填料处理工艺及造纸工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种填料处理工艺，其包括如下步骤：将淀粉与填料粒子引入气流中；向所述气流中引入水汽来使所述淀粉吸水润胀、糊化并包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体。本发明还涉及一种造纸工艺。所述填料处理工艺及造纸工艺通过将淀粉与填料粒子引入到气-水混合体系中的方式来使淀粉在随气流流动的过程中吸水湿润并糊化以对填料粒子进行包裹，通过这样的方式，能够大大增加淀粉与填料粒子的混合均匀性，从而得到粒径分布较均匀的淀粉-填料复合体。
【专利说明】填料处理工艺及造纸工艺【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种填料处理工艺及造纸工艺。
【背景技术】
[0002]在造纸工业中，为了节省浆料，降低成本，通常采用的方式是向纸张中加入填料来代替部分植物纤维，这样不但能够达到节省浆料，减低成本的目的，而且还能够改进纸张的使用性能。
[0003]目前，填料的主要添加方式是在造纸湿端直接添加进纸浆中，然而，填料在加入纸浆中后都会出现如下问题:一方面，当填料添加进入纸浆后，由于自身的物理特性，填料自身不但无法与造纸纤维之间形成有效的结合，而且还会破坏造纸纤维之间的结合力，从而导致抄造出来的纸张的强度低于未添加填料抄造出来的纸张的强度；另一方面，造纸填料颗粒的粒径都很小，一般平均粒径只有几微米，并且由于填料与造纸纤维之间的结合力很差，在纸张抄造的过程中，填料很容易穿过成型网而随着白水流失，导致填料在纸张中的留着率不高，这样不但不能够达到添加填料的目的，而且大量的填料遗留在白水系统中，也会对整体湿端产生负面影响。
[0004]因此，如何能够提高填料的留着率是业界所努力追求的目标之一。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，提供一种能够解决上述问题的填料处理工艺及造纸工艺实为必要。
[0006]一种填料处理工艺，其包括如下步骤:将淀粉与填料粒子引入到气流中；向所述气流中引入水汽来使所述淀粉吸水润胀、糊化并最终包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体。
[0007]优选的，将淀粉与填料粒子引入气流中的步骤是通过将所述淀粉与填料粒子引入风粉混合器来进行的。
[0008]优选的，所述气流为空气流或惰性气体流。
[0009]优选的，所述淀粉与填料粒子的质量比为1:0.5~10。
[0010]优选的，向所述气流中引入水汽来使所述淀粉吸水润胀、糊化并最终包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体是通过直接向所述气流中引入温度在所述淀粉的糊化温度以上的水汽来实现的。
[0011]优选的，向所述气流中引入水汽来使所述淀粉吸水润胀、糊化并最终包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体是通过如下步骤来实现的:先向所述气流中引入温度在所述淀粉雾化温度以下的水汽来使所述淀粉及填料粒子处于气-水混合体系中，使所述淀粉在随气流运动的过程中吸水润胀并附着于填料粒子的表面；之后，调节所述气-水混合体系的温度来使所述淀粉糊化并包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体。
[0012]优选的，所述水汽的温度范围为53°C~120°C。
[0013]优选的，向所述气流中引入所述水汽的持续时间为I~30min。[0014]优选的，在形成所述淀粉-填料复合体后，还进一步包括利用重量风选法或者筛选方式来对所述淀粉-填料复合体进行收集的步骤。
[0015]一种造纸工艺，其包括如下步骤:依照如上所述的填料处理工艺来对填料粒子进行处理以得到淀粉-填料复合体；以及将所述淀粉-填料复合体加入到纸浆中以得到混合浆，利用所述混合浆抄造纸张。
[0016]与现有技术相比，本发明所提供的上述填料处理工艺及造纸工艺，通过将淀粉与填料粒子引入到气-水混合体系中的方式来使淀粉在随气流流动的过程中吸水湿润并糊化以对填料粒子进行包裹，通过这样的方式，能够大大增加淀粉与填料粒子的混合均匀性，从而得到粒径分布较均匀的淀粉-填料复合体。当该淀粉-填料复合体用于造纸时:一方面，相对于填料粒子，糊化后包覆在填料粒子表面的淀粉与纤维之间具有良好的结合力，因此，通过包覆在填料粒子表面的糊化淀粉能够增加填料粒子与纤维之间的结合力；另一方面，由于糊化淀粉的包裹，使得填料粒子的粒径大大增加，降低了填料穿过成型网而随着白水流失的可能。因此，可以使得填料的保留率得到显著的提升。
【具体实施方式】
[0017]本发明实施方式提供的填料处理工艺，其包括如下步骤:
[0018]SI，将淀粉与填料粒子引入气流中；
[0019]在本实施方式中，步骤SI是通过将所述淀粉与填料粒子引入到风粉混合器中来实现的。风粉混合器是煤粉锅炉中用来混合煤粉和燃烧所需空气的常用混合装置，其结构在此不再赘述。
[0020]在本实施方式中，将淀粉与填料粒子引入到风粉混合器中后，在空气流的作用下，淀粉与填料粒子随着空气流的流动在风粉混合器中翻滚，从而使得淀粉与填料粒子得到充分的分散、混合。
[0021]可以理解的，所述空气流的风压可根据淀粉以及填料粒子的加入量进行灵活设定，只要能够保证淀粉与填料粒子可以在风粉混合器中翻滚、运动即可。
[0022]可以理解的，在本发明中，所述气流并不限于空气流，还可以是惰性气体流等不与淀粉或者填料粒子反应的气体。
[0023]可以理解的，在所述淀粉与填料粒子引入到气流中之前，所述淀粉与填料粒子可以是预先混合好的混合体，也可以是未混合的单一状态。当然了，当所述淀粉与填料粒子在以未混合的单一状态分别引入到气流中时，所述淀粉与填料粒子引入气流中的顺序并没有特殊的限定，所述淀粉与填料粒子可以被同时引入到气流中，也可以被先后引入到气流中。
[0024]在本步骤中，优选的，淀粉与填料粒子的质量比为1:0.5?10，即I质量份的淀粉可以与0.5?10质量份的填料粒子进行搭配。
[0025]进一步的，淀粉与填料粒子的质量比为1:1?4，即I质量份的淀粉可以与I?4质量份的填料粒子进行搭配。
[0026]当然了，在本发明中，所述淀粉与填料粒子的使用量并不限于上述范围，本领域技术人员可以根据实际情况对上述范围进行调整。
[0027]S2，向所述气流中引入水汽来使所述淀粉吸水润胀、糊化并最终包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体。[0028]需要说明的是，在本发明中，所谓的“水汽”是指呈雾化或者汽化状态的水，其中，所谓的雾化状态的水，是指能够悬浮在空气中的细微水滴，所谓的汽化状态的水是指水蒸气。
[0029]如本领域技术人员所熟知的，所谓雾化，就是将液体破碎成细小的颗粒。液体的雾化是在雾化器或喷嘴中进行的，喷嘴形势多种多样，但液体的雾化过程在物理本质上都是基本相同的。要使液体雾化，必须先将液体扩展成很薄的液膜或很细的射流，让液体通过特定设计的路展成膜或细射流，流路可以是窄缝、槽或小孔，或通过旋流使液体在金属表面延展变薄，或由金属或旋杯做高速旋转运动带动液体展成薄膜，然后利用各种扰动，或在运动中由于动力的作用，使液膜射流失稳，进而碎裂成丝条和大的液滴，最后破碎成小液滴。通常认为实现液体雾化的最有效途径是提高液体与周围空气之间的相对速度。一般情况下，相对速度越高，液滴的平均直径越小。为了获得大的相对速度，一类喷嘴是将液体燃料以较高的速度喷入低速运动或静止的介质中，如直射喷嘴、离心喷嘴、旋转喷嘴。另一类则是将低速运动的液体置于相对高速运动的气体介质中，如气动雾化喷嘴。
[0030]由水的雾化原理可知，水的雾化过程是水由大的连续的液体破碎为细小颗粒的过程，在此过程中，并不涉及水的温度。
[0031]一般情况下，淀粉的糊化温度一般在53°C以上，因此，当向悬浮有淀粉以及填料粒子的气流中引入53°C以上的水汽后，气流中在淀粉在遇到水汽后会吸水润胀，同时吸水润胀后的淀粉受热发生糊化而导致粘度上升并且体积膨胀:一方面，淀粉糊化后粘度上升以及体积膨胀会对其周围的填料粒子进行包裹而形成粒径较大的淀粉-填料复合体；另一方面，在气流的作用下，会不断有填料粒子碰撞并粘连到由于淀粉糊化而形成的粒径较大的淀粉-填料复合体上，从而使得淀粉-填料复合体的粒径变得更大。
[0032]在本发明中，基于向气流中通过的水汽的温度不同，步骤S2可以分为以下两种情况进行:
[0033]第一种情况，当向气流中引入的水汽的温度在淀粉的糊化温度以下时，步骤S2可分步进行，即:先向悬浮有淀粉以及填料粒子的气流中引入水汽以使所述淀粉及填料粒子处于气-水混合体系中，使所述淀粉在随气流运动的过程中吸水润胀以粘附在填料粒子的表面；之后，再调节整个气-水混合体系的温度来使吸水润胀后的淀粉受热糊化以形成淀粉-填料复合体。
[0034]第二种情况，当向气流中引入的水汽在淀粉的糊化温度以上时，在形成气-水混合体系后，可以不用对所述气-水混合体系的温度进行调节，就可以使处于所述气-水混合体系中的所述淀粉吸水润胀、糊化并最终包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体。
[0035]在本实施方式中，步骤S2是采用第二种方式，也即通过直接向悬浮有淀粉以及填料粒子的气流中引入53°C?120°C的水汽的方式来实现的。
[0036]进一步的，步骤S2是通过直接向悬浮有淀粉以及填料粒子的气流中引入80°C?100°C的水汽的方式来实现的。
[0037]可以选择的，基于能耗方面的考量，向所述悬浮有淀粉以及填料粒子的气流中引入53°C以上的水汽的持续时间为I?30min。
[0038]优选的，向所述悬浮有淀粉以及填料粒子的气流中引入53°C以上的水汽的持续时间为IOmin。[0039]进一步的，在形成所述淀粉-填料复合体后，还包括对所述淀粉-填料复合体进行收集的步骤。
[0040]在本实施方式中，对所述淀粉-填料复合体进行收集的方式包括如下两种方式。[0041 ] 第一种，采用重量风选法对所述淀粉-填料复合体进行收集:随着淀粉-填料复合体的形成以及粒径的逐渐增大，其质量也随之增大，因此，可以通过控制气流风压的大小，来使淀粉-填料复合体在达到预定质量后能够在重力的作用下回落，从而实现淀粉-填料复合体的收集。
[0042]第二种，利用筛网等本领域常用的筛选方式来对淀粉-填料复合体进行收集。
[0043]本发明还提供了一种造纸工艺，其包括如下步骤:依照如上所述的填料处理工艺来对填料粒子进行处理以得到淀粉-填料复合体；以及将所述淀粉-填料复合体加入到纸浆中以得到混合浆，利用所述混合浆抄造纸张。
[0044]与现有技术相比，本发明所提供的上述填料处理工艺及造纸工艺，其利用气流来使淀粉与填料粒子进行混合，同时，将高温水汽引入到上述气流中来使淀粉在随气流流动的过程中吸水湿润并糊化以对填料粒子进行包裹，通过这样的方式，能够大大增加淀粉与填料粒子的混合均匀性，从而得到粒径分布较均匀的淀粉-填料复合体。当该淀粉-填料复合体用于造纸时:一方面，相对于填料粒子，糊化后包覆在填料粒子表面的淀粉与纤维之间具有良好的结合力，因此，通过包覆在填料粒子表面的糊化淀粉能够增加填料粒子与纤维之间的结合力；另一方面，由于糊化淀粉的包裹，使得填料粒子的粒径大大增加，降低了填料穿过成型网而随着白水流失的可能。因此，可以使得填料的保留率得到显著的提升。
[0045]另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种填料处理工艺，其包括如下步骤: 将淀粉与填料粒子引入到气流中； 向所述气流中引入水汽来使所述淀粉吸水润胀、糊化并最终包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体。
2.如权利要求1所述的填料处理工艺，其特征在于:将淀粉与填料粒子引入气流中的步骤是通过将所述淀粉与填料粒子引入风粉混合器来进行的。
3.如权利要求1所述的填料处理工艺，其特征在于:所述气流为空气流或惰性气体流。
4.如权利要求1所述的填料处理工艺，其特征在于:所述淀粉与填料粒子的质量比为1:0.5 ?10。
5.如权利要求1所述的填料处理工艺，其特征在于:向所述气流中引入水汽来使所述淀粉吸水润胀、糊化并最终包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体是通过直接向所述气流中引入温度在所述淀粉的糊化温度以上的水汽来实现的。
6.如权利要求5所述的填料处理工艺，其特征在于:所述水汽的温度范围为53°C?120。。。
7.如权利要求6所述的填料处理工艺，其特征在于:向所述气流中引入所述水汽的持续时间为I?30min。
8.如权利要求1所述的填料处理工艺，其特征在于，向所述气流中引入水汽来使所述淀粉吸水润胀、糊化并最终包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体是通过如下步骤来实现的:先向所述气流中引入温度在所述淀粉雾化温度以下的水汽来使所述淀粉及填料粒子处于气-水混合体系中，使所述淀粉在随气流运动的过程中吸水润胀并附着于填料粒子的表面；之后，调节所述气-水混合体系的温度来使所述淀粉糊化并包裹所述填料粒子以形成淀粉-填料复合体。
9.如权利要求1所述的填料处理工艺，其特征在于:在形成所述淀粉-填料复合体后，还进一步包括利用重量风选法或者筛选方式来对所述淀粉-填料复合体进行收集的步骤。
10.一种造纸工艺，其包括如下步骤: 依照如权利要求1?9任一项所述的填料处理工艺来对填料粒子进行处理以得到淀粉_填料复合体；以及 将所述淀粉-填料复合体加入到纸浆中以得到混合浆，利用所述混合浆抄造纸张。
【文档编号】D21H17/69GK103469676SQ201310402998
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】张涛, 派屈克·陈 申请人:金红叶纸业集团有限公司