一种改性硫酸钙晶须造纸原料及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种改性硫酸钙晶须造纸原料，属于造纸技术领域。所述原料采用改性硫酸钙晶须代替20～35％木(竹)浆的用量。所述改性硫酸钙晶须为将原料硫酸钙晶须分散于加有改性剂的水中，在一定温度下充分搅拌后过滤即得改性硫酸钙晶须。本发明专利技术还涉及所述改性硫酸钙晶须在造纸中的应用。本发明专利技术对硫酸钙晶须进行改性，可以显著提高晶须的留着率，增强纸张的强度；本发明专利技术采用改性硫酸钙晶须替代部分木(竹)浆，降低造纸原料木(竹)浆的使用量，达到降低生产成本及环保的目的。本发明专利技术造纸原料工艺及辅料用量，充分考虑了改性硫酸钙的溶解和晶须与植物纤维表面化学键的相互作用，使纸张的留着率及强度都有保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于造纸
，特别涉及造纸原料及工艺，具体为一种改性硫酸钙晶须造纸原料及应用。
技术介绍
硫酸钙晶须，别名：石膏晶须，石膏纤维。以石膏为原材料,通过人为控制,以单晶形式生长的，具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构的纤维状(须状)单晶体。有一定的长径比，具有好的抗张强度和模量，堆密度小，硫酸钙晶须有二水(CaSO4·2H2O)、半水(CaSO4·0.5H2O)、无水可溶和无水死烧(CaSO4)之分。制备方法当前主要有水热法和常压酸化法。硫酸钙晶须微溶于水，晶须长径比高达10～300，比常用造纸纤维相比属于短小纤维，用改性硫酸钙晶须代替植物纤维在造纸上使用将会产生很大的经济效果。现阶段关于改性硫酸钙晶须造纸的学术论文大多停留在理论探索阶段，甚至一些研究结论与实际造纸应用有矛盾之处。改性硫酸钙晶须在造纸中应用的主要问题：(1)理念上的错误：很多研究者认为改性硫酸钙晶须是填料，和传统造纸中的加的滑石粉、钙粉没什么区别。由于晶须价格远高于钙粉和滑石粉，所以晶须造纸失去了市场优势，没有被生产实际应用。(2)应用技术研究不能满足生产的需要。现有技术中改性硫酸钙晶须在造纸中的应用是模仿作为填料加入的，其加入的量、处理方式和造纸工艺均有缺陷，没有充分考虑硫酸钙晶须溶解和晶须纤维表面化学性质对造纸的影响。最终，导致留着率低、纸的抗张强度指数低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种晶须留着率高、纸张抗张强度好、经济实惠、可用于实际生产的改性硫酸钙晶须造纸原料及应用，本专利技术采用改性硫酸钙晶须代替部分木(竹)浆作为造纸原料，相比以单纯木(竹)浆为主料的造纸技术，它具有更好的经济效果，并且所造得的纸张能够达到单纯木(竹)浆所能达到的效果，是一种新型的造纸原料。本专利技术目的通过下述技术方案来实现：一种改性硫酸钙晶须造纸原料，所述原料采用改性硫酸钙晶须代替20～35％木(竹)浆的用量；所述改性硫酸钙晶须为将原料硫酸钙晶须分散于加有改性剂的水中，在一定温度下充分搅拌后过滤即得改性硫酸钙晶须；所述水与硫酸钙晶须的质量比为8:1～12:1，所述温度为80～90℃，所述搅拌时间为30～50min。一种改性硫酸钙晶须造纸原料，所述原料采用改性硫酸钙晶须代替22～28％木(竹)浆的用量。一种改性硫酸钙晶须造纸原料，所述原料采用改性硫酸钙晶须代替25％木(竹)浆的用量。作为本专利技术一种改性硫酸钙晶须造纸原料具体实施例的一种优选，所述改性剂为十水磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、羧甲基纤维素钠、阳离子淀粉中的两种或多种；所述十水磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0.2～5％；所述三聚磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0.5～3％；所述六偏磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0～3％；所述羧甲基纤维素钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0～2％；所述阳离子淀粉的加入量为硫酸钙干晶须质量的0～3％。作为本专利技术一种改性硫酸钙晶须造纸原料具体实施例的一种优选，所述十水磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0.5％；所述三聚磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的1％；所述六偏磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的1％；所述羧甲基纤维素钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的2％，所述阳离子淀粉的加入量为硫酸钙干晶须质量的0.1％。本专利技术中各改性剂按其功能大致可以分为三类。第一类为十水磷酸钠，主要起阻止硫酸钙溶解；第二类为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠，主要起过度键接作用；第三类为羧甲基纤维素钠和阳离子淀粉，主要起键合植物纤维的作用。这三类试剂功能各自不同但又相互关联，首先，为了阻止硫酸钙的溶解，利用磷酸钙溶度积远小于硫酸钙的事实，第一类改性剂十水磷酸钠可在硫酸钙晶须表面形成一层更难溶解的磷酸钙，阻止内层硫酸钙溶解；第二类试剂三聚和六偏磷酸盐在水中聚合磷酸根以中长链的形式存在，这种链一端容易与第一类改性剂作用的磷酸钙发生化学键连接，形成一类富含羟基的中长链有机层。另外，在温度作用下三聚和六偏磷酸盐可水解出少量磷酸根，水解产生的磷酸根以第一类改性剂功能一样，形成磷酸钙对硫酸钙晶须表面进行密封，进一步降低硫酸钙的溶解度。第三类改性剂，羧甲基纤维素钠和阳离子淀粉均属于具有长链结构。在水中溶解后，其链上的官能团很容易与第二类改性剂中的聚合磷酸链以氢键的形式结合，完成嫁接。被羧甲基纤维素钠和阳离子淀粉嫁接后，硫酸钙晶须的表面化学属性与植物纤维表面基本一致。故改性后的硫酸钙晶须作为造纸原料可以增大自己在造纸中的留着率和纸张的抗张强度。综上所述，第一类和第二类改性剂在用量上，第二类改性剂是可以补充第一类改性剂的，但在考虑改性成本的情况下，先用分子量小、价格便宜的磷酸盐阻止硫酸钙的溶解是更划算的。第三类改性剂与第二种改性剂是相互成键的关系，所以它们的用量需要有合适的比例关系，这是第三类改性剂在硫酸钙晶须表面嫁接充分的保障。以上三类改性剂相互影响，用量过多则生产成本增高，造成浪费；过低则会引起晶须在纸张中的留着率低和纸张抗张强度下降的现象。本专利技术硫酸钙晶须改性主要分三个步骤：首先是磷酸盐、部分三聚磷酸盐和六偏磷酸盐，在水中被电离后的磷酸根与晶须表面的硫酸钙反应，生成磷酸钙沉淀，形成了阻溶层，阻止硫酸钙晶须溶解，降低硫酸钙晶须在水中的溶解度；这是保证硫酸钙晶须高留着率的首要条件。第二步是三聚磷酸盐和六偏磷酸盐具有长链结构的一端容易与晶须表面形成的磷酸钙键合形成具有中长链结构的聚合磷酸根过渡层；最后，当纤维素和阳离子淀粉靠近时，聚合磷酸根层与淀粉和纤维素以氢键的形式相连形成嫁接层，嫁接层具有与植物纤维表面类似的化学键，可以更好的与植物纤维相结合；另外，淀粉表面富阳离子，当与带阴离子的植物纤维接触时，二者可通过静电作用更牢固的结合在一起。本专利技术对硫酸钙进行改性，可以显著提高硫酸钙晶须与植物纤维的结合度，从而达到增强纸张强度，提高晶须留着率的目的。本专利技术还提供所述改性硫酸钙晶须造纸原料在造纸中的应用，所述改性硫酸钙晶须造纸原料应用于造纸工业，包括以下步骤：1)将阳离子淀粉在70～90℃下糊化20～40min后和阳离子瓜尔胶溶液混合备用；2)将助剂和阳离子聚丙烯酰胺溶液混合后备用；3)将改性硫酸钙晶须、糊化后的阳离子淀粉和阳离子瓜尔胶混合液、助剂和阳离子聚丙烯酰胺的混合液依次加入到装有木(竹)浆的白水槽中，并充分搅拌，加入分散剂；4)将白水槽内经混合的浆液通过冲浆泵打入网槽内，并经过压榨、干燥工序得到产品纸张。作为本专利技术改性硫酸钙晶须造纸原料应用具体实施例的一种优选，所述分散剂为聚氧化乙烯(PEO)。作为本专利技术改性硫酸钙晶须造纸原料应用具体实施例的一种优选，所述阳离子淀粉的用量为折干木(竹)浆的5～1.2wt％；所述阳离子瓜尔胶的用量为折干木(竹)浆的0.01～0.1wt％，所述阳离子聚丙烯酰胺用量为折干木(竹)浆的0.05～0.1wt％，所述助剂用量为折干木(竹)浆的0.5～1wt％，所述分散剂的用量为折干木(竹)浆的0.01～0.08wt％。作为本专利技术改性硫酸钙晶须造纸原料应用具体实施例的一种优选，所述阳离子淀粉的用量为折干木(竹)浆的0.7～1wt％；所述阳离子瓜尔胶的用量为折干木(竹)浆的0.04～0.07wt％，所述阳离子聚丙烯酰胺用量为折干木(竹)浆的0.05～0.08wt％，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性硫酸钙晶须造纸原料，其特征在于，所述原料采用改性硫酸钙晶须代替20～35％木(竹)浆的用量；所述改性硫酸钙晶须为将原料硫酸钙晶须分散于加有改性剂的水中，在一定温度下充分搅拌后过滤即得改性硫酸钙晶须；所述水与硫酸钙晶须的质量比为8:1～12:1，所述温度为80～90℃，所述搅拌时间为30～50min。

【技术特征摘要】
1.一种改性硫酸钙晶须造纸原料，其特征在于，所述原料采用改性硫酸钙晶须代替20～35％木(竹)浆的用量；所述改性硫酸钙晶须为将原料硫酸钙晶须分散于加有改性剂的水中，在一定温度下充分搅拌后过滤即得改性硫酸钙晶须；所述水与硫酸钙晶须的质量比为8:1～12:1，所述温度为80～90℃，所述搅拌时间为30～50min。2.如权利要求1所述一种改性硫酸钙晶须造纸原料，其特征在于，所述原料采用改性硫酸钙晶须代替22～28％木(竹)浆的用量。3.如权利要求2所述一种改性硫酸钙晶须造纸原料，其特征在于，所述原料采用改性硫酸钙晶须代替25％木(竹)浆的用量。4.如权利要求1所述一种改性硫酸钙晶须造纸原料，其特征在于，所述改性剂为十水磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、羧甲基纤维素钠、阳离子淀粉中的两种或多种；所述十水磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0.2～5％；所述三聚磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0.5～3％；所述六偏磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0～3％；所述羧甲基纤维素钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0～2％；所述阳离子淀粉的加入量为硫酸钙干晶须质量的0～3％。5.如权利要求4所述一种改性硫酸钙晶须造纸原料，其特征在于，所述十水磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的0.5％；所述三聚磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的1％；所述六偏磷酸钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的1％；所述羧甲基纤维素钠的加入量为硫酸钙干晶须质量的2％，所述阳离子淀粉的加入量为硫酸钙干晶须质量的0.1％。6.如权利要求1至5任一项所述一种改性硫酸钙晶须造纸原料的应用，其特征在于，所述改性硫酸钙晶须造纸原料应用于造纸工业，包括以下步骤：1)将阳离子淀粉在70～90℃下糊化20～40min...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂明生，赵小兵，王鹏飞，
申请(专利权)人：四川理工学院，乐山福斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51