一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法

摘要

本发明公开一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法。将填料与经过粉碎的纤维素浆粕相混合，加入到市售的N-甲基氧化吗啉溶液中，在一定的温度下混合，再在减压加热的条件下蒸发出多余的水分，使纤维素浆粕溶解；将填料和溶解有纤维素浆粕的NMMO水溶液的混合物高速搅拌，析出沉淀物，得到填料-纤维素复合物造纸填料；用常压蒸馏的方法回收NMMO水溶液，循环使用。本发明制备的一种填料-纤维素复合物造纸填料可部分替代植物纤维作为造纸填料，最佳使用量为9％-25％，本发明填料-纤维素复合物可部分替代植物纤维作为填料应用于造纸工业，可显著提高纸张的强度性能。

权利要求

1.一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将填料和粉碎过的纤维素浆粕混合，加入到NMMO水溶液中，在20～70℃下混合

0.5～1h，得到原料混合物；

(2)将原料混合物减压加热后，以500～800r/min的速度搅拌，析出沉淀物；

(3)过滤、收集沉淀物，即得到填料-纤维素复合物造纸填料；

所述填料为煅烧高岭土、碳酸钙或滑石粉中的一种或两种以上的混合物；

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所述减压加热是在真空度为8×10 ～9.5×10Pa，温度为90～110℃的条件下，加热蒸发掉原料混合物中的水分，使NMMO水溶液中水分含量为10％～13％。

2.根据权利要求1所述的一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，其特征在于，所述碳酸钙为粒度不大于325目的沉淀碳酸钙或研磨碳酸钙中的一种或两种混合物。

3.根据权利要求1所述的一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，其特征在于，所述纤维素浆粕为漂白硫酸盐浆、未漂硫酸盐浆或脱墨浆中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，其特征在于，所述填料与绝干纤维素浆粕的质量比为1∶0.05～0.1。

5.根据权利要求1所述的一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，其特征在于，所述NMMO水溶液为市售的质量分数为50％的NMMO溶液。

6.根据权利要求1所述的一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，其特征在于，所述NMMO水溶液与绝干纤维素浆粕的质量比为10～25∶1。

7.根据权利要求1所述的一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，其特征在于，收集所述过滤得到的滤液，采用常压蒸馏的方法回收滤液中的NMMO水溶液。

说明书

一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于造纸领域，具体涉及一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法。

背景技术

[0002] 造纸工业很早就开始使用矿物填料代替浆料中的部分原生纤维。近几年来，这项技术已经迅速成熟起来，且成为造纸过程中不可缺少的一部分。一般来说，矿物填料是造纸过程中所用原料的最重要组分。其原因如下：可通过代替原生纤维来保护环境，降低生产成本；在不额外增加制浆能力的条件下提高产量；可提高纸料滤水性能和干燥速率，在一定程度上提高纸机车速、节省干燥能耗、降低纸张生产操作成本；可提高纸张性能如白度、不透明度、光泽度、孔隙率和印刷性能；提高大部分纸张的质量等级。然而传统的填料及加填方式也存在着缺点，在纸页的形成过程中破坏了纤维间的结合力，使浆料中纤维之间的结合强度下降，使成纸的强度性能往往会有所降低；施胶剂易于吸附在填料粒子的表面，在纸张性能满足实际需要的条件下，增加施胶剂的用量。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，将填料和纤维素浆粕加入NMMO水溶液中，使纤维素浆粕溶解，然后再利用强力搅拌，使填料-纤维素复合物析出，本发明填料-纤维素复合物可部分替代植物纤维作为填料应用于造纸工业，可显著提高纸张的强度性能。

[0004] 本发明制备的一种填料-纤维素复合物造纸填料可部分替代植物纤维作为造纸填料，最佳使用量为9％-25％。

[0005] 本发明目的通过以下技术方案来实现：

[0006] 一种填料-纤维素复合物造纸填料的制备方法，包括以下步骤：

[0007] (1)将填料和粉碎过的纤维素浆粕混合，加入到NMMO水溶液中，在20～70℃下混合0.5～1h，得到原料混合物；

[0008] (2)将原料混合物减压加热后，以500～800r/min的速度搅拌，析出沉淀物；

[0009] (3)过滤、收集沉淀物，即得到本发明填料-纤维素复合物造纸填料。

[0010] 所述填料为煅烧高岭土、碳酸钙或滑石粉中的一种或两种以上的混合物；

[0011] 所述碳酸钙为粒度不大于325目的沉淀碳酸钙或研磨碳酸钙中的一种或两种混合物。

[0012] 所述纤维素浆粕为漂白硫酸盐浆、未漂硫酸盐浆或脱墨浆中的一种或两种以上的混合物。

[0013] 所述填料与绝干纤维素浆粕的质量比为1∶0.05～0.1。

[0014] 所述NMMO水溶液为市售的质量分数为50％的NMMO溶液。

[0015] 所述NMMO水溶液与绝干纤维素浆粕的质量比为10～25∶1。

[0016] 所述减压加热是在真空度为8×104～9.5×104pa，温度为90～110℃的条件下，加热蒸发掉原料混合物中的水分，使纤维素浆粕溶解，使NMMO水溶液中水分含量为10％～13％。

[0017] 步骤(4)所述过滤得到的滤液采用常压蒸馏的方法回收其中的NMMO水溶液，循环使用。NMMO水溶液的回收率为99％。

[0018] 纤维素的结构与淀粉类似，可以与纤维形成氢键，利用填料和纤维素复合制备的造纸填料可以大大增加填料微粒和纤维之间的结合力，从而显著增加成纸的强度性能。工业上生产纤维素的方法与纸厂制浆的过程大同小异，因此，漂白硫酸盐浆、未漂硫酸盐浆和脱墨浆都可作为纤维素的来源，直接来源于造纸厂，价格低廉。要想制备填料-纤维素复合物造纸填料，首先要将纤维素浆粕溶解，然后再利用强力搅拌，使填料-纤维素复合物析出，纤维素可以溶解于多种溶剂中，例如N-甲基氧化吗啉(NMMO)/水(H2O)、LiCL/极性溶剂、强碱溶剂、胺基化合物/盐等。其中，NMMO本身无毒性、回收率高(可达到99％)，可循环使用。

[0019] 本发明相对于现有技术所具有的优点及有益效果：

[0020] (1)溶解纤维素的NMMO有机溶剂，回收率可达99％，环保无污染。

[0021] (2)用的纤维素浆粕不是纯纤维素，可直接来源于造纸厂，价格低廉。

[0022] (3)本发明制备出的填料-纤维素复合物造纸填料由于有纤维素的存在可以大大增加填料与纤维之间的结合力，本发明合成的填料-纤维素复合物与未改性的填料相比，成纸的各项强度指标均有显著提高，使加填的负效应减到最低，充分发挥加填的优点。

具体实施方式

[0023] 实施例1：

[0024] 首先，将质量为10g的煅烧高岭土和绝干质量为0.7g粉碎过的漂白硫酸盐浆(水分为10％)共混，将其加入到10.5g市售的质量分数为50％的NMMO水溶液中，NMMO水溶液的质量与绝干漂白硫酸盐浆的质量比为15∶1，在40℃下混合50min得到原料混合物。然4
后，在真空度为8×10pa，温度为90℃的条件下蒸出混合物中4.5g的水分，使NMMO水溶液的水分为13％，使漂白硫酸盐浆溶解。再在800r/min的速度下高速搅拌，析出沉淀物。收集析出的沉淀物，将其冲洗，干燥，冷却，粉碎成不大于80目的微粒即可得到填料-纤维素复合物造纸填料。用常压蒸馏的方法回收NMMO，回收率达99％，使其循环使用。

[0025] 实施例2：

[0026] 首先，将质量为10g的粒度不大于325目沉淀碳酸钙和绝干质量为1g粉碎过的未漂硫酸盐浆(水分为10％)共混，将其加入到20g市售的质量浓度为50％的NMMO水溶液中，NMMO水溶液的质量与绝干漂白硫酸盐浆的质量比为20∶1，在70℃下混合30min得到4
原料混合物。然后，在真空度为9×10Pa，温度为100℃的条件下蒸出混合物中8.9g的水分，使NMMO溶液的水分为10％，使未漂硫酸盐浆溶解。将混合物在700r/min的速度下高速搅拌，析出沉淀物。收集析出的沉淀物，将其冲洗，干燥，冷却，粉碎成不大于80目的微粒即可得到填料-纤维素复合物造纸填料。用常压蒸馏的方法回收NMMO水溶液，回收率达
99％，使其循环使用。

[0027] 实施例3：

[0028] 首先，将质量为10g的粒度不大于325目研磨碳酸钙和绝干质量为0.8g的粉碎过的脱墨浆(水分10％)共混，将其加入到8g市售的质量浓度为50％的NMMO水溶液中，NMMO水溶液的质量与绝干脱墨浆的质量比为10∶1，在30℃下混合1h，得到原料混合物。4
然后，在真空度为9×10Pa，温度为95℃的条件下蒸出混合物中3.4g的水分，使NMMO溶液的水分为13％，使脱墨浆溶解。将混合物在600r/min的速度下高速搅拌，析出沉淀物。收集析出的沉淀物，将其冲洗，干燥，冷却，粉碎成不大于80目的微粒即可得到填料纤维素复合物造纸填料。用常压蒸馏的方法回收NMMO水溶液，回收率达99％，使其循环使用。

[0029] 实施例4：

[0030] 首先，将质量为10g的滑石粉和绝干质量为0.6g粉碎过的漂白硫酸盐浆(水分10％)共混，将其加入到13.2g市售的质量浓度为50％的NMMO水溶液中，NMMO水溶液的质量与绝干漂白硫酸盐浆的质量比为22∶1，在50℃下混合40min得到原料混合物。然后，
4
在真空度为9.5×10Pa，温度为90℃的条件下蒸出混合物中5.7g的水分，使NMMO溶液的水分为12％，使漂白硫酸盐浆溶解。将混合物在500r/min的速度下高速搅拌，析出沉淀物。
收集析出的沉淀物，将其冲洗，干燥，冷却，粉碎成不大于80目的微粒即可得到填料-纤维素复合物造纸填料。用常压蒸馏的方法回收NMMO水溶液，回收率达99％，使其循环使用。

[0031] 实施例5：

[0032] 将实施例1-4合成的填料-纤维素复合物造纸填料，以废纸脱墨浆为原料，进行抄纸试验，按照GB/T 453-1989测定抗张强度；按照GB/T 454-1989测定耐破强度；按照GB/T463-1989测定成纸灰分；测定成纸灰分与各项强度指标后，与加填未改性填料的纸张进行对比。改性填料与未改性填料用量均为18％，其中，以阳离子聚丙烯酰胺作为填加未改性填料的助留剂，改性填料不添加任何助留剂。成纸灰分与各项强度指标结果见表1。

[0033] 表1

[0034]成纸灰分 抗张指数 耐破指数 层间结合
％ N·m/g Kpa·m2/g J/m2
实施例1 13 25.426 1.593 142.654
普通煅烧高岭土 14 22.121 1.103 100.449
实施例2 14 24.890 1.568 134.890
普通沉淀碳酸钙 15 21.675 1.085 99.367
实施例3 15 25.320 1.582 135.654
普通研磨碳酸钙 16 22.232 1.201 101.445
实施例4 12 24.231 1.496 139.098
普通滑石粉 13 21.865 1.089 102.567

[0035] 通过以上对比试验看出：在灰分大致相同的情况下，本发明合成的填料-纤维素复合物与未改性的填料相比，成纸的抗张指数、耐破指数和层间结合强度增加明显，使用效