一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法

【技术领域】

本发明属于在造纸填料技术领域，具体涉及一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法。

【背景技术】

随着世界经济的不断发展，纸张品种和产量不断增长，尤其是在我国的纸产量中，胶印书刊纸产量占有较大份额。胶印书刊纸是国内图书、教材、期刊杂志的主要用纸，其用途之广使胶印书刊纸的生产量和消费量在国内外均呈良好趋势。为了使纸张的质量不断提高，获得满意的印刷效果，就需要增加纸张的印刷性能。造纸工业中使用填料是为了提高纸张的均匀度、不透明度和降低成本。纸张品种中，印刷纸占了很大的比重，纸张的一些性质，如光学特性、匀度、吸收性、表面强度、平滑度等对印刷工艺过程及印刷品的质量会构成明显影响，这就是印刷适性。

碳酸钙是一种重要的无机填料，由于价格低、原料广，广泛应用于橡胶、塑料、纸张、涂料、胶黏剂、油墨等行业中。而现有的碳酸钙作为填料造出的纸张在印刷性能上较差，得不到满意的印刷效果，降低了纸张的质量。

加填就是向纸料中加入白色矿物的微细颜料或合成填料，以改进纸的性能，更好的满足纸张使用的要求和节省纸浆及降低产品成本。造纸工业常用的填料包括滑石粉，二氧化钛，碳酸钙及高岭土，其中碳酸钙以其白度高，颗粒细，能显著提高纸页不透明度和吸油墨率，成纸具有良好光泽度的优点，使之成为造纸过程的较理想的造纸填料。

目前已有相关的研究。例如中国专利申请号200910070785.9造纸填料碳酸钙的改性方法，所述改性方法包括以下步骤：一)、沉淀碳酸钙(PCC)分散液的制备；二)、控制PCC与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液反应条件；三)、通过冷却沉淀后得到改性PCC；改性过程中PCC与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯质量比为75∶1，温度70℃，阳离子苯乙烯-丙烯酸酯改性PCC的包埋率接近99％；该发明改性PCC作为造纸填料，其填加量范围为10％-45％(基于绝干浆)，与双元助留剂阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉一起复配使用加填到造纸湿部，不仅提高了纸张灰分含量，而且提高了纸张的光学性能和物理性能。

提高纸张中碳酸钙含量可减少原生纤维消耗，降低生产成本并更好地提高纸张的光学性能及印刷适性。但是，增加填料会降低纤维与纤维、纤维与填料之间的结合力，填料含量过高，通常会导致纸张强度降低、施胶剂用量增加，以及纸机磨损和印刷过程中纸张出现掉毛掉粉现象的负面效应。

碳酸钙、滑石及高岭土等矿物填料因其来源广泛且价格低廉，在造纸工业中发挥着重要作用。这些矿物用作造纸填料有助于减少所需的相对昂贵的植物纤维的用量或赋予纸品特殊功能。然而，在植物纤维中添加填料也会导致一些副作用，纸张强度降低和填料留着率低是目前存在的主要问题。

【发明内容】

针对目前的造纸填料制备中在植物纤维中添加填料会导致纸张强度降低和填料留着率低等问题，本发明提供了一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法，包括如下步骤：

1)填料的制备：在琼脂中加入水，加热使其糊化，然后加入碳酸钙，整个过程不断搅拌，待沉淀碳酸钙分散均匀，冷却，将混合物烘干并粉碎，过400目筛备用；

2)纸浆纤维的制备：将用于抄造手抄片的漂白硫酸盐针叶浆，采用瓦力打浆机在浆浓2％打浆至38至40°SR，甩干脱水至水份含量为13％后，备用；

3)手抄片的制备：

纸张定量为80g/m

4)纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数的测定分别按GB/T12914-1991、GB/T12914-2002和GB/T455-2002标准测定，纸张灰分按GB/T 463-1989标准测定。

进一步说明，在步骤1)中，所述琼脂与水的质量比为1:10。

进一步说明，在步骤1)中，所述琼脂的用量占碳酸钙质量的1-6％。

优选的，在步骤1)中，所述琼脂的用量占碳酸钙质量的3％。

优选的，在步骤3)中，所述填料用量为10-40％。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、琼脂是一种天然多糖，主要来源于红藻植物，如龙须菜、海葵等，本发明所述的一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法，以一种简单易行的方法利用琼脂对碳酸钙进行改性，并将改性碳酸钙用作造纸填料。结果显示，与未改性碳酸钙相比，在碳酸钙填料留着率没有明显变化的情况下，使用琼脂改性碳酸钙作为填料可以提高纸张强度；琼脂改性碳酸钙可适用于制造高加填纸张。

2、本发明所述的一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法，琼脂是一种天然多糖，主要来源于红藻植物，如龙须菜、海葵等，本发明所述的一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法，以一种简单易行的方法利用琼脂对碳酸钙进行改性，并将改性碳酸钙用作造纸填料。结果显示，与未改性碳酸钙相比，在碳酸钙填料留着率没有明显变化的情况下，使用琼脂改性碳酸钙作为填料可以提高纸张强度；琼脂改性碳酸钙可适用于制造高加填纸张。

【附图说明】

图1为本发明实验例的不同琼脂用量改性PCC的显微镜数码照片(40×)的图(图1(a)：0％；图1(b)：1％；图1(c)：2％；图1(d)：3％；图1(e)：4％和图1(f)：5％)；

图2为本发明实验例的未改性PCC及改性PCC(琼脂用量3％)的粒径分布的图(图2(a)：相对分布；图2(b)：累积分布)；

图3为本发明实验例的琼脂用量对纸张力学性能及填料留着率的影响的图(填料加填量为20％)；

图4为本发明实验例的加填量对纸张力学性能及填料留着率的影响的图(改性PCC琼脂用量为3％)。

【具体实施方式】

以下结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明。

实施例1：

一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法，包括如下步骤：

1)填料的制备：在琼脂中加入水，琼脂与水的质量比为1:10，加热使其糊化，然后加入碳酸钙，整个过程不断搅拌，待沉淀碳酸钙分散均匀，冷却，将混合物烘干并粉碎，过400目筛备用；所述琼脂的用量占碳酸钙质量的1％；

2)纸浆纤维的制备：将用于抄造手抄片的漂白硫酸盐针叶浆，采用瓦力打浆机在浆浓2％打浆至38至40°SR，甩干脱水至水份含量为13％后，备用；

3)手抄片的制备：

纸张定量为80g/m

4)纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数的测定分别按GB/T12914-1991、GB/T12914-2002和GB/T455-2002标准测定，纸张灰分按GB/T 463-1989标准测定。

实施例2：

一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法，包括如下步骤：

1)填料的制备：在琼脂中加入水，琼脂与水的质量比为1:10，加热使其糊化，然后加入碳酸钙，整个过程不断搅拌，待沉淀碳酸钙分散均匀，冷却，将混合物烘干并粉碎，过400目筛备用；所述琼脂的用量占碳酸钙质量的6％；

2)纸浆纤维的制备：将用于抄造手抄片的漂白硫酸盐针叶浆，采用瓦力打浆机在浆浓2％打浆至38至40°SR，甩干脱水至水份含量为13％后，备用；

3)手抄片的制备：

纸张定量为80g/m

4)纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数的测定分别按GB/T12914-1991、GB/T12914-2002和GB/T455-2002标准测定，纸张灰分按GB/T 463-1989标准测定。

实施例3：

一种利用琼脂改性碳酸钙制作造纸填料的方法，包括如下步骤：

1)填料的制备：在琼脂中加入水，琼脂与水的质量比为1:10，加热使其糊化，然后加入碳酸钙，整个过程不断搅拌，待沉淀碳酸钙分散均匀，冷却，将混合物烘干并粉碎，过400目筛备用；所述琼脂的用量占碳酸钙质量的3％；

2)纸浆纤维的制备：将用于抄造手抄片的漂白硫酸盐针叶浆，采用瓦力打浆机在浆浓2％打浆至38至40°SR，甩干脱水至水份含量为13％后，备用；

3)手抄片的制备：

纸张定量为80g/m

4)纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数的测定分别按GB/T12914-1991、GB/T12914-2002和GB/T455-2002标准测定，纸张灰分按GB/T 463-1989标准测定。

实验例：

1.1材料：

琼脂购自福建富力琼脂有限公司。沉淀碳酸钙(PCC)购自桂林五环有限公司。阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)由巴斯夫中国有限公司提供。用于抄造手抄片的漂白硫酸盐针叶浆进口自加拿大，并使用瓦力打浆机在浆浓2％打浆至38至40°SR，甩干脱水至水份含量为13％后备用。

1.2主要实验仪器：

S312-250H型搅拌器(上海申生科技有限公司)；

HH-2型数显双孔恒温水浴锅(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)；

AL203型电子分析天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)；

SCQ-520IC型超声波清洗机(上海生彦超声波仪器有限公司)；

SHZ-95B型循环水式多用真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司)；

DGX-9143B-1型电热鼓风干燥箱(上海福玛)；

ZQS2-23型荷兰式打浆机(陕西科技大学机械厂)；

SDJ-100型纸浆打浆度测定仪(杭州轻通博科)；

ZQJ2-200型纸页成型器(陕西科技大学机械厂)；

ZQYC-200型纸页压榨机(陕西科技大学机械厂)；

DB-3型纸页干燥器(陕西科技大学机械厂)；

TTM-300A型电脑抗张试验机(杭州轻通博科)；

BSM-1600B型耐破度测定仪(杭州轻通博科)；

ZSE-1000型撕裂度测定仪(长春市月明小型试验机有限公司)；

Olympus CX21型光学显微镜(欧林巴斯中国有限公司)；

BI-90Plus纳米/亚微米激光粒度分析仪(布鲁克海文中国有限公司)；

1.3改性PCC的制备：

将琼脂与水按质量比1：10混合，加热使其糊化后，加入一定质量的碳酸钙，整个过程不断搅拌，待沉淀碳酸钙分散均匀，冷却，将混合物烘干并粉碎，过400目筛备用。琼脂的用量为0％、1％、2％、3％、4％、5％、6％，相对于碳酸钙。

其中琼脂0％用量的为对照组，即未改性的碳酸钙。

1.4手抄片的制备：

纸张定量为80g/m

1.5改性PCC的仪器分析：

改性后PCC的聚集状态用光学显微镜进行观察。颗粒的尺寸特性用激光衍射粒度分析仪测定，在颗粒尺寸测量之前，用80W(50kHz)的超声处理颗粒的水悬浮液5分钟。

请参考，图1不同琼脂用量改性PCC的显微镜数码照片(40×)：0％(a)、1％(b)、2％(c)；3％(d)、4％(e)和5％(f)。

通过光学显微镜观察不同琼脂用量改性PCC形态变化，结果图1所示，未改性PCC(图1a)是分散、几乎透明的不规则颗粒；改性后，PCC与琼脂形成聚集体，图1b至图1f显示，随着琼脂用量的增加，聚集体逐渐变大，透明度变差；在1％的琼脂用量下(图1b)，只有少量PCC颗粒与琼脂聚集；当琼脂用量为3％时(图1d)，聚集体明显变大，且即使琼脂用量升高(图1e和1f)，聚集体尺寸亦趋于不变。

请参考，图2未改性PCC及改性PCC(琼脂用量3％)的粒径分布：(a)相对分布，(b)累积分布。

激光衍射粒度分析结果(图2a)显示，与PCC相比，用3％琼脂改性的PCC，粒径分布曲线的主峰明显向高粒径区偏移，粒径d50值从7.0μm增加到11.7μm(图2b)。

请参考，表1、图3琼脂用量对纸张力学性能及填料留着率的影响，使用0.03％CPAM做为助留助滤剂，填料加填量为20％；表1、图3显示手抄片的力学性能(抗张指数、耐破指数、撕裂指数)随着琼脂用量的增加而增加；当琼脂用量达到3％时，纸张强度的增加趋于平缓，此时，纸张抗张指数、耐破指数、撕裂指数分别为32.99Nm/g、2.80kPa·g/m

表1琼脂用量对纸张力学性能及填料留着率的影响对比表

请参考，表2、图4加填量对纸张力学性能及填料留着率的影响，改性PCC琼脂用量为3％；当改性PCC中琼脂用量为3％时，加填量对纸张力学性能及填料留着率的影响如表2、图4所示。与未改性PCC相比，在填料留着率未发生明显变化的情况下，使用琼脂改性PCC作为填料，可以使加填量从20％增加到30％而纸张强度损失不大。

表2加填量对纸张力学性能及填料留着率的影响对比表

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变化，这些都属于本发明的保护范围。