本發(fā)明涉及造紙技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種造紙用輕鈣包覆纖維填料及其制備方法和在造紙中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著造紙技術(shù)的發(fā)展，填料已成為絕大多數(shù)紙種中的一個必不可少的組分，是造紙的基本組分之一。在造紙過程中加入填料的目的主要是降低成本，使紙張獲得某種特定的性能或者使其原有的性能得到改善。
造紙用無機(jī)填料主要有碳酸鈣、滑石粉、鈦白粉、碳酸鈣等，填料的加入能夠代替纖維，既能改善紙張的性能，又能夠降低生產(chǎn)成本，節(jié)約紙漿，降低環(huán)境影響，減輕生態(tài)環(huán)境負(fù)荷。但是，隨填料用量的增加，一方面是因?yàn)槔w維比例的減少導(dǎo)致纖維間氫鍵結(jié)合點(diǎn)數(shù)量的減少；另一方面是因?yàn)樘盍吓c填料之間或者填料和纖維之間不能形成氫鍵結(jié)合力，而且填料夾在纖維與纖維之間，在空間上也阻止了纖維與纖維間的氫鍵結(jié)合，因而紙張的強(qiáng)度和內(nèi)聚力會受到較大影響，同時填料留著率往往有所下降。使造紙白水體系中的細(xì)小組分含量顯著增加，由此在一定程度上增加了實(shí)際應(yīng)用的困難性，也使加填量具有一定局限性(通常在15％～25％)。
因此，開發(fā)輕鈣包覆纖維填料，提高填料的保留率，降低纖維用量，是中外造紙行業(yè)目前對此都比較關(guān)注的方向；本發(fā)明就克服使用傳統(tǒng)填料加填后白水濃度高、保留效果低，成紙強(qiáng)度受填料加填量增加受影響較大等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述現(xiàn)有造紙技術(shù)中存在的“傳統(tǒng)填料加填后白水濃度高、保留效果低，成紙強(qiáng)度受填料加填量增加受影響較大”的問題。
本發(fā)明提供了一種造紙用輕鈣包覆纖維填料，使用碳酸鈣包覆纖維填料后， 能夠提高填料保留效果、降低白水濃度，改善白水循環(huán)系統(tǒng)，并可提高成紙的定量、灰份、抗張強(qiáng)度，保留率等，節(jié)約纖維用量，降低成本。
本發(fā)明還提供了一種造紙用輕鈣包覆纖維填料的制備方法，該方法操作簡單，成品率高，節(jié)省了人工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明還提供了一種造紙用輕鈣包覆纖維填料在造紙中的應(yīng)用，通過對造紙用輕鈣填料進(jìn)行處理從而提高留著率，提高紙張的定量、灰份、抗張強(qiáng)度，保留率等，節(jié)約纖維用量，從而降低生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)品市場競爭力。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明的第一個方面提供一種造紙用輕鈣包覆纖維填料，采用以下重量份數(shù)的原料制備：
進(jìn)一步地，所述造紙用輕鈣包覆纖維填料，采用以下重量份數(shù)的原料制備：
進(jìn)一步地，所述造紙用輕鈣包覆纖維填料，采用以下重量份數(shù)的原料制備：
進(jìn)一步地，所述氫氧化鈣配制成濃度為15％～25％的溶液，2μm以下的粒子含量高于35％，白度高于87。
進(jìn)一步地，所述紙漿漿料為針葉漿：闊葉漿＝1：4～1：5，打漿度為40°SR～45°SR的混合漿料。
進(jìn)一步地，所述聚酰胺環(huán)氧樹脂分子量為3～6萬。
進(jìn)一步地，所述聚丙烯酰胺分子量為300-1000萬。
本發(fā)明的第二個方面提供一種造紙用輕鈣包覆纖維填料的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟1，將聚酰胺環(huán)氧樹脂溶液、聚丙烯酰胺溶液和陽離子淀粉溶液按順序添加到紙漿漿料溶液中，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?/p>
步驟2，將步驟1攪拌均勻后的混合組分加入到氫氧化鈣溶液中，通過二氧化碳?xì)怏w(通入量折合為純二氧化碳量)；
步驟3，控制反應(yīng)溫度為10-35℃、反應(yīng)時間1-3，充分碳化反應(yīng)后，PH值達(dá)8-9，過濾、蒸餾，制得造紙用輕鈣包覆纖維填料。
所述制備方法制備的造紙用輕鈣包覆纖維填料，其固含量為20％～30％、粘度為15～60cps、pH為8～9和2μm以下粒子含量高于35％。
進(jìn)一步地，所述二氧化碳?xì)怏w濃度為45％-60％。
進(jìn)一步地，所述二氧化碳?xì)怏w濃度為50％。
進(jìn)一步地，所述步驟3中反應(yīng)溫度為18℃，反應(yīng)時間為2h。
進(jìn)一步地，所述氫氧化鈣溶液固含量為15％～25％，2μm以下粒子含量高于35％，白度高于87。干基添加量為100份，其他組分按氫氧化鈣組分添加。
進(jìn)一步地，所述紙漿漿料為針葉漿：闊葉漿＝1：4～1：5，打漿度400SR～450SR的混合漿料，配制成濃度為0.7％～1.2％的紙漿漿料溶液，折干相對添加量為30～40份。
進(jìn)一步地，所述紙漿漿料為針葉漿：闊葉漿＝1：4.5，打漿度400SR～450SR的混合漿料，配制成濃度為1.0％的混合漿料溶液。
進(jìn)一步地，所述聚酰胺環(huán)氧樹脂分子量為3～6萬，配制成濃度為3％～8％ 的聚酰胺環(huán)氧樹脂溶液；優(yōu)選地，配制成濃度為4-6％、pH值為8～11的聚酰胺環(huán)氧樹脂溶液，折干相對添加量為0.05-0.10份；更優(yōu)選地，配制成濃度為5％、pH值為8～11的聚酰胺環(huán)氧樹脂溶液。
進(jìn)一步地，所述聚丙烯酰胺分子量為300-1000萬，配制成濃度為0.1％-0.5％的聚丙烯酰胺溶液，折干相對添加量為0.05-0.1份；優(yōu)選地，配制成濃度為0.3％的聚丙烯酰胺溶液。
進(jìn)一步地，所述陽離子淀粉配制成濃度為0.8％～1.5％的陽離子淀粉溶液，折干相對添加量為0.03-0.05份；優(yōu)選地，所述陽離子淀粉配制成濃度為1.0％的陽離子淀粉溶液。
進(jìn)一步地，所述二氧化碳?xì)怏w濃度為45％-60％。
進(jìn)一步地，所述二氧化碳?xì)怏w濃度為50％
上述，聚酰胺環(huán)氧樹脂、混合漿料、聚丙烯酰胺、陽離子淀粉分別與水、甲苯、二甲苯、醇類(乙醇)和酮(丙酮)等溶劑配制成相應(yīng)濃度的聚酰胺環(huán)氧樹脂溶液、混合漿料溶液、聚丙烯酰胺溶液、陽離子淀粉溶液，優(yōu)選的配制成相應(yīng)的水溶液。
本發(fā)明的第三個方面提供了一種輕鈣包覆纖維填料在造紙中的應(yīng)用。
本發(fā)明制得的輕鈣包覆的纖維填料，用作造紙濕部加填，白水降低21～25個百分點(diǎn)，填料保留率提高4～15個百分點(diǎn)。成紙定量提高1～5g/m2，灰份提高6～22個百分點(diǎn)，抗張強(qiáng)度提高5～11個百分點(diǎn)，總保留率提高2～5個百分點(diǎn)；
本發(fā)明的輕鈣包覆纖維填料能夠代替纖維，節(jié)約成本，能夠降低白水濃度，改善白水循環(huán)，減輕生態(tài)環(huán)境負(fù)荷。
本發(fā)明造紙用輕鈣包覆纖維填料的性能試驗(yàn)方法：
(1)動態(tài)濾水實(shí)驗(yàn)
設(shè)計(jì)按上網(wǎng)濃度0.6％(紙料3g絕干)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速750r/min，將稱量好的紙漿攪拌5秒后，填料攪拌5秒，然后加入助留劑攪拌5秒，打開排水閥10秒后取網(wǎng)下白水100ml，檢測白水濃度、灰份，平行實(shí)驗(yàn)3次。
(2)手抄片實(shí)驗(yàn)
設(shè)計(jì)抄紙漿料70g/m2，將稱量好的紙漿攪拌1分鐘后，加入填料攪拌2分 鐘，最后加CPAM攪拌2分鐘取下，LABTECH73-62半自動紙頁成型器抄片，經(jīng)LABTECH 73-50標(biāo)準(zhǔn)紙頁壓榨機(jī)壓榨后自然風(fēng)干，檢測紙樣白度、不透明度、強(qiáng)度、灰份等指標(biāo)。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：
本發(fā)明的輕鈣包覆纖維填料應(yīng)用于造紙中，白水降低21～25個百分點(diǎn)，填料保留率提高4～15個百分點(diǎn)，明顯降低了白水濃度，增加白水回用率，節(jié)約部分清水用量；(2)成紙定量提高1～5g/m2，灰份提高6～22個百分點(diǎn)，抗張強(qiáng)度提高5～11個百分點(diǎn)，總保留率提高2～5個百分點(diǎn)；(3)填料保留率的增加、成紙定量、灰分的提高可以降低纖維用量，節(jié)約紙漿，降低成本，保護(hù)環(huán)境；(4)抗張強(qiáng)度的提高，改善了紙張的質(zhì)量。
本發(fā)明的輕鈣包覆纖維填料能夠代替纖維，節(jié)約成本，能夠降低白水濃度，改善白水循環(huán)，減輕生態(tài)環(huán)境負(fù)荷。同時還能夠提高定量、灰分、總保留率等，降低纖維用量，降低成本，增加產(chǎn)品市場競爭力。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種造紙用輕鈣包覆纖維填料及其制備方法和在造紙中的應(yīng)用。使用碳酸鈣包覆纖維填料后，能夠提高填料保留效果、降低白水濃度，改善白水循環(huán)系統(tǒng)，并可提高成紙的定量、灰份、抗張強(qiáng)度，保留率等，節(jié)約纖維用量，降低成本。
下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)和具體的介紹，以使更好的理解本發(fā)明，但是下述實(shí)施例并不限制本發(fā)明范圍。
實(shí)施例1造紙用輕鈣包覆纖維填料的制備
步驟1：將紙漿漿料為針葉漿：闊葉漿＝1：4的紙漿、打漿度400SR的混合漿料，配制成的漿濃為0.8％的紙漿漿料溶液5kg，依次加入到反應(yīng)釜中，加入濃度為5％的聚酰胺環(huán)氧樹脂溶液1g，濃度為0.3％的聚丙烯酰胺溶液16.5g，濃度為0.8％的陽離子淀粉溶液5g，在轉(zhuǎn)速為450r/min攪拌20min，使其混合均勻。
步驟2：將500g固含量為20％的氫氧化鈣溶液，加入到步驟1的纖維混合組分中，轉(zhuǎn)速為500r/min，壓力為0.3Mpa，攪拌30min使其混合均勻，降至常壓，轉(zhuǎn)速為300r/min。
步驟3：通入二氧化碳濃度為45％的氣體，在18℃±2℃左右，充分碳化反應(yīng)，使pH達(dá)到8.5左右，通過過濾，蒸餾，得到固含量為25％輕鈣包覆纖維填料。
實(shí)施例2造紙用輕鈣包覆纖維填料的制備
步驟1：將紙漿漿料為針葉漿：闊葉漿＝1：4的紙漿，打漿度400SR的混合漿料，配制成的漿濃為0.8％的紙漿漿料溶液3.75kg，加入到反應(yīng)釜中，依次加入濃度為5％的聚酰胺環(huán)氧樹脂溶液1g，濃度為0.3％的聚丙烯酰胺溶液16.5g，濃度為0.8％的陽離子淀粉溶液5g，在轉(zhuǎn)速為450r/min攪拌20min，使其混合均勻。
步驟2：將500g固含量為20％的氫氧化鈣溶液，加入到步驟1的纖維混合組分中，轉(zhuǎn)速為500r/min，壓力為0.3Mpa，攪拌30min使其混合均勻，降至常壓，轉(zhuǎn)速為300r/min。
步驟3：通入二氧化碳濃度為45％的氣體，在18℃±2℃左右，充分碳化反應(yīng)，使pH達(dá)到8.5左右，通過過濾，蒸餾，得到固含量為25％輕鈣包覆纖維填料。
實(shí)施例3動態(tài)慮水實(shí)驗(yàn)：
3.1實(shí)驗(yàn)樣品：
選用東升新材料(山東)有限公司生產(chǎn)的膏狀輕鈣填料(牌號：SSTL-PCC GZ40)和輕鈣包覆的纖維填料。
3.2實(shí)驗(yàn)條件：
漿料配比：針葉漿20％+闊葉漿80％(混合漿打漿度400SR)
泗水膏鈣填料，輕鈣鈣包覆的纖維填料，CPAM助留；
實(shí)驗(yàn)工藝：漿(75％)+填料(25％)+CPAM(200ppm)；
(以上添加量均為干/干)
設(shè)計(jì)按上網(wǎng)濃度0.6％(紙料3g絕干)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速750轉(zhuǎn)，將稱量好的紙漿攪拌5秒后，填料攪拌5秒，然后加入助留劑攪拌5秒，打開排水閥10秒后取網(wǎng)下白水100ml，檢測白水濃度、灰份，平行實(shí)驗(yàn)3次。
3.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(1)實(shí)驗(yàn)工藝：漿(75％)+填料(25％)+CPAM(200ppm)；
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(2)實(shí)驗(yàn)工藝：漿(75％)+填料(25％)+CPAM(200ppm)；
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(3)
3.4結(jié)論：
1、通過試驗(yàn)(1、2)結(jié)果可以看出，添加輕鈣包覆的纖維填料后，白水濃度下降了21.4％～25.7％，平均總保留率提高2.5％～3.7％，白水濾渣灰份降低了2.6％～4.3％，纖維保留率提高1.2％～2.1％，填料保留率提高4.1％～14.6％。
2、通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(3)結(jié)果可以看出，提高部分填料添加量后，白水濃度下降，平均總保留率提高，白水濾渣灰份降低，纖維保留率提高，趨勢一致。
實(shí)施例4
4.1實(shí)驗(yàn)樣品：
選用東升新材料(山東)有限公司生產(chǎn)的泗水膏鈣填料，和輕鈣包覆的纖維填料。
4.2針葉漿20％+闊葉漿80％(混合漿打漿度400SR)
工藝一：漿(75％)+填料(25％)+CPAM(200ppm)；
工藝二：漿(70％)+填料(30％)+CPAM(200ppm)；
(以上添加量均為干/干)
普通輕鈣填料、輕鈣包覆的纖維填料
設(shè)計(jì)抄紙漿料70g/m2，將稱量好的紙漿攪拌1分鐘后，加入填料攪拌2分鐘，最后加CPAM攪拌2分鐘取下，LABTECH73-62半自動紙頁成型器抄片，經(jīng)LABTECH 73-50標(biāo)準(zhǔn)紙頁壓榨機(jī)壓榨后自然風(fēng)干，檢測紙樣白度、不透明度、強(qiáng)度、灰份等指標(biāo)。
4.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(4)工藝一：漿(75％)+填料(25％)+CPAM(200ppm)；
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(5)工藝一：漿(75％)+填料(25％)+CPAM(200ppm)；
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(6)
4.4結(jié)論：
1、通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)(4、5)結(jié)果可以看出，添加輕鈣包覆的纖維填料后，定量提高1～5g/m2、灼燒灰份提高6.2％～22.5％，抗張強(qiáng)度提高5.7％～10.7％，總保留率提高1.8～5.1，白度、不透明度相近。
2、通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(6)結(jié)果可以看出，增加輕鈣包覆的纖維填料比例后，定量、灰分抗張強(qiáng)度總保留率均有不同幅度的提高，白度、不透明度相近。
實(shí)驗(yàn)分析：
1、通過試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在與原添加量相同時，添加輕鈣包覆的纖維填料后，白水濃度明顯下降21～25個百分點(diǎn)，平均總保留率提高2～4個百分點(diǎn)，白水濾渣灰份降低了22～4個百分點(diǎn)，纖維保留率提高1～2個百分點(diǎn)，填料保留率提高4～15個百分點(diǎn)。成紙定量提高1～5g/m2，灰份提高6～22個百分點(diǎn)，抗張強(qiáng)度提高5～11個百分點(diǎn)，總保留率提高2～5個百分點(diǎn)。
2、在其它條件不變，填料用量增加(由25％增至30％)，白水濃度、白水濾渣灰份均有所降低，平均總保留率、纖維保留率、填料保留率均有不同幅度的提高，成紙定量、灰份、抗張強(qiáng)度、總保留率均有所提高，趨勢一致。
3、白水濃度下降，保留率提高，增加白水回用率，節(jié)約清水用量、干燥蒸汽的消耗，有助于節(jié)約造紙成本，減輕生態(tài)環(huán)境負(fù)荷。
本發(fā)明通過一系列的研究、實(shí)驗(yàn)，證實(shí)用本方法制得的輕鈣包覆的纖維填料，用作造紙濕部加填，白水降低21～25個百分點(diǎn)，填料保留率提高4～15個百分點(diǎn)。成紙定量提高1～5g/m2，灰份提高6～22個百分點(diǎn)，抗張強(qiáng)度提高5～11個百分點(diǎn)，總保留率提高2～5個百分點(diǎn)；增加填料添加量后，白水濃度、白水濾渣灰份均有所降低，填料保留率有所提高，成紙各項(xiàng)指標(biāo)均有不同幅度的提高
因此，使用本發(fā)明的輕鈣包覆纖維填料明顯降低了白水濃度，增加白水回用率，節(jié)約部分清水用量；填料保留率的增加、成紙定量、灰分的提高可以降低纖維用量，節(jié)約紙漿，降低成本，保護(hù)環(huán)境，抗張強(qiáng)度的提高，還能提高紙張的質(zhì)量。
以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。