一种应用有机改性填料的造纸工艺的制作方法

本发明涉及造纸领域，具体涉及一种应用有机改性填料的造纸工艺。

背景技术：

1、目前造纸行业所用填料主要为分：重质碳酸钙(gcc)、轻质碳酸钙(pcc)、滑石粉、钛白粉、高岭土等无机类矿物质。造纸填料是纸料中除纤维之外所占比例最大的部分，可替代大量的纸浆纤维，其加入量可占到纸料组分的20％～40％。

2、加填料的目的是提高纸页白度、不透明度和平滑度，改善印刷适应性，降低成本，并赋予纸张特殊的性能，比如阻燃、耐磨、隔热等特性。但目前大部分造纸企业所用填料均为无机矿物填料，填料与纸浆在结构形态与物理化学性质方面的差异将减少纤维间的结合，对纸张和造纸过程产生不利影响，造成纸张强度下降，增加了废水处理系统的负荷及运行成本。近年来，有机改性填料正逐步取代无机矿物填料，但是目前市场上的有机改性填料不仅对于纸张的增强有限，且还会产生大量有毒的化学污染物。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够增强纸张性能且绿色无污染的有机改性填料及在造纸工艺中的应用。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、一种应用有机改性填料的造纸工艺，包括：

4、第一步，称取有机改性填料经过冲泡和稀释后，混合至纸浆池内，与纸浆混合均匀；

5、第二步，将第一步混合后的纸浆过筛后，导入造纸机内，经过流浆、成型、脱水、干燥和收卷后，得到含有有机改性填料的纸张；

6、其中，有机改性填料为果胶铝@含硼坡缕石粉。

7、优选地，所述第一步内，有机改性填料经过纯水的冲泡和稀释后，形成质量浓度为20％-30％的有机改性填料溶液。

8、优选地，所述第一步内，有机改性填料是绝干纸浆质量的8％-16％。

9、优选地，所述第一步内，有机改性填料混合至纸浆池内后，还加入ppe湿强剂，ppe湿强剂添加量为绝干纸浆质量的0.52％-0.85％。

10、优选地，所述第一步内，纸浆池内纸浆的浓度为10％-20％，纸浆为植物纤维浆液，植物纤维的原料包括针叶树木材、阔叶树木材、草类植物中的至少一种。

11、更优选地，所述针叶树木材包括落叶松、红松、马尾松、云南松、樟子松中的至少一种；所述阔叶树木材包括杨木、桦木、桉木中的至少一种；所述草类植物包括芦苇、竹子、麦草、稻草、龙须草、高粱秆中的至少一种。

12、更优选地，所述纸浆中的植物纤维包括质量比为5-7:2-4:1的落叶松纤维、杨木纤维和麦草。

13、优选地，所述第二步内，过筛为过200目筛；脱水是在真空条件下脱水，脱水后的湿度为30％-50％；干燥是在55-80℃下干燥，干燥后的湿度为3％-5％；

14、优选地，所述第二步内，混合后的纸浆过筛后，与施胶剂一起导入造纸机内，施胶剂为烷基烯酮二聚体或烯基琥珀酸酐，施胶剂的加入量为绝干纸浆质量的1％-3％。

15、优选地，所述第二步制备得到的含有有机改性填料的纸张的基重为35-45g/m2。

16、优选地，所述有机改性填料的制备过程包括：

17、(1)将坡缕石粉末在氢氧化钠溶液内进行处理，得到活性坡缕石粉末；

18、(2)将活性坡缕石粉末参与至二苯基二羟基硅烷与硼酸的反应内，然后经过烧结处理，得到含硼改性坡缕石；

19、(3)向含硼改性坡缕石内加入含铝离子的溶液，充分混合后，再逐滴加入果胶溶液，控制反应的ph，反应后得到果胶铝@含硼坡缕石粉。

20、更优选地，所述有机改性填料制备的第(1)步的过程包括：

21、称量坡缕石粉末与氢氧化钠溶液混合，超声作用下形成均匀的混液，然后升高温度至50-60℃搅拌处理3-5h，得到活性坡缕石粉末；

22、其中，坡缕石粉末的粒径是20-50μm；氢氧化钠溶液的摩尔浓度是0.5mol/l，坡缕石粉末与氢氧化钠溶液的质量比是1:10-20。

23、更优选地，所述有机改性填料制备的第(2)步的过程包括：

24、s1、称量二苯基二羟基硅烷、活性坡缕石粉末与二甲苯置于反应瓶内，升温至125℃，待搅拌均匀后，逐渐加入硼酸，之后升温至145-150℃，搅拌反应8-12h，随时分走生成的水分，然后除去二甲苯，继续升温至340-380℃，保温反应1-2h，反应结束后冷却至常温，得到聚硼硅氧烷包裹坡缕石；

25、其中，二苯基二羟基硅烷、活性坡缕石粉末、硼酸与二甲苯的质量比例是0.13-0.26:2-4:0.03-0.06:20-40；

26、s2、将聚硼硅氧烷包裹坡缕石置于马弗炉内烧结，烧结温度为550-600℃，保温2-4h后，得到含硼改性坡缕石。

27、更优选地，所述有机改性填料制备的第(3)步的过程包括：

28、s3、称量含硼改性坡缕石与去离子水混合，在超声条件下形成均匀的混液，然后在搅拌的条件下，持续滴加氯化铝溶液，在滴加完毕之后，继续搅拌15-30min，形成含铝混合液；

29、其中，氯化铝溶液的质量分数是1.5％-3％；含硼改性坡缕石、氯化铝溶液与去离子水的质量比例是1:5-8:10-20；

30、s4、先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，搅拌形成均匀的溶液，即果胶溶液；

31、其中，果胶的酯化度为10％-25％，粘均分子量为15000-25000；六偏磷酸钠、果胶与去离子水的质量比例是0.3-0.6:0.5-5:100；

32、s5、将果胶溶液逐滴地加入至含铝混合液内，期间不断地搅拌，同时控制反应液的ph为6-6.5，待果胶溶液完成滴加后，搅拌10-20min，调控反应液的ph为7-7.5，继续搅拌30-60min，然后经过沉淀、离心、洗涤、抽滤和干燥，即得到果胶铝@含硼坡缕石粉；

33、其中，果胶溶液与含铝混合液的质量比例是1-3:1。

34、本发明的有益效果为：

35、1、本发明制备了一种有机改性填料，且将有机改性填料应用于造纸工艺，最终提升了纸张的强度，同时该有机改性填料不含有毒的化学污染物，更复合环保化工的理念。

36、2、本发明所制备的有机改性填料为果胶铝@含硼坡缕石粉，是以坡缕石粉为基底，在其基础上原位合成得到的。坡缕石粉具有大比表面积和较强的吸附性能，其在水中具有很好的分散性，呈现出较好的胶体性质和吸附能力，但是在水中浸泡会迅速崩散，且与纸浆纤维之间的结合力也不足，成为了限制其在纸张中应用的缺陷。而经过本发明改性后的坡缕石粉不仅保留了一定的吸附和分散性，还解决了容易崩散的缺陷以及对纸张的性能增强性。

37、3、在聚硼硅氧烷包裹坡缕石进行烧结时，烧结的温度不可设置过高或过低，过高会导致坡缕石的内部结构被破坏而影响其性能，过低又会导致聚硼硅氧烷无法被分解，而本发明将烧结温度设置在550-600℃，该温度不仅能够达到聚硼硅氧烷的分解温度，还能够保持坡缕石的结构不会崩塌，在此过程中聚硼硅氧烷分解成含有硼元素的网状结构而负载在坡缕石上，该过程使得坡缕石表面富含硅氧硼键(si-o-b)和硼氧硼键(b-o-b)形成的动态化学键，稳定性更高，大幅度减缓了坡缕石在水中的崩散程度。

38、4、此外，在本发明的制备过程中发现，果胶形成络合包覆过程中，铝离子的使用量能够较大程度的减少，猜测原因可能是，由于坡缕石表面含有丰富的硼元素，而硼元素与果胶具有一定的结合性，能够交联形成网状的结构。而铝离子本身对于纤维素有一定的降解作用，过多的铝离子不利于纸张的存放，这也从另一方面提升纸张的稳定性。