一种用于造纸填料的改性硅灰石的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于造纸填料的改性硅灰石的制备方法，利用无机酸将未改性的硅灰石粉体颗粒表面部分溶解，然后在碱性条件下将溶解的物质再沉积到硅灰石粒子表面，实现硅灰石颗粒的结构重建，其制备过程包括原料准备、酸化处理、碱化处理和过滤干燥等主要步骤。本方法具有工艺简单、改性化学药品价廉易得、生产设备投资小等优点，所制备的硅灰石填料白度高、磨损低、松厚性好，继承了未改性硅灰石的优点，克服了原有的缺点，所抄造的纸页具有良好的机械强度、光学性能、印刷适应性和外观性能，延长成型网的寿命，降低纸张生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于造纸
，涉及。
技术介绍
在造纸过程中加入填料能够降低生产成本，增加纸张的白度、不透明度等光学性能，改善纸张尺寸稳定性，同时提高纸张的印刷适应性，但是加填也会带来一些负面作用，例如降低纸张强度。对于一般填料，若造纸过程没有使用助留系统或使用不当，填料在纸张中留着比较困难。硅灰石是近年来开发的一种新型造纸填料，它是一种三斜链状偏硅酸钙矿物，分子式为CaSiO3或Ca3Si3O9，化学成分含量:Si0240%~50%、Ca045%~50%、Al2032%~5%、Mg02%~5%，呈白色或灰白色，玻璃光泽到珍珠光泽，密度2.78~2.91g/cm3，硬度4.5~5.0，熔点1544°C，具有较好的热稳定性和化学稳定性。颗粒呈针状或纤维状，生产工艺不同，长径比不同，通常长径比为(7~8): 1，有的可达(15~20): I。由于硅灰石的纤维状外形，吸引了许多造纸研究人员和企业的注意，并进行了系列研究。研究表明，硅灰石可以作为功能填料部分替代纸浆纤维，降低生产成本；与传统的造纸填料不同，加入一定量的纤维状硅灰石，对纸张强度影响不大；硅灰石的留着率比传统填料高，可达70%~80%。但是，硅灰石在实际应用过程中存在两个问题:(I)硅灰石在分级破碎过程中会表现出沿着解理面解理破碎的趋势，使得硅灰石粉体形成尖锐的棱角，硅灰石填料硬度较高、粒度较大，在抄纸过程中会对纸机网部(成型网和脱水元件)产生磨损，降低其使用寿命；(2)由于硅灰石的密度高于纤维，当加填量较高时，如果纸页定量不变，随着填料量的增加，纸页的松厚度降低。为了进一步提高硅灰石作为造纸填料的应用效果，解决应用中出现的问题，对硅灰石进行改性处理是一种思路。CN102249530A公开了一种利用阳离子酰胺类的高聚物在硅灰石粉碎过程中的干法改性硅灰石的方法，增加硅灰石的加填量，提高张张的印刷和光学性能。CN103031761A公开了利用多种化学品复合改性造纸用硅灰石的方法，首先在粉碎过程中加入改性剂A，然 后加水使硅灰石成浆后，再依次加入改性剂B和C，以进一步提高填料留着率，从而减少对纸机设备的磨损，提高填料的添加量。CN102745909A公开了一种低磨耗硅灰石填料的制备方法，主要是在填料成浆的情况下在表面包覆一层易成膜的高分子物质。这些方法的思路均是在硅灰石粒子的表面吸附或包覆一层阳离子物质，提高在抄纸过程中的留着率。但是，在硅灰石的粉碎过程中添加改性剂的干法改性，虽然操作简单，但实践证明并不能完全解决硅灰石使用过程中出现的问题，湿法改性可导致填料生产厂家的生产成本、储运成本增加，或者造纸厂投资增加、操作繁琐，另外这些方法均是通过添加另外的化学品来改性硅灰石填料，带来的问题可能干扰纸机湿部的电荷平衡，达不到预想的效果O
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改性硅灰石制备方法，利用该制备方法获得的改性硅灰石作为造纸填料，提高纸页的白度、松厚度并减少抄纸时对纸机脱水元件的磨损。本专利技术实现目的的技术方案如下:，具体方法如下:⑴将未改性硅灰石粉体放入水中，搅拌混合，得到质量浓度为1-35 %的硅灰石粉体悬浮液，将悬浮液的温度升至20-99°C ；⑵加入硅灰石重量的0.1-12%的0.01-1.50mol/L磷酸盐溶液，搅拌混合均匀，将浓度为5-98%无机酸溶液加到硅灰石粉体悬浮液中，无机酸用量为硅灰石重量的1-50%，然后继续搅拌反应至pH值≥5.5时，反应停止；⑶继续向前述的反应体系中加入质量浓度为0.1-55%无机碱性物质，调节pH值至6.5-9.5，反应5-90min后停止搅拌，静置冷却以使改性硅灰石得以陈化稳定；⑷将步骤⑶获得的反应产物进行过滤和干燥，即得到改性的硅灰石。而且，所述磷酸盐为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸钠、多聚磷酸钠或焦磷酸钠中的一种或至少两种的混合物。而且，所述无机酸为硫酸、盐酸、硝酸或磷酸中的一种或至少两种的混合物。而且，所述无机碱性物质为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、氧化钙、氢氧化钡、氧化钡和硅酸钠中的一种或至少两种的混合物。而且,所述未改性娃灰石粉体选用平均粒径=50 μ m的未改性的娃灰石粉体。本专利技术取得的优点和有益效果是:1、本专利技术以硅灰石为原料，通过无机化学反应改变填料化学组成、颗粒表面状况等，实现了对硅灰石粉体的粒子重构，在硅灰石粉体颗粒原有的纤维状或针状形态的基础上，表面包覆一层疏松多孔物质，在保持原有的特性的同时，白度提高，磨损和堆积密度下降，所加填抄造的纸页性能好。2、本专利技术涉及的硅灰石改性方法具有工艺简单、改性化学药品价廉易得、生产设备投资小等优点，用本专利技术所制备的硅灰石填料，继承了未改性硅灰石的优点，克服了原有的缺点，所抄造的纸页具有良好的机械强度、光学性能、印刷适应性和外观性能，延长成型网的寿命，降低纸张生产成本，具有光明的工业应用前景。【附图说明】图1硅灰石改性前后颗粒形貌变化；图1a:改性前硅灰石(X500);图1b:改性后硅灰石(X500);图1c:改性后硅灰石(X1000);图1d:改性硅灰石颗粒表面(X5000)；图2为本专利技术硅灰石改性前后粒径大小及分布变化，I是改性前，2是改性后。【具体实施方式】下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。本专利技术以下的百分比均为重量百分比，特殊标明的除外。实施例1，步骤如下:⑴将IOg未改性硅灰石粉体加入反应容器中，加水配制成质量浓度为10%的悬浮液，放入水浴中加热至50°C，并充分搅拌混合；⑵加质量浓度为2%的六偏磷酸钠溶液10ml，搅拌2min后，缓慢加入1.0ml浓硫酸(98% )，当反应体系pH值> 5.5时，酸化反应完成；⑶加入质量浓度为5%的烧碱溶液，调整悬浮液pH值至8.5，继续反应10min后，停止搅拌和加热并静置陈化20min ；⑷用布式漏斗将悬浮液过滤，滤饼在105°C下干燥即得改性硅灰石。用贝克曼库尔特LS13320激光衍射分析仪测量颗粒粒径。使用与对比例相同的混合浆料进行抄纸，不同的是所用的填料是本实施例制得的改性硅灰石填料。按照与对比例相同的步骤得到的纸页性能如表1所示。可以看出，与未改性硅灰石比较，改性后的硅灰石粒径增大、白度增加、磨损值下降，加填后所抄造的纸页松厚度升高、白度增大，而抗张强度、耐破强度和灰分含量略有下降。实施例2，步骤如下:⑴将15g未改性娃灰石粉体加入反应容器中,加水配制成质量浓度为15%的悬浮液，放入水浴中加热至80°C，并充分搅拌混合；⑵加质量浓度为5%的三聚磷酸钠溶液10ml，搅拌2min后，缓慢加入1.5ml浓盐酸(37% )，当反应体系pH值> 5.5时，酸化反应完成； ⑶加入质量浓度为10%的碳酸钠和硅酸钠(I:1)混合溶液，调整悬浮液pH值至8.5，继续反应10min后，停止搅拌和加热并静置30min ；⑷用布式漏斗将悬浮液过滤，滤饼在105°C下干燥即得改性硅灰石。用贝克曼库尔特LS13320激光衍射分析仪测量颗粒粒径。使用与对比例相同的混合浆料进行抄纸，不同的是所用的填料是本实施例制得的改性硅灰石填料。按照与对比例相同的步骤得到的纸页性能如表1所示。可以看出，与未改性硅灰石比较，改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于造纸填料的改性硅灰石的制备方法，其特征在于：具体方法如下：⑴将未改性硅灰石粉体放入水中，搅拌混合，得到质量浓度为1‑35％的硅灰石粉体悬浮液，将悬浮液的温度升至20‑99℃；⑵加入硅灰石重量的0.1‑12％的0.01‑1.50mol/L磷酸盐溶液，搅拌混合均匀，将浓度为5‑98％无机酸溶液加到硅灰石粉体悬浮液中，无机酸用量为硅灰石重量的1‑50％，然后继续搅拌反应至pH值≥5.5时，反应停止；⑶继续向前述的反应体系中加入质量浓度为0.1‑55％无机碱性物质，调节pH值至6.5‑9.5，反应5‑90min后停止搅拌，静置冷却以使改性硅灰石得以陈化稳定；⑷将步骤⑶获得的反应产物进行过滤和干燥，即得到改性的硅灰石。

【技术特征摘要】
1.一种用于造纸填料的改性硅灰石的制备方法，其特征在于:具体方法如下: ⑴将未改性硅灰石粉体放入水中，搅拌混合，得到质量浓度为1-35%的硅灰石粉体悬浮液，将悬浮液的温度升至20-99°C ； ⑵加入硅灰石重量的0.1-12%的0.01-1.50mol/L磷酸盐溶液，搅拌混合均匀，将浓度为5-98%无机酸溶液加到娃灰石粉体悬浮液中，无机酸用量为娃灰石重量的1-50%,然后继续搅拌反应至pH值≥5.5时，反应停止； ⑶继续向前述的反应体系中加入质量浓度为0.1-55%无机碱性物质，调节pH值至6.5-9.5，反应5-90min后停止搅拌，静置冷却以使改性硅灰石得以陈化稳定； ⑷将步骤⑶获得的反应产物进行过滤和干燥，即得到改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王高升，薛洪龙，熊钢，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津;12