造纸填料碳酸钙的改性方法

权利要求书

1.一种造纸填料碳酸钙的改性方法，其特征在于所述的碳酸钙为沉淀碳酸钙（PCC），其改性方法包括以下步骤：（1）PCC 分散液的制备；（2） 控制PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液反应条件；（3）冷却沉淀后得到改性PCC。

具体操作如下：

（1）PCC 分散液的制备，将PCC 加入到水中，在80～90 ℃的水浴中加热并用多功能搅拌器进行充分搅拌，使得PCC 分散液温度达到70 ℃，制得浓度为5%的PCC 分散液；

（2）于制得的上述PCC 分散液中加入质量浓度为25%的阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液并控制PCC与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯质量比， 在70 ℃下保温10 min；

（3）冷却沉淀后即制得阳离子苯乙烯-丙烯酸酯包埋的改性PCC。

2.根据权利1 所述的造纸填料碳酸钙的改性方法， 其特征在于所述PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯质量比为75:1。

3.根据权利1 所述的造纸填料碳酸钙的改性方法， 其特征在于所述阳离子苯乙烯-丙烯酸酯包埋PCC 的包埋率接近99%。

技术领域

本发明涉及一种造纸填料碳酸钙， 尤其涉及一种造纸填料碳酸钙的改性方法。

背景技术

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。

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。

近年， 国内外造纸业界对提高纸张中碳酸钙含量而所引起的上述负面效应予以关注， 并开展了对策研究工作。在加填工艺技术方面，从早期的预絮聚技术、纤维细胞腔加填技术和细小纤维/碳酸钙复合技术到现在的碳酸钙表面改性的加填工艺技术都是改善加填的纸张强度性能的有效途径。

据以下文献报道：1.“Zhao Y L, Hu Z S, Ragauskas A,et al.Improvement of paper properties using starch-modified calciumcarbonate filler[J]. Tappi Journal,2005,4（2）:3-7.”一文指出，原淀粉改性沉淀碳酸钙用于纸张加填可以提高纸张物理性能，但淀粉层的稳定性问题及过多的淀粉进入造纸系统会对造纸产生不良影响。2.“陈均志, 冯练享, 赵艳娜. 阳离子型铝锆偶联剂的助留作用及其对纸张性能的影响[J]. 中国造纸, 2006, 25（5）: 16-19.”一文的研究表明，阳离子铝锆有机金属络合物偶联剂改性沉淀碳酸钙应用于纸张加填可以提高加填纸的强度性能和留着率，但由于其价格及技术上的问题，很难在工业上应用。

因此，当前造纸业工作者亟待开发可以解决上述现有技术存在的问题的一种造纸碳酸钙的改性方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种造纸填料碳酸钙的改性方法， 该方法是选用阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液采用包埋技术改性沉淀碳酸钙（PCC），制得的改性PCC 用作造纸填料加填到造纸过程中，不仅可以提高纸张灰分含量、成纸的光学性能、物理性能及印刷适性，并有效地降低原生纤维消耗和生产成本。

为实现本发明的目的，所采用的技术方案：

一种造纸填料碳酸钙的改性方法， 其特征在于所述的碳酸钙为沉淀碳酸钙（PCC），其改性方法包括以下步骤：（1）PCC 分散液的制备；（2） 控制PCC与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液反应条件；（3）冷却沉淀后得到改性PCC。

具体操作如下：

（1）PCC 分散液的制备，将PCC 加入到水中，在80～90 ℃的水浴中加热并用多功能搅拌器进行充分搅拌，使得PCC 分散液温度达到70 ℃，制得浓度为5%的PCC 分散液；

（2）于制得的上述PCC 分散液中加入质量分数为25%的阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液并控制PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯质量比，在70 ℃下保温10 min；

（3）冷却沉淀后即制得阳离子苯乙烯-丙烯酸酯包埋的改性PCC。

所述PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯质量比为75∶1。

所述阳离子苯乙烯-丙烯酸酯包埋PCC 的包埋率接近99%。

所述的改性PCC 加入于浆料中，其填加量范围（基于绝干浆）为10%～45%。

将上述制得阳离子苯乙烯-丙烯酸酯改性PCC作为造纸填料，抄纸过程的具体步骤如下：

（1）漂白硫酸盐针叶木浆浆料浸泡4 h 后用PFI磨浆机打浆，打浆浓度为10%，打浆度达到45 °SR；

（2）添加改性PCC，填加量范围（基于绝干浆）为10%～45%；

（3）加入双元助留剂阳离子聚丙烯酰胺和阳离子淀粉，填加量分别为绝干浆的0.05%和1%。

使用快速纸页成形器抄片， 按照抄片工艺抄造手抄片， 手抄片定量为80 g/m2。 根据GB/T 7974—2002、GB/T 12914—1991、GB/T 454—2002 和GB/T 455—2002 标准分别测定白度、抗张强度、耐破强度和撕裂强度，并测定z 向抗张力及纸张的匀度。测定结果表明，z 向抗张力、撕裂指数、耐破指数和抗张指数分别提高10.1%、22.4%、44.3%和26.9%。

本发明的原理：改性PCC 颗粒小，均匀地填充在纤维交织的空隙中，絮聚现象不明显。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

优点：（1）改性方法简单；（2）易于操作；（3）处理成本较低。

有益效果：（1） 改性PCC 具有良好的稳定性；（2）提高了改性PCC 填加量范围；（3）增强了填料与纤维之间的结合力；（4） 提高了纸张的灰分含量，纸张的光学性能和物理性能及印刷适性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

PCC：沉淀碳酸钙，又称轻质碳酸钙，中国河北省平定县娘子关化工厂产品。

改性剂： 实验室自制的微乳法阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液。

苯乙烯-丙烯酸酯的质量指标： 外观为乳白色液体；固含量25%。

一种造纸填料碳酸钙的改性方法，所述的碳酸钙为沉淀碳酸钙（PCC），其改性方法包括以下步骤：（1）PCC 分散液的制备；（2）控制PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液反应条件；（3）冷却沉淀后得到改性PCC。

具体操作如下：

（1）PCC 分散液的制备，将PCC 加入到水中，在80～90 ℃的水浴中加热并用多功能搅拌器进行充分搅拌，使得PCC 分散液温度达到70 ℃，制得浓度为5%的PCC 分散液；

（2）于制得的上述PCC 分散液中加入质量分数为25%的阳离子苯乙烯-丙烯酸酯乳液并控制PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯的质量比，在70℃下保温10min；

（3）冷却沉淀后即制得阳离子苯乙烯-丙烯酸酯包埋的改性PCC。

所述PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯质量比为75∶1。

所述阳离子苯乙烯-丙烯酸酯包埋PCC 的包埋率接近99%。

将上述制得的改性PCC 与双元助留剂阳离子聚丙烯酰胺和阳离子淀粉一起加入浆料中， 所述改性PCC 填加量（基于绝干浆）为30%，双元助留剂阳离子聚丙烯酰胺和阳离子淀粉填加量分别为绝干浆的0.05%和1.0%。

使用快速纸页成形器， 按照抄片工艺抄造手抄片，手抄片定量为80 g/m2；根据GB/T 12914—1991、GB/T 454—2002 和GB/T 455—2002 标准分别测定抗张强度、 耐破强度和撕裂强度， 并测定z 向抗张力。 测定结果示于表1 中。

表1 实例1的测定结果

在定量80 g/m2的纸中， 加入30%未改性PCC（基于绝干浆），纸张灰分含量16.40%，而加入相同加填量的改性PCC，纸张灰分含量为19.00%。

实施例2

一种造纸填料PCC 的改性方法的操作步骤，各参数，PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯质量比，包埋率和双元助留剂阳离子聚丙烯酰胺、 阳离子淀粉填加量以及手抄片方法与实施例1 相同，改性PCC 的填加量（基于绝干浆）提高到35%，手抄片物理性能的检测方法与实施例1 相同， 检测结果示于表2 中。

表2 实例2的测定结果

在定量80 g/m2的纸中， 加入35%未改性PCC（基于绝干浆），纸张灰分含量为17.88%，而加入相同加填量的改性PCC，纸张灰分含量为23.73%。

实施例3

一种造纸填料PCC 的改性方法的操作步骤，各参数，PCC 与阳离子苯乙烯-丙烯酸酯质量比，包埋率和双元助留剂阳离子聚丙烯酰胺、 阳离子淀粉填加量以及手抄片方法与实施例1 相同，改性PCC 的填加量（基于绝干浆）提高到40%。 手抄片物理性能的检测方法与实施例1 相同， 检测结果示于表3 中。

表3 实例3的测定结果

在定量80 g/m2的纸中，加入40%未改性PCC（基于绝干浆）， 测得纸张灰分含量为20.52%，而加入相同加填量的改性PCC 时，纸张灰分含量为26.78%。

本发明的发明人通过一系列的研究发现， 用阳离子苯乙烯-丙烯酸酯包埋PCC 可以制得改性PCC。 将改性PCC 用作造纸填料与双元助留剂阳离子聚丙烯酰胺和阳离子淀粉一起复配使用， 不仅可以提高纸张的灰分含量， 而且提高了纸张的物理性能和光学性能，从而完成了本发明的目的。

碳酸钙是一种重要的造纸原料， 本发明的阳离子苯乙烯-丙烯酸酯改性PCC 用作造纸填料， 对于提升纸张档次， 优化造纸过程及提高生产效率都具有十分重要意义。