经改性的纸浆材料、该材料制得的高灰份浆板和制备方法

专利名称：经改性的纸浆材料、该材料制得的高灰份浆板和制备方法
技术领域：
本发明涉及经改性的纸浆材料、用该材料制得的高灰份浆板，及其该高灰份浆板的制备方法。
背景技术：
人类在21世纪面临最大难题是资源日益匮乏和环境保护。传统浆板所需的木浆来自木材，经过去皮、削片、蒸煮、洗涤、漂白、打浆等工序，一方面消耗大量木材，另一方面在制浆过程中会产生大量的黑液等污染物，两者均对生态、环境产生严重破坏。随着木浆价格逐渐大幅度上涨而且供应不足，处理这些制浆废液及政府对生态方面的要求又格外的增加成本。结果，造纸工业和消费者面临两种选择要么付出高成本，要么降低浆板中纤维的数量和质量而使最终生产出的纸板质量下降。
造纸业已经进行了许多尝试来降低生产成本。一种已经采用的方法是在造纸过程中加入滑石、碳酸钙、高岭石和其他矿物充填物来代替纤维，但已经发现这些充填物在浆板中持有量超过15％时会将纸板的强度等特性降低到让人不能满意的程度，而且这种矿物充填物在浆板中的保持力很差，其实际留着率仅30～40％，60～70％的矿物充填物随白水一起流失，并在白水中沉积起来，结果使白色水的处理净化和废物处理成为严重问题。
已经采用了多种凝聚剂，如瑞典依卡诺贝尔造纸化学公司开发出的，使用阳离子淀粉和胶体硅称为Compozil系统，英国联合胶体公司开发出由聚丙烯酰胺和粘土组成的微粒助留剂，称为Hydrocol系统来解决保持力问题，但这些试剂的使用效果不能让人完全满意。在高定量纸板中解决填料的保持力，并非难事，难点在于高加填量又有高的保持力(75～85％)又能满足使生产出的浆板之各项指标达到有关标准，尤其是浆板的抗张强度，其次是高加填量之填料和纸浆的分层问题，浆板匀度问题，上网成型时滤水性以及多次复用等技术难题。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种高灰份浆板，该浆板具有改良的微观结构，其各项指标满足有关标准，并且一些指标还得到优化。
本发明的另一个目的是提供一种制造高灰份浆板的方法。
本发明还有一个目的是提供一种经改性的纸浆材料，该纸浆材料能够改良浆板的微观结构，能使用较少的纤维获得所需的强度。该纸浆材料在造纸过程中能以30～70％的加填量加到纸浆中并保持75～85％的留着率，制得浆板的各项指标满足有关标准，并且一些指标还得到优化。
本发明再一个目的是提供经改性的纸浆材料在制造高灰份浆板中的应用。
本文中所用的术语“微观结构”系指在光学显微镜或电子显微镜下观察到的纤维形态、表面特征、纤维与纤维之间联接关系、纤维与充填物之间联接等。
本发明提供了一种高灰份且有较高强度的浆板，其微观结构为针叶木浆(包括未漂白浆)作长纤维，阔叶木浆或草浆或再生浆作中长纤维、矿物超细纤维和人造矿物纤维作短纤维及超细粉体粘联剂共同组成的网状结构。
所述矿物超细纤维可选自天然偏硅酸钙，纤维之长径比＞10。
所述人造矿物纤维可选择钙矾石，其长径比＞15，粒径＜1.0μm。
所述超细矿物微粒是指选自膨润土一氧化镁溶胶，有机硅溶胶，有机膨润土和硅酸镁，硬硅钙石等超细矿物微粒，其微粒粒径在1.0nm-1000nm之纳米材料。
所述人造矿物纤维之钙矾石，硬硅钙石，硅酸镁，膨润土一氧化镁溶胶，有机硅溶胶等是纸纤维和矿物超细纤维的改性剂材料。
在高灰份浆板中，还可将选自纤维石膏、硬硅钙石、硅藻土和蛇纹石中的至少一种矿物用来代替纤维。
本发明提供一种纸纤维和矿物超细纤维的纳米改性剂，所述纳米改性剂的主要化学组成为9-13重量份SiO2，6-9重量Al2O3，1-3重量份MgO，12-16重量份CaO，27-34重量份SO42-，10-14重量份H2O+，11-21重量份H2O-。
所述改性剂还含有Na2O，K2O及Fe2O3其总重量小于改性剂总量的3.5％。
本发明提供一种制造纸纤维和矿物超细纤维改性剂的原料，该原料包括(i)氢氧化铝或煅烧高岭土或霞石正长岩粉，(ii)硫酸，(iii)生石灰，(iv)轻烧氧化镁，(v)阳离子沉粉，(vi)膨润土，(vii)聚丙烯酰胺，(viii)水等。
本发明提供一种改性剂材料的制造方法，其特征在于依次包括如下步骤
(1)向氢氧化铝或煅烧高岭土或霞石正长岩粉，加入硫酸溶液中进行酸解，过滤除渣；(2)向除去残渣后的酸解溶液中慢慢加入生石灰制成的超细乳液，进行复分解反应，促使纤维状钙矾石及硬硅钙石的生成；(3)将轻烧氧化镁乳液加入步骤(2)的反应物中，促使超微硅酸镁之生成；(4)向步骤(3)中加入阳离子淀粉熟化后的乳液，促使有机硅溶胶的形成。所述熟化是将阳离子淀粉加水制造浓度为3％的乳液，于80～95℃熬成糊状，而后加水稀释至浓度为1％。
(5)向步骤(4)中加入膨润土乳化液，促使膨润土—氧化镁溶胶体的生成；(6)向步骤(5)中加入聚丙烯酰胺稀溶液，促使有机膨润土的生成。
(7)将步骤2～6之形成物，约于60～70℃搅拌0.5小时，保温0.5小时得液体改性剂材料，或将其浓缩、干燥、碎至300目，得白色固体粉末状改性剂材料。
本发明提供了纸浆改性材料，主要由(i)天然偏硅酸钙，人造纤维矿物钙矾石和(iii)硬硅钙石(iv)阳离子淀粉—二氧化硅溶胶体(v)膨润土—氧化镁溶胶及聚丙烯酰胺等组成的组合物。该组合物的化学组成44-47重量份SiO2，1-2重量份Al2O3，40-42重量份CaO，0.6-0.8重量份MgO，4-7.5重量份SO42-，1.5-2.5重量份H2O+，4-6重量份H2O-。该组合物还含有Na2O，K2O，Fe2O3其总重量小于整个组合物总重量的2.5％，其中Fe2O3是原料带来的杂质。
本发明提供一种矿物超细纤维改性的方法，该方法包括将超细纤维状矿物预碎至100-325目；将纳米改性剂预碎至100-325目；将上述粉体混合并进一步粉碎至5-15μm，加入4倍于粉体的适合造纸用的水，于40-50℃温度下充足搅拌，制成浓度为20％的白色浆料。
本发明还提供了经改性的纸浆材料在造纸中的应用。
本发明还提供了包含本发明经改性纸浆材料的纸制品，例如鞋底板纸，灰底白卡纸板，特种过滤浆板，高灰份本色浆板及漂白浆板等。
本发明的纸浆改性材料能以40-70％的高加填量加到纸中并保持在纸纤维中实际持有量达到75-85％，同时使纸板的各项指标满足有关标准，并使一些指标得到优化。该纸浆改性超细纤维材料有一定净水效果，在高加填条件下仍具良好滤水性，且有助于失水干燥，节省能源。该材料适用各种纸种，尤其特别适合于高灰份包装纸板特种过滤浆板，其应用无需对已有造纸设备和工艺作出大的调整。此外本发明的纸浆改性材料的成本较低，多次再生利用时仍可使原浆板中之改性矿物超细纤维能以75-85％留着率于再利用的纸品之中，且易疏解打浆而均匀分散在纸纤维中，不加助留剂仍有70％以上的留着率，且无毒副作用。制备纸浆改性材料方法简单，且无三废(废渣、废水、废气)，生产及使用安全，可靠。


以下结合几个实施例及相关的附图，详细说明本发明。
图1示出了浆板的生产流程。
图2a是本发明的亚纳米、纳米改性剂的电子显微照片；图2b是本发明改性剂失水固化后的电子显微照片；图2c是本发明经改性的天然偏硅酸钙超细纤维的电子显微照片；图2d是本发明的经改性纸浆与经改性天然偏硅酸钙超细纤维结合后，成纸灰份的电子显微照片；图2e的电子显微照片示出了本发明的经改性纸浆与经改性天然偏硅酸钙超细纤维结合特征；图2f的电子显微照片示出了本发明经改性纸浆与经改性天然偏硅酸钙、滑石、碳酸钙结合特征。
图3是本发明纸浆改性材料的加填量与成纸灰份、成纸强度的动态特性图4a是本发明改性剂的x射线衍射图谱；图4b是本发明经改性的天然偏硅酸钙超细纤维的x射线衍射图谱；图4c是本发明改性纸浆与改性天然偏硅酸钙超细纤维结合后的x射线衍射图谱。
具体实施例方式
一般浆板主要由木浆纤维组成，其机械强度，如裂断长和撕裂度等，取决于构成纸的纤维的物理性质(单根纤维的抗拉强度)，化学性质尤其是表面化学性质(纤维与纤维之间的结合力)和纤维的几何级配(长短纤维的搭方式，纤维的长度、直径、长径比、纤维表面形态，平直与分枝帚化等)以及上网成纸的均匀度。一般来说，成纸定量越大，抄纸时，上网浓度也大，上网浓度大，成纸匀度差，其机械强度变差，加之纸纤维与纸纤维之间因电性排斥，其结合力很小，难以发挥纸纤维之固有强度特性。因此在浆板中加填未改性的普通造纸填料如滑石、高岭土、碳酸钙……等来代替纤维，高加填量而浆板灰份＞30％而各项指标满足有关标准是困难的。
本发明正是从改进浆板的微观结构入手，解决了制作高灰份浆板的种种困难。图2e和图2f分别显示了本发明浆板的显微结构。传统浆板的微观结构，通常是由全木浆纤维构成的网状结构。由图2e和图2f可以清楚的看出，本发明的浆板是由针叶浆作长纤维，阔叶浆或草浆或兰按浆作中长纤维和矿物超细纤维和人造纸维作短纤维共同组成合理的纸或纸板的网状结构，故纸板或纸品具有较高强度。从照片中还可以清楚看到改性材料中的膨润土一氧化镁溶胶，二氧化硅一阳离淀粉溶胶将纸纤维与超细矿物纤维形成牢固结合，在失水固化时，将它们粘接起来，并自发地长出毛绒绒的细长纤维状晶须进一步优化浆板或纸品的网状结构，使生产出的浆板或纸品有高的灰份(＞30％)而又有较高强度的浆板或纸品。再从图2c和2d及图2e和2f还可以看到，改性的矿物超细纤维很均匀地分布在纸纤维之上或纤维之间的空隙中，并相互粘接形成一个结构均匀的网状结构进一步提高浆的抗张性能。
从图2a和2b还可以清楚看出，造纸原料(包括纸纤维和超细矿物纤维)的改性剂是一种纳米材料，粒径在1～100nm之间。众所周知，纳米材料之主要特征，在于其微粒粒径极小，表面积极大，吸附性强，阳离子交换量大，且带电荷，电荷性质随体系中可交换阳离子的类型和条件而变化，只要在配方中增减某些离子即可使参加体系中所有物质(纸纤维和超细矿物纤维和次生矿物)实现该条件下的电性平衡。保持稳定的化学键结合，充分发挥其强度特性和浆板的复用性。
图4a-4c的x射线衍射分析图表明，本发明的改性剂是能使X射线发生衍射的隐晶质矿物微粒。
据改性剂的化学全分析，结合x射线分析，所述隐晶质矿物微粒主要是由(i)钙矾石，(ii)硬硅钙石，(iii)硅酸铝镁(SM凝胶)MgAl2SiO6等矿物组成。
图3表明当在造纸过程中采用这种纸浆改性材料时，所生产的纸比采用其他凝聚剂生产出的纸相比，具有明显提高强度的特性，同时能最大化纸中矿物充填物的保持力。使生产出的浆板的灰份＞30％，而有较高强度并满足纸浆板有关的标准。按本发明提供的纸浆改性材料生产出的纸或纸板能以30～60％加填量，保持80％以上的留着率并保持较高的强度的特性。
以下详细说明本发明高灰份浆板的制造方法。浆板生产工艺流程如下打浆→配浆→添加改性矿物超细纤维→抄纸首先依照将含长纤维的针叶木浆和含中长纤维的阔叶木浆或草浆或再生浆进行配浆。在该实施方案中，采用60～70％的针叶木浆，30～40％中长纤维的阔叶木浆及损纸浆使之有较合理的长短纤维的合理级配。
按照本发明高灰份浆板的制造方法，上述实施方案的显著特点是在打浆配浆之后，抄纸步骤之前，在纸浆中加入含超细矿物纤维和纳米改性剂制作的改性材料，该纸浆的改性材料具有以下特点(i)该材料由矿物超细纤维和纳米微粒组成，其中＜10μm者约占80～90％，＜1.0μm者约占10～20％，平均白度≥85％，大量(30％或更多)加入到纸浆中后制成的浆板或纸品仍具有足够高的力学强度和75～85％留着率；(ii)矿物超细纤维的长径比＞10，能替代部分短木浆纤维成为纸板的骨干材料(而不是纤维之间的填料)，故形成的纸品或浆板强度下降不大；(iii)该材料在浆板烘干过程中，生成少量的纤维状的无机矿物钙矾石(又称绢白)，[3CaO，Al2O3Ca(SO4，CO3，Cl2)·32H2O]，以及少量的膨润土一氧化镁，聚丙烯酰胺有机膨润土柔顺线性分子进一步增加或纸品浆板的强度；(iv)该材料在与纸浆混合及成纸过程中，纳米矿物将纸纤维和矿物超细纤维粘接起来形成统一的整体，使生产出的浆板或纸品有较高的抗张抗折及耐磨性能(图2和图3)。
要得到本发明成纸灰份为15-60％的高灰份浆板，就必须对纸浆和矿物超细纤维进行改性，这种用来改性的材料被称作改性剂。该改性剂的化学组成为9-13重量份SiO2，6-9重量Al2O3，1-3重量份MgO，12-16重量份CaO，27-34重量份SO42-，10-14重量份H2O+，11-21重量份H2O-，其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于整个改性剂重量3.5％。
在一种优选实例中，矿物超细纤维改性材料的化学组成为44-47重量份SiO2，1-2重量份Al2O3，40-42重量份CaO，0.6-0.8重量份MgO，4-7.5重量份SO42-，1.5～2.5重量份H2O+，4-6重量份H2O-。
所述纸浆改性材料中还含有Na2O，K2O及Fe2O3，其总重量小于整个纸浆改性材料的2.5％，其中Fe2O3是由原料中带来的杂质。
下面详细说明本发明纸浆改性材料的制作方法及其用途。
首先说明使用的有关原料、可选择的含量(重量百分比表示)以及该原料在改性材料中的作用。还例举了这些原料的产地和供销公司，但不限于此。
(1)天然偏硅酸钙，65～80％，白度＞85％，用以制作超细矿物纤维，代替部分短纤维纸浆。产地例如有吉林梨树，长白，江西大广叟，湖北大冶，云南腾冲等地。例如可购自云南非金矿业公司，质量代量为Q/YNF J SO1-2000。
(2)硅藻土，2～10％，白度＞85％，以直链状为主的硅藻，用以制作超细矿物纤维代替部分纸纤维和抗沉剂以及吸附水中重金属离子。产地例如有吉林长白，云南中旬先锋，腾冲。例如可购自成都彩塑胶有限公司产品。
(3)毛发沸石，1～5％，白度＞80％，用以制造超细矿物纤维和超细微粒代替部分纸纤维及吸附重金属离子。产地例如有吉林长白，浙江缙云，或例如可购自成都彩塑胶有限公司产品。
(4)纤维石膏，1～5％，白度＞85％，用以制造超细矿物纤维，代替部分纸纤维和钙矾石结晶成核作用。产地例如有湖北应城，四川峨眉大为，或例如可购自湖北应城石膏有限公司产品。
(5)钙矾石，5～30％或更多，白度≥90％，矿物纤维，用作天然纤维状矿物的改性剂和代替部分短纤维以及吸附Cl-和氧酸根，CO32-和重金属离子等。
(6)氢氧化铝，2～5％，白度＞90％，钙矾石结晶成核作用。
(7)霞石正长岩，2～5％，白度＞70％，制造纳米改性剂。主要产地例如有山西临县，辽宁凤城，云南个旧、永平，湖北阳原，四川宁南，南江等地区，亦可从市场上购得，例如可购自四川川北矽石粉厂。
(8)硫酸，工业级(98％浓度)2～5％，用以分解霞石正长岩，和活化矿物粉体表面。例如可购自四川青白江化工厂。
(9)膨润土1～5％，工业级，白度70％，用以制造纳米改性剂，作无机粘结剂。例如可购自成都胜迪膨润土有限公司。
(10)轻烧氧化镁1～5％，工业级，白度＞80％，膨润土的乳化剂，硅酸镁结晶成核作用，填料的分散剂，助留剂。例如可购自辽宁大石桥腾飞耐火材料公司。
(11)阳离子淀粉4～7％，工业级，作有机粘结剂，增强剂，助留剂。例如可购自四川蓬莱淀粉助剂厂。
(12)聚丙烯酰胺0.1～0.15％，工业级，作絮凝剂。例如可购自四川蓬溪助剂厂。
(13)生石灰14～17％，工业级，白度＞85％，CaO＞95％，钙矾石，硬硅钙石结晶成核作用。例如可购自四川都江堰市磁峰石灰厂。
改性剂的制备方法改性剂1向1.93克氢氧化铝或3.76克霞石正长岩粉中加入1 82克浓度2％的硫酸或248克浓度为2％的硫酸溶液，约于80-90℃搅拌0.5小时，过滤除渣后，加入29.9克浓度为10％石灰乳，10克浓度为10％的轻烧氧化镁乳液，2.0克膨润土16.6克浓度为3％阳离子淀粉，约于60-70℃搅拌20-30分钟，制得固含量为17克的改性剂1。如将其干燥，粉碎至300目，得固体改性剂。用国际通用的化学分析方法测得1号改性剂化学组成为9.0重量份SiO2，6.1重量份Al2O3，1.0重量份MgO，11.8重量份CaO，26.9重量份SO42-，10.1重量份结晶水和11.0重量份吸附水(H2O-)，其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于整个改性剂重量2.8％。
改性剂2向2.14克氢氧化铝或4.16克霞石正长岩粉中加入200克浓度为2％的硫酸溶液或275克浓度为2％的硫酸溶液，约于80-90℃搅拌0.5小时，过滤除渣后，加入33克浓度为10％石灰乳液15克浓度为10％的氧化镁乳液，3.0克膨润土，20克浓度为3％的阳离子淀粉乳液，约于60-70℃搅拌20-30分钟，制得固含量为18.8克的2号改性剂，如将其干燥，粉碎至300目即得固体改性剂。用国际通用的化学全分析方法测得2号改性剂的化学组成11.1重量份SiO2，7.4重量份Al2O3，2.1重量份MgO，14.1重量份CaO，30.2重量份SO42-，11.7重量份结晶水和21.0重量份H2O-(吸附水)其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于整个改性剂重量3.2％。
改性剂3向2.48克氢氧化铝或4.82克霞石正长岩粉中加入232克浓度为2％硫酸溶液或318克浓度为2％硫酸溶液，约于80-90℃搅拌0.5小时，过滤除渣后，加入38克浓度为10％的石灰乳液，20克浓度为10％的氧化镁乳液，4.0克膨润土23.3克浓度为3％的阳离子淀粉乳液，约于60-70℃搅拌20-30分钟，制得固含量为21.78克的3号改性剂，如将其干燥并粉碎至300目，即得固体产品。用国际通用的化学全分析方法测得3号改性剂的化学组成13.0重量份SiO2，9.1重量份Al2O3，2.9重量份MgO，16.2重量份CaO，34.0重量份SO42-，14.1重量份H2O+和14.3重量份H2O-。其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于整个改性剂重量3.5％。
上述改性剂1、2和3，其主晶相为钙矾石，硬硅钙石，硅酸铝镁等。
纸浆改性材料的制备实施例1向未经干燥的固含量为17克的改性剂1中加入83克天然偏硅酸钙(购自云南非金属矿研究室，质量代量为Q/YNF J SO1-2000)，约于30-40℃搅拌20-30分钟，加入0.01克聚丙烯酰胺。
所得改性矿物超细纤维材料为白色，白度＞85％，用国际通用的化学全分析方法测得，纤维状颗粒的重量百分含量为90％，用日本日立公司S-130型电镜测得纤维的长径比＞10，用国际通用的化学全分析方法测得该改性矿物超细纤维的化学组成44.1重量份SiO2，1.0重量份Al2O3，39.8重量份CaO，0.6重量份MgO，3.9重量份SO42-，1.5重量份H2O+，6.1重量份H2O-。其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于整个改性矿物超细纤维重量的2.0％。Fe2O3是原料带来的杂质。
实施例2在塑料混合机中混合76克天然偏硅酸钙(购自云南非金属矿研究室，质量代号为Q/YNF J SO1-2000)、2克硅藻土(购自成都彩塑胶有公司)，加18.8克粉末改性剂2，混合均匀，进一步用CX-130型超细粉碎机进一步粉碎至10～15μm。
所得该改性纤维材料为白色，白度＞85％，用国际通用的化学全分析方法测得，纤维状颗粒的重量百分含量为90％，用日本日立公司S-130型电镜测得纤维的长径比＞10，用国际通用的化学全分析方法测得该改性矿物纤维的化学组成45.7重量份SiO2，1.5重量份Al2O3，41.1重量份CaO，0.7重量份MgO，5.5重量份SO42-，2.1重量份H2O+，4.8重量份H2O-。其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于整个改性矿物纤维重量的2.2％。Fe2O3是原料带来的杂质。
实施例3向未经干燥的固含量为21.78克的改性剂3中加入73克天然偏硅酸钙(购自云南非金属矿研究室，质量代号为Q/YNFJ SO1-2000)、5克硅藻土(购自成都彩塑胶有公司)，约于30～40℃搅拌20～30分钟，加入0.02克聚丙烯酰胺。
所得该改性纤维材料，为白色，白度＞85％，用国际通用的化学全分析方法测得，纤维状颗粒的重量百分含量为90％，用日本日立公司S-130型电镜测得纤维的长径比＞10，用国际通用的化学全分析方法测得该改性矿物纤维的化学组成47.1重量份SiO2，2.1重量份Al2O3，42.0重量份CaO，0.8重量份MgO，7.5重量份SO42-，2.5重量份H2O+，3.9重量份H2O-。其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于整个改性矿物超细纤维重量的2.5％。Fe2O3是原料带来的杂质。
上述三个实施例中一个突出特点是改性剂的主晶相为纤维状钙矾石(占70％)和纤维状硬硅钙石(约占10％)，被改性的天然偏硅酸钙等亦是超细纤维，在实际应用时，根据改性剂的配方比例，任意调整改性剂是和天然偏硅酸钙等的比例，均有较好使用效果。
造纸和测试按以上实施例所述相同的方法获得纸浆改性材料，用该材料制成浆板，并对所得浆板进行测试。
在使用固体改性剂制成的纸浆改性材料(如实施例2)进行造纸时先要制浆，即用4倍于改性材料的符合造纸要求的清洁水中加入矿物超细纤维改性材料，约于40～50℃搅拌20～30分钟，保持pH6.5～7.5。
常规造浆板工艺流程是纸浆打浆-配浆→稀释→抄纸，在配浆之后，上网抄纸前加入上述制得纸浆改性材料，再按常规制造浆板流程抄造纸板或纸，并测量所生产出的浆板或纸的主要技术指标。
制造例1制造浆板灰份＞50％按实施例1的方法制备液态纸浆改性材料，将改性材料中各组分的比例扩大至4300千克天然偏硅酸钙、含固量为880千克的液态改性剂1和0.2千克聚丙烯酰胺)。将该液态纸浆改性材料配制成浓度为20％的料浆，加入到100m3二次纸浆(浓度为2.8％，绝干浆为2.8吨，浆中滞留的灰份含量为21％)中，用上海纸厂生产的2W21×ly1760长网多缸文化纸机进行造纸，预定纸的基本定量为200克/m2。
在连续抄造过程中，监测调浆箱灰份和成品纸板的物理指标，检测结果列如下表1。
表1高加填纸板与成纸灰份，成纸强度现场检测结果表

制造例2灰底白板卡纸的制造按实施例2所述制备纸浆改性材料，但用量调整为如下所述。将由1150千克天然偏硅酸钙、30千克硅藻土和284千克改性剂2制得的改性材料粉末如上所述用4倍的水制浆，并加入0.5千克的聚丙烯酰胺。将所得改性材料浆(30重量％)、针叶浆(70重量％)、以及作为衬浆的竹浆(100重量％)、作为蕊浆的书刊废纸(100重量％)和作为底浆的废旧报纸(100重量％)在1600多网多缸纸板机上生产定量为240g/m2和320g/m2的灰底白板纸。
另外，用常规滑石粉代替上述改性材料浆，按相同方法制得灰底白板纸，测量两种纸张中本发明改性材料和常规滑石粉的留着率，结果见表2。测量生产得到的灰底白板纸的性能，结果见表3。
表2

表3

制造例3制造灰份30％的浆板按实施例3的方法制备液态纸浆改性材料，将改性材料中各组分的比例扩大至1800千克天然偏硅酸钙、123千克硅藻土、含固量为537千克的液态改性剂3和0.5千克聚丙烯酰胺。将该液态纸浆改性材料配制成浓度为20％的料浆。将改性材料浆(40重量％)、思茅松漂白浆(50重量％)和损纸浆(10重量％)用上海纸厂生产的2W21X1Y1760长网多缸文化纸机生产定量为200克/m2的漂白浆板。
另外，改用思茅松未漂本色浆代替思茅松漂白浆，用相同方法制备定量为200克/m2的本色浆板。表4示出所得两种浆板的定量、成纸灰份以及机械性能。
表4

制造例4制造鞋底板纸按实施例2的配方提供改性超细矿物纤维粉68吨，生产鞋底纸板，连续进行工业实验，实验结果如下表5和表6所示。
表5

表6

制造例5思茅松加填浆板二次打浆抄纸的改性材料留着率实验将按制造例3抄造的成纸灰份为29.10％的浆板15吨碎解成浆再以轻刀疏解打浆，测定其灰份、浓度，而后进入正常抄造状态，本色加填浆板二次复抄实验结果示于表7。
表7

*助留剂为聚丙烯酰胺，购自四川蓬溪助剂厂。
由表5数据可见，原浆板灰份为29.10％，经打浆进行第二次抄造时，即使不加助留剂，浆板灰份和留着率均较高，加入助留剂则可获得非常高的浆板灰份和留着率，这表明本发明浆板具有很好的复用性。
权利要求
1.一种高灰份浆板，该浆板包括针叶木浆作长纤维、阔叶木浆或草浆或再生浆作中长纤维、矿物超细纤维、人造矿物超细纤维作短纤维以及矿物超细微粒，其中，所述各种纤维共同交织成网状结构，在所述长纤维、中长纤维和矿物超细纤维的表面上粘附有所述人造矿物超细纤维和所述矿物超细微粒。
2.如权利要求1所述的高灰份浆板，其特征在于所述矿物超细纤维由选自天然偏硅酸钙、硅藻土、纤维石膏、纤蛇纹石和毛发沸石中至少一种物质制成。
3.如权利要求1所述的高灰份浆板，其特征在于所述人造矿物超细纤维是人造钙矾石纤维。
4.如权利要求1所述的高灰份浆板，其特征在于所述矿物超细微粒由选自膨润土，氧化镁，硫酸铝，活性二氧化硅和阳离子淀粉中至少两种以上物质制成的纳米材料。
5.如权利要求1-4中任一项所述的高灰份浆板，其特征在于所述矿物超细纤维的长径比大于或等于10，所述人造矿物超细纤维长径比大于或等于15，所述矿物超细微粒的粒径小于1μm。
6.如权利要求1所述的高灰份浆板，其特征在于浆板的灰份在15-60％的范围内。
7.如权利要求1所述的高灰份浆板，其特征在于所述浆板的灰份的化学组成如下44-47重量份SiO2，1-2重量份Al2O3，40-42重量份CaO，0.6-0.8重量份MgO，4-7.5重量份SO42-，1.5～2.5重量份H2O+，4-6重量份H2O-。
8.如权利要求7所述的高灰份浆板，其特征在于在浆板灰份中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总重量份小于整个浆板所含矿物质总灰份重量份的2.5％。
9.如权利要求1所述的高灰份浆板，其特征在于其定量大于200g/m2。
10.一种权利要求1所述高灰份浆板的制造方法，该方法包括将含长纤维的针叶浆和含中长纤维的阔叶浆或草浆或再生浆进行疏解打浆、配浆、抄纸的步骤，其特征在于在配浆步骤之后抄纸步骤之前，向纸浆中加入矿物超细纤维和改性剂。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述配浆步骤采用的配比为50-60％的长纤维和40-50％长中纤维组成的纤维级配。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于改性剂的制造方法包括向氢氧化铝或煅烧高岭土或霞石正长岩粉中加入硫酸溶液进行酸解，过滤除渣后再加入生石灰及轻烧氧化镁乳液、膨润土一氧化镁乳液、阳离子淀粉，充分搅拌，然后，或者冷却结晶并干燥粉碎成改性剂粉末，或者加入聚丙烯酰胺得到液态改性剂。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于当改性剂是粉末形式时，所述向纸浆中加入矿物超细纤维和改性剂的步骤如下将矿物超细纤维预粉碎至100-325目；将所述改性剂粉末预粉碎至100-325目；将上述两种粉末混合均匀，并进一步粉碎至5-15μm，加入4倍的水，于40-50℃温度下充足搅拌，保持pH值为6.5-7.5，制成浓度为20％的改性浆料。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于当改性剂是液态形式时，所述向纸浆中加入矿物超细纤维和改性剂的步骤进一步包括如下步骤向液态改性剂中加入矿物超细纤维，充分搅拌，然后加入聚丙烯酰胺，配制成浓度为20％的改性浆料。
15.一种经改性的纸浆材料，它包括针叶木浆作长纤维、阔叶木浆或草浆或再生浆作中长纤维、矿物超细纤维和改性剂。
16.如权利要求15所述的经改性的纸浆材料，其特征在于改性剂的化学组成为9-13重量份SiO2，6-9重量Al2O3，1-3重量份MgO，12-16重量份CaO，27-34重量份SO42-，10-14重量份H2O+，11-21重量份H2O-，其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于整个改性剂重量3.5％，其主晶相为纤维状钙矾石、硬硅钙石、硅酸镁及硅酸铝镁。
17.如权利要求15所述的经改性的纸浆材料，其特征在于矿物超细纤维和改性剂的化学组成为44-47重量份SiO2，1-2重量份Al2O3，40-42重量份CaO，0.6-0.8重量份MgO，4-7.5重量份SO42-，1.5～2.5重量份H2O+，4-6重量份H2O-，其中还含有Na2O，K2O和Fe2O3，其总量小于经改性纸浆材料总重量的2.5％，其主晶相为天然偏酸钙。
18.如权利要求15所述的经改性的纸浆材料，其特征在于矿物超细纤维和改性剂的白度≥85％。
19.如权利要求15所述的经改性的纸浆材料，其特征在于矿物超细纤维和改性剂的平均粒度为5-10μm，其中纤维状颗粒重量百分含量为80-90％，所述纤维状颗粒的长径比≥10，矿物超细微粒重量百分含量为10-20％，粒度在1nm-1000nm之间。
20.权利要求15所述经改性的纸浆材料在制造高灰份浆板中的应用。
全文摘要
公开了一种高灰份浆板，该浆板包括针叶木浆作长纤维、阔叶木浆或草浆或再生浆作中长纤维、矿物超细纤维、人造矿物超细纤维作短纤维以及矿物超细微粒，其中，所述各种纤维共同交织成网状结构，在所述长纤维、中长纤维和矿物超细纤维的表面上粘附有所述人造矿物超细纤维和所述矿物超细微粒。该高灰份浆板用一种经改性的纸浆材料制得，该材料包括针叶木浆作长纤维、阔叶木浆或草浆或再生浆作中长纤维、矿物超细纤维和改性剂。所述改性剂的化学组成为9－13重量份SiO
文档编号D21H15/12GK1510212SQ021597
公开日2004年7月7日 申请日期2002年12月23日 优先权日2002年12月23日
发明者詹剑峤, 袁志伦 申请人:加讯发展有限公司