造紙填料碳酸鈣的改性方法

權利要求書

1.一種造紙填料碳酸鈣的改性方法，其特征在于所述的碳酸鈣為沉淀碳酸鈣（PCC），其改性方法包括以下步驟：（1）PCC 分散液的制備；（2） 控制PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯乳液反應條件；（3）冷卻沉淀后得到改性PCC。

具體操作如下：

（1）PCC 分散液的制備，將PCC 加入到水中，在80～90 ℃的水浴中加熱并用多功能攪拌器進行充分攪拌，使得PCC 分散液溫度達到70 ℃，制得濃度為5%的PCC 分散液；

（2）于制得的上述PCC 分散液中加入質量濃度為25%的陽離子苯乙烯-丙烯酸酯乳液并控制PCC與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯質量比， 在70 ℃下保溫10 min；

（3）冷卻沉淀后即制得陽離子苯乙烯-丙烯酸酯包埋的改性PCC。

2.根據權利1 所述的造紙填料碳酸鈣的改性方法， 其特征在于所述PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯質量比為75:1。

3.根據權利1 所述的造紙填料碳酸鈣的改性方法， 其特征在于所述陽離子苯乙烯-丙烯酸酯包埋PCC 的包埋率接近99%。

技術領域

本發明涉及一種造紙填料碳酸鈣， 尤其涉及一種造紙填料碳酸鈣的改性方法。

背景技術

加填就是向紙料中加入白色礦物的微細顏料或合成填料，以改進紙的性能，更好的滿足紙張使用的要求和節省紙漿及降低產品成本。 造紙工業常用的填料包括滑石粉、二氧化鈦、碳酸鈣及高嶺土，其中碳酸鈣以其白度高，顆粒細，能顯著提高紙頁不透明度和吸油墨率，成紙具有良好光澤度的優點，使之成為造紙過程的較理想的造紙填料。

提高紙張中碳酸鈣含量可減少原生纖維消耗，降低生產成本并更好地提高紙張的光學性能及印刷適性。 但是，增加填料會降低纖維與纖維、纖維與填料之間的結合力， 填料含量過高通常會導致紙張強度降低、施膠劑用量增加，以及紙機磨損和印刷過程中紙張出現掉毛掉粉現象的負面效應。

近年， 國內外造紙業界對提高紙張中碳酸鈣含量而所引起的上述負面效應予以關注， 并開展了對策研究工作。在加填工藝技術方面，從早期的預絮聚技術、纖維細胞腔加填技術和細小纖維/碳酸鈣復合技術到現在的碳酸鈣表面改性的加填工藝技術都是改善加填的紙張強度性能的有效途徑。

據以下文獻報道：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鈣用于紙張加填可以提高紙張物理性能，但淀粉層的穩定性問題及過多的淀粉進入造紙系統會對造紙產生不良影響。2.“陳均志, 馮練享, 趙艷娜. 陽離子型鋁鋯偶聯劑的助留作用及其對紙張性能的影響[J]. 中國造紙, 2006, 25（5）: 16-19.”一文的研究表明，陽離子鋁鋯有機金屬絡合物偶聯劑改性沉淀碳酸鈣應用于紙張加填可以提高加填紙的強度性能和留著率，但由于其價格及技術上的問題，很難在工業上應用。

因此，當前造紙業工作者亟待開發可以解決上述現有技術存在的問題的一種造紙碳酸鈣的改性方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種造紙填料碳酸鈣的改性方法， 該方法是選用陽離子苯乙烯-丙烯酸酯乳液采用包埋技術改性沉淀碳酸鈣（PCC），制得的改性PCC 用作造紙填料加填到造紙過程中，不僅可以提高紙張灰分含量、成紙的光學性能、物理性能及印刷適性，并有效地降低原生纖維消耗和生產成本。

為實現本發明的目的，所采用的技術方案：

一種造紙填料碳酸鈣的改性方法， 其特征在于所述的碳酸鈣為沉淀碳酸鈣（PCC），其改性方法包括以下步驟：（1）PCC 分散液的制備；（2） 控制PCC與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯乳液反應條件；（3）冷卻沉淀后得到改性PCC。

具體操作如下：

（1）PCC 分散液的制備，將PCC 加入到水中，在80～90 ℃的水浴中加熱并用多功能攪拌器進行充分攪拌，使得PCC 分散液溫度達到70 ℃，制得濃度為5%的PCC 分散液；

（2）于制得的上述PCC 分散液中加入質量分數為25%的陽離子苯乙烯-丙烯酸酯乳液并控制PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯質量比，在70 ℃下保溫10 min；

（3）冷卻沉淀后即制得陽離子苯乙烯-丙烯酸酯包埋的改性PCC。

所述PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯質量比為75∶1。

所述陽離子苯乙烯-丙烯酸酯包埋PCC 的包埋率接近99%。

所述的改性PCC 加入于漿料中，其填加量范圍（基于絕干漿）為10%～45%。

將上述制得陽離子苯乙烯-丙烯酸酯改性PCC作為造紙填料，抄紙過程的具體步驟如下：

（1）漂白硫酸鹽針葉木漿漿料浸泡4 h 后用PFI磨漿機打漿，打漿濃度為10%，打漿度達到45 °SR；

（2）添加改性PCC，填加量范圍（基于絕干漿）為10%～45%；

（3）加入雙元助留劑陽離子聚丙烯酰胺和陽離子淀粉，填加量分別為絕干漿的0.05%和1%。

使用快速紙頁成形器抄片， 按照抄片工藝抄造手抄片， 手抄片定量為80 g/m2。 根據GB/T 7974—2002、GB/T 12914—1991、GB/T 454—2002 和GB/T 455—2002 標準分別測定白度、抗張強度、耐破強度和撕裂強度，并測定z 向抗張力及紙張的勻度。測定結果表明，z 向抗張力、撕裂指數、耐破指數和抗張指數分別提高10.1%、22.4%、44.3%和26.9%。

本發明的原理：改性PCC 顆粒小，均勻地填充在纖維交織的空隙中，絮聚現象不明顯。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

優點：（1）改性方法簡單；（2）易于操作；（3）處理成本較低。

有益效果：（1） 改性PCC 具有良好的穩定性；（2）提高了改性PCC 填加量范圍；（3）增強了填料與纖維之間的結合力；（4） 提高了紙張的灰分含量，紙張的光學性能和物理性能及印刷適性。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明進一步詳細描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

PCC：沉淀碳酸鈣，又稱輕質碳酸鈣，中國河北省平定縣娘子關化工廠產品。

改性劑： 實驗室自制的微乳法陽離子苯乙烯-丙烯酸酯乳液。

苯乙烯-丙烯酸酯的質量指標： 外觀為乳白色液體；固含量25%。

一種造紙填料碳酸鈣的改性方法，所述的碳酸鈣為沉淀碳酸鈣（PCC），其改性方法包括以下步驟：（1）PCC 分散液的制備；（2）控制PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯乳液反應條件；（3）冷卻沉淀后得到改性PCC。

具體操作如下：

（1）PCC 分散液的制備，將PCC 加入到水中，在80～90 ℃的水浴中加熱并用多功能攪拌器進行充分攪拌，使得PCC 分散液溫度達到70 ℃，制得濃度為5%的PCC 分散液；

（2）于制得的上述PCC 分散液中加入質量分數為25%的陽離子苯乙烯-丙烯酸酯乳液并控制PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯的質量比，在70℃下保溫10min；

（3）冷卻沉淀后即制得陽離子苯乙烯-丙烯酸酯包埋的改性PCC。

所述PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯質量比為75∶1。

所述陽離子苯乙烯-丙烯酸酯包埋PCC 的包埋率接近99%。

將上述制得的改性PCC 與雙元助留劑陽離子聚丙烯酰胺和陽離子淀粉一起加入漿料中， 所述改性PCC 填加量（基于絕干漿）為30%，雙元助留劑陽離子聚丙烯酰胺和陽離子淀粉填加量分別為絕干漿的0.05%和1.0%。

使用快速紙頁成形器， 按照抄片工藝抄造手抄片，手抄片定量為80 g/m2；根據GB/T 12914—1991、GB/T 454—2002 和GB/T 455—2002 標準分別測定抗張強度、 耐破強度和撕裂強度， 并測定z 向抗張力。 測定結果示于表1 中。

表1 實例1的測定結果

在定量80 g/m2的紙中， 加入30%未改性PCC（基于絕干漿），紙張灰分含量16.40%，而加入相同加填量的改性PCC，紙張灰分含量為19.00%。

實施例2

一種造紙填料PCC 的改性方法的操作步驟，各參數，PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯質量比，包埋率和雙元助留劑陽離子聚丙烯酰胺、 陽離子淀粉填加量以及手抄片方法與實施例1 相同，改性PCC 的填加量（基于絕干漿）提高到35%，手抄片物理性能的檢測方法與實施例1 相同， 檢測結果示于表2 中。

表2 實例2的測定結果

在定量80 g/m2的紙中， 加入35%未改性PCC（基于絕干漿），紙張灰分含量為17.88%，而加入相同加填量的改性PCC，紙張灰分含量為23.73%。

實施例3

一種造紙填料PCC 的改性方法的操作步驟，各參數，PCC 與陽離子苯乙烯-丙烯酸酯質量比，包埋率和雙元助留劑陽離子聚丙烯酰胺、 陽離子淀粉填加量以及手抄片方法與實施例1 相同，改性PCC 的填加量（基于絕干漿）提高到40%。 手抄片物理性能的檢測方法與實施例1 相同， 檢測結果示于表3 中。

表3 實例3的測定結果

在定量80 g/m2的紙中，加入40%未改性PCC（基于絕干漿）， 測得紙張灰分含量為20.52%，而加入相同加填量的改性PCC 時，紙張灰分含量為26.78%。

本發明的發明人通過一系列的研究發現， 用陽離子苯乙烯-丙烯酸酯包埋PCC 可以制得改性PCC。 將改性PCC 用作造紙填料與雙元助留劑陽離子聚丙烯酰胺和陽離子淀粉一起復配使用， 不僅可以提高紙張的灰分含量， 而且提高了紙張的物理性能和光學性能，從而完成了本發明的目的。

碳酸鈣是一種重要的造紙原料， 本發明的陽離子苯乙烯-丙烯酸酯改性PCC 用作造紙填料， 對于提升紙張檔次， 優化造紙過程及提高生產效率都具有十分重要意義。