构；随后加入石灰乳和催化剂进行反应，反应生成的活性硅酸钙结晶于第一纸浆纤维表面，得到复合浆料；最后将复合浆料加入到第二纸浆中进行纸张抄造。
上述复合浆料，实际上是活性硅酸钙/纤维复合浆料。本发明以活性硅酸钙/纤维复合浆料作为纸张抄造的填料。由于活性硅酸钙与纤维能够充分结合，所以在纸张抄造过程中及纸张形成后，活性硅酸钙颗粒不容易脱落，从而避免了填料在纸张抄造过程中的流失，提高了纸张抄造过程中的活性硅酸钙颗粒的留着率，解决了高加填情况下纸张掉毛、掉粉的问题。
可以理解，在利用硅酸钠溶液对第一纸浆进行浸润的过程中，第一纸浆应具有适宜的打浆度，保证其能够较好的分丝帚化，从而有利于活性硅酸钙与第一纸浆的充分结合。在本发明具体实施过程中，通常控制第一纸浆的打浆度为60～80°sr，上述打浆度，使硅酸钠溶液得以渗入第一纸浆纤维腔壁内部、分丝表面及网络空间结构，这样为后续合成活性硅酸钙创造了有利条件，不仅保证了活性硅酸钙与纸浆纤维的充分结合，而且使活性硅酸钙在纸浆纤维内的分布更加均匀。
本发明对于第一纸浆的种类不做特别限定，在本发明具体实施过程中，通常选择漂白针叶浆或漂白阔叶浆，也可以是漂白针叶浆与漂白阔叶浆的混合物。
本发明对于浸润时间不做严格限定，可根据第一纸浆的打浆度合理设定，通常浸润时间不低于10min。在本发明具体实施过程中，浸润时间一般为10～30min。
本发明对所用的硅酸钠溶液的来源不做特别限定，可商购，也可自行制备，比如可以是硅酸钠与水的混合物，也可以是主要成分为硅酸钠的溶液。在本发明具体实施过程中，所选用的硅酸钠溶液来自粉煤灰脱硅液。粉煤灰脱硅液是粉煤灰提取氧化铝过程中的副产物，通常是将粉煤灰加入到氢氧化钠溶液中进行脱硅反应制得。具体是将二氧化硅质量含量为35～45％的粉煤灰加入到质量浓度为12～16％的氢氧化钠溶液中进行脱硅反应，控制脱硅反应温度为100～140℃，脱硅反应进行1～3h后，将得到的浆液进行固液分离，得到的液体产物即为粉煤灰脱硅液。采用粉煤灰脱硅液作为硅酸钠溶液的原料，能够进一步降低造纸成本。
本发明对硅酸钠溶液和石灰乳的浓度不做严格限定，在本发明具体实施过程中，硅酸钠溶液的浓度为40～60g/l，石灰乳的浓度为120～180g/l。
本发明对于活性硅酸钙的合成反应条件不作特别限定，可采用本领域常规的原位合成反应工艺，在本发明具体实施过程中，是将石灰乳和催化剂加入到充分浸润的第一纸浆与硅酸钠溶液的混合液中，在20～40℃下反应90min以上。延长反应时间，活性硅酸钙的产率增幅不大，所以通常控制反应时间为90～120min。
本发明对于活性硅酸钙合成反应过程中所用的催化剂不做特别限定，通常采用的催化剂为铝盐，比如可以是氯化铝、硫酸铝等，也可以是氯化铝和硫酸铝的混合物。本发明对于催化剂的加入量不做特别限定，可按照活性硅酸钙合成过程中催化剂的常规量加入。
反应结束后，调节反应产物的ph值至9～11，使得到的复合浆料满足造纸加填使用要求。在本发明具体实施过程中，是通过加入有机酸，以除去反应产物中的残碱，比如可使用甲酸或乙酸，也可以是二者的混合物。
将上述复合浆料加入到第二纸浆中，形成造纸体系，然后对造纸体系进行纸张抄造。上述复合浆料，是作为造纸填料使用，本发明对于复合浆料在造纸体系中的质量含量不做特别限定，可以按照常规的造纸填料的加填量合理配置。在本发明具体实施过程中，复合浆料干基在造纸体系干基中的质量含量≤45％。通常复合浆料干基占造纸体系干基总质量的30～45％(即复合浆料的加填量为30～45％)，最终得到的纸张的抗张指数、松厚度等各项指标均能达到使用要求，并且由于纸张纤维和造纸填料之间结合力较强，从而解决了高加填情况下纸张易于掉毛、掉粉的问题。
可以理解，在实际纸张抄造过程中，造纸体系中应含有纸张抄造所必需的助剂，可根据具体对纸张的需求选择合适的造纸用助剂，比如抄造工艺用助剂和成纸用助剂，本发明在此不做过多限定。在本发明具体实施过程中，加入的助剂包括取代度为0.01～0.07的阳离子淀粉、烷基烯酮二聚体(akd)、阳离子聚丙烯酰胺(cpam)。发明人研究发现，在复合浆料干基占造纸体系干基总质量30～45％的情况下，即造纸填料的加填量为30～45％时，助剂的添加量可小于单纯采用活性硅酸钙作为造纸填料时助剂的添加量。在本发明具体实施过程中，助剂的加填量可以为：阳离子淀粉：2.5～3.5％、akd：0.1～0.5％、cpam：0.03～0.08％(均相对于绝干纤维与造纸填料的质量和)，比如阳离子淀粉：3.0％、akd：0.3％、cpam：0.05％。
本发明对于第二纸浆的种类不做特别限定，可选择造纸领域常用的纸浆，比如与第一纸浆相同或不同。
本发明对造纸体系进行纸张抄造的具体工艺不做特别限定，可采用传统的纸张抄造工艺进行，不赘述。
本发明提供了一种纸张抄造的方法，采用活性硅酸钙/纤维复合浆料作为造纸填料，得到的纸张灰分明显高于单纯采用活性硅酸钙作为造纸填料的纸张灰分，并且纸张的抗张指数、松厚度等各项指标均能达到使用要求。并且，在高加填量(30～45％)的情况下，无需加入大量的造纸用助剂。因此，本发明解决了现有活性硅酸钙高加填纸化学助剂消耗量高、易于掉毛掉粉的问题，提高了纸产品质量，进一步完善了活性硅酸钙造纸应用技术。
同时，采取本发明的方法能够提高活性硅酸钙的加填量，降低了纸张的生产成本。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
以下实施例中，纸张定量和松厚度的测定遵照《gb/t451.2-2002纸和纸板定量的测定》进行；纸张灰分的测定遵照《gb/t742-2008造纸原料、纸浆、纸和纸板灰分的测定》进行、纸张抗张强度(抗张指数)的测定遵照《gb/t12914-2008纸和纸板抗张强度的测定》进行。
实施例1
本实施例提供一种纸张抄造的方法，具体包括如下步骤：
1、制备粉煤灰脱硅液
将二氧化硅含量约为40wt％的粉煤灰加入到浓度为16wt％的氢氧化钠溶液中进行脱硅反应，控制脱硅反应温度约为120℃，脱硅反应时间约为2h，然后将得到的浆液进行固液分离，收集得到的液体产物，即为粉煤灰脱硅液，其中硅酸钠的浓度约为50g/l。
2、制备复合浆料
采用打浆度为65°sr的漂白针叶木浆作为第一纸浆，将第一纸浆加入到上述粉煤灰脱硅液中充分混合并浸润20min左右，然后加入cao浓度约为160g/l的石灰乳和氯化铝催化剂进行反应，控制反应体系中钙硅比约为0.85，反应温度为30℃左右，反应时间为90min。反应完成后，加入乙酸，调节反应产物的ph值至10左右，得到复合浆料，即活性硅酸钙/纤维复合浆料。
3、纸张抄造
将打浆度为45°sr的针叶木浆和打浆度为46°sr的阔叶木浆以3:7的质量比混合均匀，得到第二纸浆，然后向第二纸浆中加入上述复合浆料及造纸用助剂，形成造纸体系，然后进行纸张抄造，得到纸张。
其中，复合浆料的加填量为40％，所加入的造纸用助剂为阳离子淀粉：3.0％、akd：0.3％、cpam：0.05％(相对于绝干纸浆与填料的用量之和)，抄造浓度(即调配好的抄纸用浆料浓度，下同)为0.8％。
对实施例1得到的纸张性能进行测试，测试结果如表1所示。
实施例2
本实施例提供一种纸张抄造的方法，包括如下步骤：
1、制备粉煤灰脱硅液
将二氧化硅含量约为40wt％的粉煤灰加入到浓度为16wt％的氢氧化钠溶液中进行脱硅反应，控制脱硅反应温度约为120℃，脱硅反应时间约为2h，然后将得到的浆液进行固液分离，收集得到的液体产物，即为粉煤灰脱硅液，其中硅酸钠的浓度约为50g/l。
2、制备复合浆料
采用打浆度为70°sr的漂白针叶木浆作为第一纸浆，将第一纸浆加入到上述粉煤灰脱硅液中充分混合并浸润20min左右，然后加入cao浓度约为160g/l的石灰乳和氯化铝催化剂进行反应，控制反应体系中钙硅比约为0.85，反应温度约为40℃，反应时间为120min。反应完成后，加入乙酸，调节反应产物的ph值至10左右，得到复合浆料，即活性硅酸钙/纤维复合浆料。
3、纸张抄造
将打浆度为45°sr的针叶木浆和打浆度为46°sr的阔叶木浆以3:7的质量比混合得到第二纸浆，向第二纸浆中加入上述复合浆料和造纸用助剂，形成造纸体系，然后进行纸张抄造，得到纸张。
其中，复合浆料的加填量为40％，所加入的助剂为阳离子淀粉：3.0％、akd：0.3％、cpam：0.05％(相对于绝干纸浆与填料的用量之和)，抄造浓度为0.8％。
对实施例2得到的纸张性能进行测试，测试结果如表1所示。
对照例1
将打浆度为45°sr的针叶木浆和打浆度为46°sr的阔叶木浆以3:7的质量比混合均匀，得到混合浆料；向混合浆料中加入活性硅酸钙填料和造纸用助剂，形成造纸体系，然后进行纸张抄造，得到纸张。
其中，活性硅酸钙的加填量为40％，所加入的造纸用助剂为阳离子淀粉：3.0％、akd：0.3％、cpam：0.05％(相对于绝干纸浆和填料的用量之和)，抄造浓度为0.8％。
对对照例1得到的纸张性能进行测试，测试结果如表1所示。
表1纸张性能测试结果
注：表1中的“定量”，指的是单位面积纸张重量。
根据表1可知，采用活性硅酸钙/纤维复合浆料作为造纸填料，与单纯采用活性硅酸钙作为造纸填料，在较大加填量时，可明显提高纸张灰分和纸张强度，同时对纸张松厚度影响不大。
延长活性硅酸钙/纤维复合浆料制备过程中硅酸钠溶液对纸浆纤维的浸润时间和反应时间，所制备的复合填料用于纸张加填，可进一步提高纸张灰分、松厚度和抗张指数，这说明活性硅酸钙与纤维的充分结合至关重要。
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等同替换；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和范围。