本發(fā)明涉及一種紙張抄造的方法，具體涉及一種利用活性硅酸鈣作為造紙?zhí)盍系募垙埑旆椒ǎ瑢儆谠旒埣夹g(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
活性硅酸鈣是一種優(yōu)良的造紙原料，可作為造紙?zhí)盍蠎?yīng)用于紙張生產(chǎn)。在紙張抄造過程，添加活性硅酸鈣可明顯提高紙張灰分，改善紙張性能，降低生產(chǎn)成本，所以活性硅酸鈣用于造紙具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
但是，由于活性硅酸鈣具有多孔、吸附性強(qiáng)的特性，容易大量吸附造紙助劑，所以在紙張生產(chǎn)過程中，隨著活性硅酸鈣用量的增加，造紙助劑的消耗量也隨之增加，進(jìn)而提高了生產(chǎn)成本。并且，采用傳統(tǒng)加填方法，在活性硅酸鈣高加填情況下，其與纖維之間的結(jié)合力較差，從而增加了紙張掉毛、掉粉的風(fēng)險，所以目前采用活性硅酸鈣作為造紙?zhí)盍?，其加填量通常不超過20％。
因此，為了能在不影響紙張性能及生產(chǎn)成本前提下，盡可能提高硅酸鈣加填量和紙張灰分，需要開發(fā)一種適宜的紙張抄造方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種紙張抄造的方法，采用活性硅酸鈣/纖維復(fù)合漿料作為填料進(jìn)行紙張抄造，能夠在不影響紙張性能和原料成本的同時，提高活性硅酸鈣的加填量和紙張灰分。
一種紙張抄造的方法，包括：
采用硅酸鈉溶液對第一紙漿進(jìn)行浸潤，隨后加入石灰乳和催化劑進(jìn)行反應(yīng)，并控制反應(yīng)體系中的鈣硅比(cao與sio2的摩爾比)為0.6～0.9，反應(yīng)完成后，調(diào)節(jié)反應(yīng)產(chǎn)物的ph值至9～11，得到復(fù)合漿料，
向第二紙漿中加入上述復(fù)合漿料，形成造紙體系，對造紙體系進(jìn)行紙張抄造。
本發(fā)明首先利用硅酸鈉溶液對第一紙漿進(jìn)行浸潤，使硅酸鈉溶液充分滲入到第一紙漿纖維腔壁內(nèi)部、分絲表面及網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)；隨后加入石灰乳和催化劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)生成的活性硅酸鈣結(jié)晶于第一紙漿纖維表面，得到復(fù)合漿料；最后將復(fù)合漿料加入到第二紙漿中進(jìn)行紙張抄造。
上述復(fù)合漿料，實(shí)際上是活性硅酸鈣/纖維復(fù)合漿料。本發(fā)明以活性硅酸鈣/纖維復(fù)合漿料作為紙張抄造的填料。由于活性硅酸鈣與纖維能夠充分結(jié)合，所以在紙張抄造過程中及紙張形成后，活性硅酸鈣顆粒不容易脫落，從而避免了填料在紙張抄造過程中的流失，提高了紙張抄造過程中的活性硅酸鈣顆粒的留著率，解決了高加填情況下紙張掉毛、掉粉的問題。
可以理解，在利用硅酸鈉溶液對第一紙漿進(jìn)行浸潤的過程中，第一紙漿應(yīng)具有適宜的打漿度，保證其能夠較好的分絲帚化，從而有利于活性硅酸鈣與第一紙漿的充分結(jié)合。在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，通常控制第一紙漿的打漿度為60～80°sr，上述打漿度，使硅酸鈉溶液得以滲入第一紙漿纖維腔壁內(nèi)部、分絲表面及網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)，這樣為后續(xù)合成活性硅酸鈣創(chuàng)造了有利條件，不僅保證了活性硅酸鈣與紙漿纖維的充分結(jié)合，而且使活性硅酸鈣在紙漿纖維內(nèi)的分布更加均勻。
本發(fā)明對于第一紙漿的種類不做特別限定，在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，通常選擇漂白針葉漿或漂白闊葉漿，也可以是漂白針葉漿與漂白闊葉漿的混合物。
本發(fā)明對于浸潤時間不做嚴(yán)格限定，可根據(jù)第一紙漿的打漿度合理設(shè)定，通常浸潤時間不低于10min。在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，浸潤時間一般為10～30min。
本發(fā)明對所用的硅酸鈉溶液的來源不做特別限定，可商購，也可自行制備，比如可以是硅酸鈉與水的混合物，也可以是主要成分為硅酸鈉的溶液。在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，所選用的硅酸鈉溶液來自粉煤灰脫硅液。粉煤灰脫硅液是粉煤灰提取氧化鋁過程中的副產(chǎn)物，通常是將粉煤灰加入到氫氧化鈉溶液中進(jìn)行脫硅反應(yīng)制得。具體是將二氧化硅質(zhì)量含量為35～45％的粉煤灰加入到質(zhì)量濃度為12～16％的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行脫硅反應(yīng)，控制脫硅反應(yīng)溫度為100～140℃，脫硅反應(yīng)進(jìn)行1～3h后，將得到的漿液進(jìn)行固液分離，得到的液體產(chǎn)物即為粉煤灰脫硅液。采用粉煤灰脫硅液作為硅酸鈉溶液的原料，能夠進(jìn)一步降低造紙成本。
本發(fā)明對硅酸鈉溶液和石灰乳的濃度不做嚴(yán)格限定，在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，硅酸鈉溶液的濃度為40～60g/l，石灰乳的濃度為120～180g/l。
本發(fā)明對于活性硅酸鈣的合成反應(yīng)條件不作特別限定，可采用本領(lǐng)域常規(guī)的原位合成反應(yīng)工藝，在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，是將石灰乳和催化劑加入到充分浸潤的第一紙漿與硅酸鈉溶液的混合液中，在20～40℃下反應(yīng)90min以上。延長反應(yīng)時間，活性硅酸鈣的產(chǎn)率增幅不大，所以通常控制反應(yīng)時間為90～120min。
本發(fā)明對于活性硅酸鈣合成反應(yīng)過程中所用的催化劑不做特別限定，通常采用的催化劑為鋁鹽，比如可以是氯化鋁、硫酸鋁等，也可以是氯化鋁和硫酸鋁的混合物。本發(fā)明對于催化劑的加入量不做特別限定，可按照活性硅酸鈣合成過程中催化劑的常規(guī)量加入。
反應(yīng)結(jié)束后，調(diào)節(jié)反應(yīng)產(chǎn)物的ph值至9～11，使得到的復(fù)合漿料滿足造紙加填使用要求。在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，是通過加入有機(jī)酸，以除去反應(yīng)產(chǎn)物中的殘堿，比如可使用甲酸或乙酸，也可以是二者的混合物。
將上述復(fù)合漿料加入到第二紙漿中，形成造紙體系，然后對造紙體系進(jìn)行紙張抄造。上述復(fù)合漿料，是作為造紙?zhí)盍鲜褂?，本發(fā)明對于復(fù)合漿料在造紙體系中的質(zhì)量含量不做特別限定，可以按照常規(guī)的造紙?zhí)盍系募犹盍亢侠砼渲?。在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，復(fù)合漿料干基在造紙體系干基中的質(zhì)量含量≤45％。通常復(fù)合漿料干基占造紙體系干基總質(zhì)量的30～45％(即復(fù)合漿料的加填量為30～45％)，最終得到的紙張的抗張指數(shù)、松厚度等各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到使用要求，并且由于紙張纖維和造紙?zhí)盍现g結(jié)合力較強(qiáng)，從而解決了高加填情況下紙張易于掉毛、掉粉的問題。
可以理解，在實(shí)際紙張抄造過程中，造紙體系中應(yīng)含有紙張抄造所必需的助劑，可根據(jù)具體對紙張的需求選擇合適的造紙用助劑，比如抄造工藝用助劑和成紙用助劑，本發(fā)明在此不做過多限定。在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，加入的助劑包括取代度為0.01～0.07的陽離子淀粉、烷基烯酮二聚體(akd)、陽離子聚丙烯酰胺(cpam)。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合漿料干基占造紙體系干基總質(zhì)量30～45％的情況下，即造紙?zhí)盍系募犹盍繛?0～45％時，助劑的添加量可小于單純采用活性硅酸鈣作為造紙?zhí)盍蠒r助劑的添加量。在本發(fā)明具體實(shí)施過程中，助劑的加填量可以為：陽離子淀粉：2.5～3.5％、akd：0.1～0.5％、cpam：0.03～0.08％(均相對于絕干纖維與造紙?zhí)盍系馁|(zhì)量和)，比如陽離子淀粉：3.0％、akd：0.3％、cpam：0.05％。
本發(fā)明對于第二紙漿的種類不做特別限定，可選擇造紙領(lǐng)域常用的紙漿，比如與第一紙漿相同或不同。
本發(fā)明對造紙體系進(jìn)行紙張抄造的具體工藝不做特別限定，可采用傳統(tǒng)的紙張抄造工藝進(jìn)行，不贅述。
本發(fā)明提供了一種紙張抄造的方法，采用活性硅酸鈣/纖維復(fù)合漿料作為造紙?zhí)盍希玫降募垙埢曳置黠@高于單純采用活性硅酸鈣作為造紙?zhí)盍系募垙埢曳郑⑶壹垙埖目箯堉笖?shù)、松厚度等各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到使用要求。并且，在高加填量(30～45％)的情況下，無需加入大量的造紙用助劑。因此，本發(fā)明解決了現(xiàn)有活性硅酸鈣高加填紙化學(xué)助劑消耗量高、易于掉毛掉粉的問題，提高了紙產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步完善了活性硅酸鈣造紙應(yīng)用技術(shù)。
同時，采取本發(fā)明的方法能夠提高活性硅酸鈣的加填量，降低了紙張的生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
以下實(shí)施例中，紙張定量和松厚度的測定遵照《gb/t451.2-2002紙和紙板定量的測定》進(jìn)行；紙張灰分的測定遵照《gb/t742-2008造紙原料、紙漿、紙和紙板灰分的測定》進(jìn)行、紙張抗張強(qiáng)度(抗張指數(shù))的測定遵照《gb/t12914-2008紙和紙板抗張強(qiáng)度的測定》進(jìn)行。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種紙張抄造的方法，具體包括如下步驟：
1、制備粉煤灰脫硅液
將二氧化硅含量約為40wt％的粉煤灰加入到濃度為16wt％的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行脫硅反應(yīng)，控制脫硅反應(yīng)溫度約為120℃，脫硅反應(yīng)時間約為2h，然后將得到的漿液進(jìn)行固液分離，收集得到的液體產(chǎn)物，即為粉煤灰脫硅液，其中硅酸鈉的濃度約為50g/l。
2、制備復(fù)合漿料
采用打漿度為65°sr的漂白針葉木漿作為第一紙漿，將第一紙漿加入到上述粉煤灰脫硅液中充分混合并浸潤20min左右，然后加入cao濃度約為160g/l的石灰乳和氯化鋁催化劑進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)體系中鈣硅比約為0.85，反應(yīng)溫度為30℃左右，反應(yīng)時間為90min。反應(yīng)完成后，加入乙酸，調(diào)節(jié)反應(yīng)產(chǎn)物的ph值至10左右，得到復(fù)合漿料，即活性硅酸鈣/纖維復(fù)合漿料。
3、紙張抄造
將打漿度為45°sr的針葉木漿和打漿度為46°sr的闊葉木漿以3:7的質(zhì)量比混合均勻，得到第二紙漿，然后向第二紙漿中加入上述復(fù)合漿料及造紙用助劑，形成造紙體系，然后進(jìn)行紙張抄造，得到紙張。
其中，復(fù)合漿料的加填量為40％，所加入的造紙用助劑為陽離子淀粉：3.0％、akd：0.3％、cpam：0.05％(相對于絕干紙漿與填料的用量之和)，抄造濃度(即調(diào)配好的抄紙用漿料濃度，下同)為0.8％。
對實(shí)施例1得到的紙張性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種紙張抄造的方法，包括如下步驟：
1、制備粉煤灰脫硅液
將二氧化硅含量約為40wt％的粉煤灰加入到濃度為16wt％的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行脫硅反應(yīng)，控制脫硅反應(yīng)溫度約為120℃，脫硅反應(yīng)時間約為2h，然后將得到的漿液進(jìn)行固液分離，收集得到的液體產(chǎn)物，即為粉煤灰脫硅液，其中硅酸鈉的濃度約為50g/l。
2、制備復(fù)合漿料
采用打漿度為70°sr的漂白針葉木漿作為第一紙漿，將第一紙漿加入到上述粉煤灰脫硅液中充分混合并浸潤20min左右，然后加入cao濃度約為160g/l的石灰乳和氯化鋁催化劑進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)體系中鈣硅比約為0.85，反應(yīng)溫度約為40℃，反應(yīng)時間為120min。反應(yīng)完成后，加入乙酸，調(diào)節(jié)反應(yīng)產(chǎn)物的ph值至10左右，得到復(fù)合漿料，即活性硅酸鈣/纖維復(fù)合漿料。
3、紙張抄造
將打漿度為45°sr的針葉木漿和打漿度為46°sr的闊葉木漿以3:7的質(zhì)量比混合得到第二紙漿，向第二紙漿中加入上述復(fù)合漿料和造紙用助劑，形成造紙體系，然后進(jìn)行紙張抄造，得到紙張。
其中，復(fù)合漿料的加填量為40％，所加入的助劑為陽離子淀粉：3.0％、akd：0.3％、cpam：0.05％(相對于絕干紙漿與填料的用量之和)，抄造濃度為0.8％。
對實(shí)施例2得到的紙張性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表1所示。
對照例1
將打漿度為45°sr的針葉木漿和打漿度為46°sr的闊葉木漿以3:7的質(zhì)量比混合均勻，得到混合漿料；向混合漿料中加入活性硅酸鈣填料和造紙用助劑，形成造紙體系，然后進(jìn)行紙張抄造，得到紙張。
其中，活性硅酸鈣的加填量為40％，所加入的造紙用助劑為陽離子淀粉：3.0％、akd：0.3％、cpam：0.05％(相對于絕干紙漿和填料的用量之和)，抄造濃度為0.8％。
對對照例1得到的紙張性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表1所示。
表1紙張性能測試結(jié)果
注：表1中的“定量”，指的是單位面積紙張重量。
根據(jù)表1可知，采用活性硅酸鈣/纖維復(fù)合漿料作為造紙?zhí)盍希c單純采用活性硅酸鈣作為造紙?zhí)盍?，在較大加填量時，可明顯提高紙張灰分和紙張強(qiáng)度，同時對紙張松厚度影響不大。
延長活性硅酸鈣/纖維復(fù)合漿料制備過程中硅酸鈉溶液對紙漿纖維的浸潤時間和反應(yīng)時間，所制備的復(fù)合填料用于紙張加填，可進(jìn)一步提高紙張灰分、松厚度和抗張指數(shù)，這說明活性硅酸鈣與纖維的充分結(jié)合至關(guān)重要。
最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。