CN104452425B - 一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，将工业微纤化纤维素采用超声波处理后再经PFI磨磨解，提高其细纤维化程度，然后先与填料碳酸钙或滑石粉分散体混合均匀，静置后形成填料/MFC预包络体，再加入阳离子聚丙烯酰胺形成较稳定的包络体，然后将其加入到造纸浆料中混合均匀，最后采用普通造纸成形工艺进行抄造，可获得高加填的纸张。微纤化纤维素分枝度高，在造纸湿法成形时相互搭接可形成数量远大于普通纸浆纤维的细密网络结构，有利于对填料粒子的截留和包络，显著提高纸张中填料的留着率；微纤化纤维素比表面积极大，且表面游离羟基极其丰富，可形成数倍于普通纤维素纤维的氢键，解决了高含量填料纸基材料强度差的问题。
Description
【技术领域】
本发明属于制浆造纸领域，具体涉及一种造纸工艺。
【背景技术】
提高纸张中填料的含量，不仅有利于降低纸张的生产成本，提高企业利润，更有利于缓解造纸行业纤维原料资源紧缺的局面。但填料通常为无机矿物粉体，其微粒间或与纤维之间均不能产生化学键或氢键结合；同时，填料微粒的存在将通过位阻效应阻碍纸浆纤维间的氢键结合，因此，纸张中添加填料会导致纸张强度的损失，包括纸张物理强度和表面强度等，且填料含量越高，强度损失越大。纸张物理强度低，易导致纸张在生产及应用中易断裂、破损；表面强度降低易导致纸张产生掉毛掉粉现象，难以满足现代高速印刷的需要。因此，如何既能提高纸张的填料含量又能保护纸张的强度是摆在造纸科技人员面前的技术难题。同时，高填料含量纸张成形过程中填料的留着率低，随白水流失很大，如何提高填料的高留着也是实现纸张高加填的又一技术难题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，提高纸张强度，实现纸张高加填和高强度共存。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，包括以下步骤：
1)首先，把工业微纤化纤维素产品加水稀释至质量百分比为1％～5％的浓度，然后在常温下进行超声波处理；
2)将步骤1)超声波处理后的微纤化纤维素浓缩至质量百分比为10％的浓度，采用PFI磨浆机进行细纤维化处理；
3)将步骤2)细纤维化处理后的微纤化纤维素加水稀释为质量百分比为2％～8％的浓度，然后加入填料；在高剪切力混合均匀后静置形成填料/MFC预包络体分散系；其中，填料占填料/MFC预包络体分散系中总固形物质量百分比为70％～90％；
4)按填料/MFC预包络体分散系中固形物质量百分比0.02％～0.06％的量加入助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺，低剪切混合均匀后形成填料/MFC包络体分散系；
5)将步骤4)中形成的填料/MFC包络体分散系加入化学浆纸浆中进行低剪切力混合均匀形成总分散系；其中，填料/MFC包络体分散系中固形物含量为总分散系中固形物总质量的45％～70％；然后迅速加入纸页成型器中进行抄造成形、干燥，得到微纤化纤维素包络助留的高加填纸张。
优选的，步骤1)中超声波处理的参数为：超声波功率为300W，频率20kHz，处理时间20～40min。
优选的，步骤2)中，控制PFI磨浆机的处理转数为20000～60000转。
优选的，步骤3)中高剪切力混合均匀后静置1～5秒形成填料/MFC预包络体分散系。
优选的，步骤3)中加入的填料为轻质碳酸钙或滑石粉。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明采取以微纤化纤维素为助留和增强手段，微纤化纤维素微观结构呈树枝状，分枝度高，在造纸湿法成形时相互搭接可形成数量远大于普通纸浆纤维的细密网络结构，可形成对填料微粒的有效截留和包络，显著提高纸张中填料的留着率。同时，包络体表面的微纤化纤维素比表面积极大，且表面游离羟基极其丰富，可相互间及与纤维间形成数倍于普通纸浆纤维的氢键，解决了高含量填料纸张强度差的问题。最终，较好地化解了高加填技术中纸张强度和高加填量之间的矛盾。
【具体实施方式】
本发明一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，包括以下步骤：
1)首先，把工业微纤化纤维素产品加水稀释至质量百分比为1％～5％的浓度，然后在常温下进行超声波处理，超声波功率为300W，频率20kHz，处理时间20～40min。
2)将步骤1)超声波处理后的微纤化纤维素浓缩至质量百分比为10％的浓度，采用PFI磨浆机进行细纤维化处理，处理转数为20000～60000转，进一步提高微纤化纤维素的细纤维化程度，使整体原料形成分枝度高且均匀的微细纤维丝网络。
3)将步骤2)细纤维化处理后的微纤化纤维素加水稀释为质量百分比为2％～8％的浓度，然后加入填料——轻质碳酸钙/滑石粉。在高剪切力混合均匀后静置1～5秒，形成填料/MFC预包络体分散系。其中，轻质碳酸钙/滑石粉占填料/MFC预包络体分散系中总固形物质量百分比为70％～90％。
4)按填料/MFC预包络体分散系中固形物质量百分比0.02％～0.06％的量加入助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺，低剪切混合均匀后形成较稳定的填料/MFC包络体分散系。
5)将步骤4)中形成的填料/MFC包络体分散系加入普通化学浆纸浆中进行低剪切力混合均匀形成总分散系。其中，填料/MFC包络体分散系中固形物含量为加入纸浆后总分散系中固形物总质量的45％～70％。然后迅速加入纸页成型器中进行抄造成形、干燥。即得到微纤化纤维素包络助留的高加填纸张。
实施例1
一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，包括以下步骤：
1)首先，把工业微纤化纤维素产品加水稀释至质量百分比为1％的浓度，然后在常温下进行超声波处理，超声波功率为300W，频率20kHz，处理时间20min。
2)将步骤1)超声波处理后的微纤化纤维素浓缩至质量百分比为10％的浓度，采用PFI磨浆机进行细纤维化处理，处理转数为60000转，进一步提高微纤化纤维素的细纤维化程度，使整体原料形成分枝度高且均匀的微细纤维丝网络。
3)将步骤2)细纤维化处理后的微纤化纤维素加水稀释为质量百分比为8％的浓度，然后加入填料——轻质碳酸钙。在高剪切力混合均匀后静置1～5秒，形成填料/MFC预包络体分散系。其中，轻质碳酸钙占填料/MFC预包络体分散系中总固形物质量百分比为70％。
4)按填料/MFC预包络体分散系中固形物质量百分比0.02％的量加入助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺，低剪切混合均匀后形成较稳定的填料/MFC包络体分散系。
5)将步骤4)中形成的填料/MFC包络体分散系加入普通化学浆纸浆中进行低剪切力混合均匀形成总分散系。其中，填料/MFC包络体分散系中固形物含量为加入纸浆后总分散系中固形物总质量的45％。然后迅速加入纸页成型器中进行抄造成形、干燥。即得到微纤化纤维素包络助留的高加填纸张。
实施例2
一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，包括以下步骤：
1)首先，把工业微纤化纤维素产品加水稀释至质量百分比为3％的浓度，然后在常温下进行超声波处理，超声波功率为300W，频率20kHz，处理时间40min。
2)将步骤1)超声波处理后的微纤化纤维素浓缩至质量百分比为10％的浓度，采用PFI磨浆机进行细纤维化处理，处理转数为20000转，进一步提高微纤化纤维素的细纤维化程度，使整体原料形成分枝度高且均匀的微细纤维丝网络。
3)将步骤2)细纤维化处理后的微纤化纤维素加水稀释为质量百分比为5％的浓度，然后加入填料——轻质碳酸钙。在高剪切力混合均匀后静置1～5秒，形成填料/MFC预包络体分散系。其中，轻质碳酸钙占填料/MFC预包络体分散系中总固形物质量百分比为90％。
4)按填料/MFC预包络体分散系中固形物质量百分比0.03％的量加入助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺，低剪切混合均匀后形成较稳定的填料/MFC包络体分散系。
5)将步骤4)中形成的填料/MFC包络体分散系加入普通化学浆纸浆中进行低剪切力混合均匀形成总分散系。其中，填料/MFC包络体分散系中固形物含量为加入纸浆后总分散系中固形物总质量的70％。然后迅速加入纸页成型器中进行抄造成形、干燥。即得到微纤化纤维素包络助留的高加填纸张。
实施例3
一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，包括以下步骤：
1)首先，把工业微纤化纤维素产品加水稀释至质量百分比为5％的浓度，然后在常温下进行超声波处理，超声波功率为300W，频率20kHz，处理时间30min。
2)将步骤1)超声波处理后的微纤化纤维素浓缩至质量百分比为10％的浓度，采用PFI磨浆机进行细纤维化处理，处理转数为50000转，进一步提高微纤化纤维素的细纤维化程度，使整体原料形成分枝度高且均匀的微细纤维丝网络。
3)将步骤2)细纤维化处理后的微纤化纤维素加水稀释为质量百分比为8％的浓度，然后加入填料——滑石粉。在高剪切力混合均匀后静置1～5秒，形成填料/MFC预包络体分散系。其中，滑石粉占填料/MFC预包络体分散系中总固形物质量百分比为80％。
4)按填料/MFC预包络体分散系中固形物质量百分比0.06％的量加入助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺，低剪切混合均匀后形成较稳定的填料/MFC包络体分散系。
5)将步骤4)中形成的填料/MFC包络体分散系加入普通化学浆纸浆中进行低剪切力混合均匀形成总分散系。其中，填料/MFC包络体分散系中固形物含量为加入纸浆后总分散系中固形物总质量的55％。然后迅速加入纸页成型器中进行抄造成形、干燥。即得到微纤化纤维素包络助留的高加填纸张。
实施例4
一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，包括以下步骤：
1)首先，把工业微纤化纤维素产品加水稀释至质量百分比为4％的浓度，然后在常温下进行超声波处理，超声波功率为300W，频率20kHz，处理时间40min。
2)将步骤1)超声波处理后的微纤化纤维素浓缩至质量百分比为10％的浓度，采用PFI磨浆机进行细纤维化处理，处理转数为45000转，进一步提高微纤化纤维素的细纤维化程度，使整体原料形成分枝度高且均匀的微细纤维丝网络。
3)将步骤2)细纤维化处理后的微纤化纤维素加水稀释为质量百分比为6％的浓度，然后加入填料——轻质碳酸钙。在高剪切力混合均匀后静置1～5秒，形成填料/MFC预包络体分散系。其中，轻质碳酸钙占填料/MFC预包络体分散系中总固形物质量百分比为75％。
4)按填料/MFC预包络体分散系中固形物质量百分比0.05％的量加入助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺，低剪切混合均匀后形成较稳定的填料/MFC包络体分散系。
5)将步骤4)中形成的填料/MFC包络体分散系加入普通化学浆纸浆中进行低剪切力混合均匀形成总分散系。其中，填料/MFC包络体分散系中固形物含量为加入纸浆后总分散系中固形物总质量的60％。然后迅速加入纸页成型器中进行抄造成形、干燥。即得到微纤化纤维素包络助留的高加填纸张。
实施例5
一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，包括以下步骤：
1)首先，把工业微纤化纤维素产品加水稀释至质量百分比为2％的浓度，然后在常温下进行超声波处理，超声波功率为300W，频率20kHz，处理时间30min。
2)将步骤1)超声波处理后的微纤化纤维素浓缩至质量百分比为10％的浓度，采用PFI磨浆机进行细纤维化处理，处理转数为35000转，进一步提高微纤化纤维素的细纤维化程度，使整体原料形成分枝度高且均匀的微细纤维丝网络。
3)将步骤2)细纤维化处理后的微纤化纤维素加水稀释为质量百分比为8％的浓度，然后加入填料——滑石粉。在高剪切力混合均匀后静置1～5秒，形成填料/MFC预包络体分散系。其中，滑石粉占填料/MFC预包络体分散系中总固形物质量百分比为80％。
4)按填料/MFC预包络体分散系中固形物质量百分比0.02％的量加入助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺，低剪切混合均匀后形成较稳定的填料/MFC包络体分散系。
5)将步骤4)中形成的填料/MFC包络体分散系加入普通化学浆纸浆中进行低剪切力混合均匀形成总分散系。其中，填料/MFC包络体分散系中固形物含量为加入纸浆后总分散系中固形物总质量的50％。然后迅速加入纸页成型器中进行抄造成形、干燥。即得到微纤化纤维素包络助留的高加填纸张。
本发明针对纸张中添加填料会引起纸张强度的损失和高加填过程中填料留着率低的造纸技术难题。以微纤化纤维素为助留和增强手段，微纤化纤维素分枝度高，在造纸湿法成形时相互搭接可形成数量远大于普通纸浆纤维的细密网络结构，有利于对填料粒子的截留和包络，显著提高纸张中填料的留着率。此外，微纤化纤维素比表面积极大，且表面游离羟基极其丰富，可形成数倍于普通纤维素纤维的氢键，解决了高含量填料纸张强度差的问题。最终，较好地化解了高加填技术中纸张强度和高加填量之间的矛盾。填料的价格远低于纸浆纤维，所以，这一发明有利于降低纸张的生产成本，提高企业的利润，更缓解了造纸行业纤维原料资源紧缺的局面。本发明工艺下：当填料含量为54.18％时，纸张抗张指数达30.21N·m/g；普通工艺下：当填料含量为24.79％，纸张抗张指数为29.63N·m/g。本发明所制备的纸张填料含量可高达54％以上，同时强度仍可达到普通造纸工艺下填料含量为25％的纸张强度。
Claims (1)
1.一种微纤化纤维素包络助留高加填造纸工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先，把工业微纤化纤维素产品加水稀释至质量百分比为1％～5％的浓度，然后在常温下进行超声波处理；超声波处理的参数为：超声波功率为300W，频率20kHz，处理时间20～40min；
2)将步骤1)超声波处理后的微纤化纤维素浓缩至质量百分比为10％的浓度，采用PFI磨浆机进行细纤维化处理；控制PFI磨浆机的处理转数为20000～60000转；
3)将步骤2)细纤维化处理后的微纤化纤维素加水稀释为质量百分比为2％～8％的浓度，然后加入填料；在高剪切力混合均匀后静置形成填料/MFC预包络体分散系；其中，填料占填料/MFC预包络体分散系中总固形物质量百分比为70％～90％；所述填料为轻质碳酸钙或滑石粉；
4)按填料/MFC预包络体分散系中固形物质量百分比0.02％～0.06％的量加入助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺，低剪切混合均匀后形成填料/MFC包络体分散系；
5)将步骤4)中形成的填料/MFC包络体分散系加入化学浆纸浆中进行低剪切力混合均匀形成总分散系；其中，填料/MFC包络体分散系中固形物含量为总分散系中固形物总质量的45％～70％；然后迅速加入纸页成型器中进行抄造成形、干燥，得到微纤化纤维素包络助留的高加填纸张；所获得微纤化纤维素包络助留的高加填纸张中填料含量为54.18％，纸张抗张指数为30.21N·m/g；
步骤3)中高剪切力混合均匀后静置1～5秒形成填料/MFC预包络体分散系。
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