CN104099803A - 造纸工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种造纸工艺，其包括如下步骤：提供羧基含量为0.06～1.5mmol/g的改性纤维；利用所述改性纤维配制混合浆，在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的1%～100%；以及利用所述混合浆抄造纸张。与现有技术相比，本发明所提供的造纸工艺具有良好的填料留着率。
Description
技术领域
本发明涉及一种造纸工艺，尤其涉及一种能够有效提高填料留着的造纸工艺。
背景技术
在现代造纸工艺中，为了降低纸张生产成本和改善印刷性能，大量的无机填料被添加到浆料系统中。由于天然植物纤维自身留着填料的能力很差，为了实现填料的留着，通常会在纸浆中添加丙烯酰胺、淀粉等助留剂。
然而，对于PCC（沉淀碳酸钙）等粒径较小、表面电荷性能接近中性的填料粒子来讲，采用向纸浆中添加丙烯酰胺、淀粉等助留剂的方式对填料的留着要较GCC（研磨碳酸钙）、kaolin（高岭土）等要差。。
因此，如何能够更有效地提高PCC等粒径较小、表面电荷性能接近中性的填料粒子的留着率是目前业界所普遍关注的问题之一。
发明内容
有鉴于此，在传统造纸工艺使用助留体系的基础上，再提供一种能够有效提高/补充填料留着性能的造纸工艺实为必要。
一种造纸工艺，其包括如下步骤：提供羧基含量为0.06～1.5mmol/g的改性纤维；利用所述改性纤维配制混合浆，在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的1%～100%；以及利用所述混合浆抄造纸张。
优选的，所述改性纤维的羧基含量为0.15～0.5mmol/g。
优选的，在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的10%～50%。
优选的，在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的20%～40%。
与现有技术相比，本发明所提供的造纸工艺通过利用羧基含量为0.06～1.5mmol/g，优选为0.15～0.5mmol/g的改性纤维来作为抄造纸张的部分或者全部主体纤维使用，利用改性纤维表面富含的羧基官能团促进了纤维的润胀，增加纤维与纤维、纤维与填料间结合力，形成更为致密的纤维网状结构，通过这种网络结构的机械截留和羧基官能团的离子化作用，可以增加填料的留着，实现纸张的高加填量。
具体实施方式
本发明实施方式提供的造纸工艺，其包括如下步骤：
提供羧基含量为0.06～1.5mmol/g的改性纤维；
利用所述改性纤维配制混合浆，在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的1%～100%；以及
利用所述混合浆抄造纸张。
优选的，所述改性纤维的羧基含量为0.15～0.5mmol/g。
优选的，在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的10%～50%。
进一步的，在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的20%～40%。
优选的，在所述混合浆中，填料的添加量为纤维绝干浆的1%～80%。
进一步的，在所述混合浆中，填料的添加量为纤维绝干浆的20%～60%。
在本实施方式中，所述羧基含量为0.06～1.5mmol/g的改性纤维是采用TEMPO氧化体系来对植物纤维进行羧基化改性所制得的。
在本发明中，所述植物纤维主要指针叶材、阔叶材、禾草类及其它植物纤维原料。在本实施方式中，优选针叶材和阔叶材纤维原料来作为羧基化改性的植物纤维。
在本实施方式中，在所述TEMPO氧化体系中，主要包含催化剂、氧化剂以及辅助催化剂三种物质，其中，催化剂为TEMPO或其衍生物，氧化剂可选择次氯酸盐、亚氯酸盐、高氯酸盐、双氧水、二氧化氯中的一种或多种，辅助催化剂可选择碘化物、溴化物或者它们的混合物。
本实施方式中，通过利用TEMPO氧化体系对纤维素分子C6位的伯羟基具有高度选择性氧化的特性，可以将纤维素分子C6位的伯羟基氧化为羧基，从而在植物纤维的纤维素表面形成大量的羧基。
需要说明的是，由于植物纤维中的纤维素是多羟基化合物，在其大分子链中每个葡萄糖基环上有三个活泼的羟基（分别是位于C2、C3位的两个仲羟基和位于C6位的一个伯羟基）。在一般情况下，纤维素各种不同形式的氧化反应多发生在这三个羟基上，不同的羟基可发生不同的氧化反应，其中可能发生氧化生成羧基的反应主要包括：（1）C6位的伯羟基氧化成醛基，并继续氧化成羧基；（2）链末端环节中的还原性基团氧化成羧基；（3）C2、C3位的两个仲羟基氧化成醛基，并继续氧化成羧基。
由于，在本发明中，其主要目的是对植物纤维进行羧基化改性，以得到具有羧基含量为0.06～1.5mmol/g，优选的羧基含量为0.15～0.5mmol/g的改性纤维，因此，在本发明中，对所述植物纤维进行羧基化改性的过程中，并不仅限于对纤维素分子C6位的伯羟基进行羧基化改性，根据所使用的氧化体系的反应原理的不同，纤维素分子中的C2、C3位的仲羟基、C6位的伯羟基以及纤维素分子中能够被氧化改性为羧基的其它位置均可以作为本步骤中可以选择的进行羧基化改性的位置。
因此，在本发明中，对植物纤维进行羧基化改性所使用的氧化体系并不仅限于本实施方式所使用的TEMPO氧化体系，根据不同的氧化机理，在本发明中，对植物纤维进行羧基化改性所使用的氧化体系可以是：非选择性氧化体系，其包括次氯酸钠、过氧化氢、过硫酸等能够对纤维素上的伯羟基和仲羟基同时进行氧化的氧化剂中的至少一种；或者是能够对纤维素的仲羟基进行选择性氧化的氧化剂体系，其包括过碘酸、过碘酸盐中的至少一种；还可以是能够对纤维素的伯羟基进行选择性氧化的氧化剂体系，其除了TEMPO系列氮氧基类氧化体系外，还包括次氯酸盐氧化体系、NO2和N2O4系列的氧化氮类氧化体系、包含溴酸钠、氯酸钠及亚氯酸钠的氧化体系。只要能够使得改性后的纤维的羧基含量为0.06～1.5mmol/g，优选为0.15～0.5mmol/g即可。
与现有技术相比，本发明所提供的造纸工艺通过利用羧基含量为0.06～1.5mmol/g，优选为0.15～0.5mmol/g的改性纤维来作为抄造纸张的部分或者全部主体纤维使用，利用改性纤维表面富含的羧基官能团促进了纤维的润胀，增加纤维与纤维、纤维与填料间结合力，形成更为致密的纤维网状结构，通过这种网络结构的机械截留和羧基官能团的离子化作用，可以增加填料的留着，实现纸张的高加填量。
以下，通过具体实施例来进一步说明本发明实施方式所提供的造纸工艺的优势所在，实验共分三组，在此三组实验中，浆料的浓度均为1%，搅拌机转速均为900rpm，混合时间均为3分钟。在本实验所采用的造纸工艺中，均未添加任何的化学助剂，混合浆中只有未氧化浆料、氧化浆料及填料（PCC）组成。
需要说明的是，下述各组实验中，所谓的“未氧化LBKP浆”即指未采用氧化体系进行羧基化改性的天然植物纤维，相应的，所谓的“氧化LBKP浆”即指采用氧化体系对其进行了羧基化改性后得到的改性纤维。
第一组：在填料的添加量相同的情况下，对使用未氧化的LBKP浆、分别具有不同氧化程度（羧基含量不同）的LBKP浆抄造的纸张的灰分含量及灰分保留率进行对比实验，其中各组实验中的LBKP浆的用量相同；
对比例1：取定量的未氧化的LBKP浆（漂白硫酸盐阔叶木浆）作为空白样，加填45%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
实施例1：取等量的氧化LBKP浆（羧基含量为0.2mmol/g），加填45%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
实施例2：取等量的氧化LBKP浆（羧基含量为0.7mmol/g），加填45%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
实施例3：取等量的氧化LBKP浆（羧基含量为1.5mmol/g），加填45%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
第二组：在填料的添加量不同的情况下，对使用未氧化的LBKP浆、氧化LBKP浆抄造的纸张的灰分含量及灰分保留率进行对比实验，其中各组实验中的LBKP浆的用量相同；
对比例2：取定量的未氧化的LBKP浆作为空白样，加填5%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
实施例4：取等量的氧化LBKP浆（其羧基含量为0.2mmol/g），加填5%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
对比例3：取定量的未氧化的LBKP浆作为空白样，加填40%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
实施例5：取等量的氧化LBKP浆（其羧基含量为0.2mmol/g），加填40%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
对比例4：取定量的未氧化的LBKP浆作为空白样，加填80%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
实施例6：取等量的氧化LBKP浆（其羧基含量为0.2mmol/g），加填80%PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片，测试成纸的灰分含量及灰分保留率。
第三组：在填料的添加量相同、氧化LBKP浆的羧基含量相同的情况下，改变氧化LBKP浆在混合浆中的含量，对比利用包含有不同含量的氧化LBKP浆的混合浆所抄造的纸张的灰分含量及灰分保留率；
实施例7：将氧化LBKP浆（羧基含量0.2mmol/g）与原浆进行配抄形成混合浆，在所述混合浆中，氧化LBKP浆的比例为纤维绝干浆的5%，加填45%的PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片。
实施例8：将氧化LBKP浆（羧基含量0.2mmol/g）与原浆进行配抄形成混合浆，在所述混合浆中，氧化LBKP浆的比例为纤维绝干浆的40%，加填45%的PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片。
实施例9：向羧基含量为0.2mmol/g的氧化LBKP浆中加填45%的PCC，搅拌机搅拌均匀后，进行抄片。
以上三组实验的对比数据如下表：
由第一组实验数据可以明显看出，在体系内的填料量一定的情况下，与使用天然植物纤维抄造出来的纸张相比，使用经过羧基化改性后的改性纤维所抄造出来的纸张的灰分含量以及灰分保留率具有明显提高。
由第二组实验数据可以明显看出，在保持纤维的羧基含量不变的情况下，随着填料的使用量的增加，使用经过羧基化改性后的改性纤维所抄造出来的纸张的灰分含量以及灰分保留率依然明显高于使用天然植物纤维抄造出来的纸张的灰分含量以及灰分保留率。
由第三组实验数据可以得出，在本发明所提供的造纸工艺中，在保持改性纤维的羧基含量不变的情况下，随着改性纤维在混合制浆中的含量的增加，所抄造出来的纸张的灰分含量以及灰分保留率表现出先明显增加，后维持平稳的变化特点。
综合上述三组实验数据的对比结果可以得出，本发明所提供的造纸工艺通过利用羧基含量为0.06mmol/g～1.5mmol/g，优选为0.15～0.5mmol/g的改性纤维来作为抄造纸张的部分或者全部主体纤维使用，确实能够增加PCC等颗粒较小、比表面积接近中性的填料离子的留着，实现纸张的高加填量。
可以理解的，在依照本发明所提供的造纸工艺进行造纸生产时，可以根据实际需求向纸浆中进一步添加聚丙烯酰胺、淀粉等本领域所常用的助留助滤剂，以进一步改善浆料对PCC等填料粒子的的留着。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种造纸工艺，其包括如下步骤：
提供羧基含量为0.06～1.5mmol/g的改性纤维；
利用所述改性纤维配制混合浆，在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的1%～100%；以及
利用所述混合浆抄造纸张。
2.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：所述改性纤维的羧基含量为0.15～0.5mmol/g。
3.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的10%～50%。
4.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：在所述混合浆中，所述改性纤维的含量为纤维绝干浆的20%～40%。
5.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：所述混合浆中含有填料，所述填料的添加量为纤维绝干浆的1%～80%。
6.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：所述改性纤维是采用TEMPO系列氮氧基类氧化体系来对植物纤维进行羧基化改性后得到的。
7.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：所述改性纤维是采用能够对植物纤维的伯羟基和仲羟基同时进行氧化的非选择性氧化体系来对植物纤维进行羧基化改性后得到的。
8.如权利要求7所述的造纸工艺，其特征在于：所述非选择性氧化体系包括次氯酸钠、过氧化氢及过硫酸盐中的至少一种。
9.如权利要求1所述的造纸工艺，其特征在于：所述改性纤维是采用选择性氧化体系来对植物纤维进行羧基化改性后得到的，所述选择性氧化体系包括对所述植物纤维的仲羟基进行选择性氧化的氧化剂体系以及对植物纤维的伯羟基进行选择性氧化的氧化剂体系。
10.如权利要求9所述的造纸工艺，其特征在于：所述对所述植物纤维的仲羟基进行选择性氧化的氧化剂体系包括过碘酸、过碘酸盐中的至少一种，所述对植物纤维的伯羟基进行选择性氧化的氧化剂体系包括TEMPO系列氮氧基类氧化体系、次氯酸盐氧化体系、NO2和N2O4系列的氧化氮类氧化体系以及包含溴酸钠、氯酸钠及亚氯酸钠的氧化体系。
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