[發明專利]一種造紙用陽離子硅灰石礦物纖維漿的制備方法

有效

• 申請號: 201210514517.3
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103031761A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 劉士亮;趙華雄;王利君;鄔峭峰
• 申請（專利權）人: 上海華杰泰礦纖科技有限公司
• 主分類號: D21B1/34
• 分類號: D21B1/34;D21C3/22
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及一種礦物纖維在造紙中的應用，尤其是一種造紙用陽離子硅灰石礦物纖維漿的制備方法，屬于造紙材料和造紙方法領域。

背景技術

自蔡倫發明造紙術以來，傳統的造紙業一直以植物纖維（木質纖維）作為主要原料，因此造紙業也一直是消耗森林資源的主要產業之一。目前紙張已成為人類生產、生活不可缺少的必需品之一，就我國目前對紙制品的需求而言，每年均以10%左右的速度遞增，造紙業對木材的需求和森林資源匱乏之間的矛盾已經成為約束該行業持續發展的主要因素。

自上世紀以來，從天然礦物資源中尋找造紙原料的部分替代資源已經成為造紙業相關研究的主攻方向之一，因此出現了以自然界中的天然巖石為原材料，經加工處理后作為填料添加于紙張中用于改善成紙性質、降低漿耗成本的加填方式。

在造紙工藝中，填料作為紙漿纖維的替代品，其添加量僅次于植物纖維，是紙張的第二大組分，通常為無機礦物材料，填料的價格遠遠低于植物纖維，可以以5-30%的比例代替部分植物纖維，從而降低成紙漿耗成本，減少對森林資源的消耗。但是傳統填料在實際應用過程中卻存在著以下問題：

①在不添加助留劑的條件下，留著率難以達到較高水平。

②隨著助留體系的成熟應用，留著率達到較高水平的同時，對成紙質量也產生了一定的影響，包括物理強度、松厚度、表面性能等性質。這使得造紙學者將更多的目光轉向了具有優良長徑比的硅灰石礦物纖維，以期利用其特殊的纖維形態在保證成紙質量的前提下，進一步提高植物纖維替代比例，從而降低漿耗成本，保護森林資源。

硅灰石是一種天然產出的鏈狀偏硅酸鹽礦物，其形態呈纖維狀、放射狀、針狀集合體，晶型的長徑比在6:1-30:1，經特殊加工破碎至5000目時仍能保持其纖維狀形態。硅灰石經加工成礦物纖維后可以部分替代植物纖維，留著率要遠遠高于傳統填料，但由于硅灰石礦物纖維表面不存在能與植物纖維表面產生化學結合作用的基團，留著率較高僅是由于其特殊的纖維形態使得機械截留作用更為明顯所致，但其結合力遠不如植物纖維之間的氫鍵結合或化學鍵結合力強。因此，硅灰石礦物纖維在應用時也存在著與傳統填料類似的問題：在紙頁中保留越多，對紙張性能尤其是強度性能影響越大。

近些年來，一些研究者的探索表明：對天然硅灰石礦物纖維進行表面改性可進一步提高硅灰石礦物纖維與植物纖維的相容性，減輕其對紙張抄造過程及成紙性能產生的不利影響，充分發揮了其纖維狀形態在紙張生產中的應用優勢。為此中國專利文獻公開了專利號為ZL03117141.9的“造紙用改性硅灰石礦物纖維及用其造紙的方法”。提出幾種對硅灰石礦物纖維進行表面改性的工藝方法，改善其在抄紙過程中與植物纖維的相容性，減輕應用時產生的不利影響，使之成為更能適用于造紙抄紙工藝的理想原料。該專利的技術提出的技術方案含以下三種：

其一，是在硅灰石破碎過程中，通過利用工業用硫酸鋁或工業用氫氧化鋁的一種或幾種的組合物、以及工業用碳酸氫鈉或工業用氫氧化鈉中的一種或幾種的組合，共同組成硅灰石礦物纖維的改性劑A，對硅灰石礦物纖維進行改性處理，使之成為更能適用于造紙抄紙工藝的理想原料。

其二，是在硅灰石破碎過程中，按硅灰石礦物重量的一定比例添加由陽離子金屬鹽三氯化鋁、硫酸鋁鉀、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵中的一種或幾種；或者為復合金屬鹽：聚合硫酸鋁鐵/聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸氯化鐵/聚合硫酸氯化鋁、聚合鋁硅/聚合鐵硅、聚合硅酸鋁/聚合硅酸鐵、聚合氯化磷酸鋁、聚合鋁/鐵-聚丙烯酸銨、聚合鋁/鐵-甲殼素中的一種或幾種組成改性劑B，對硅灰石礦物纖維進行改性處理，使之成為更能適用于造紙抄紙工藝的理想原料。

其三，是在硅灰石破碎過程中，按硅灰石礦物重量的一定比例添加利用礦物質蒙脫石、膨潤土、改性蒙脫石、改性膨潤土、改性瓷土中的一種或幾種作為改性劑C。對硅灰石礦物纖維進行改性處理，使之成為更能適用于造紙抄紙工藝的理想原料。

根據本發明人多年來對硅灰石礦物纖維改性技術的跟蹤、研究，認為上述技術方案提出的硅灰石礦物纖維改性技術，雖然在一定程度上改善了硅灰石礦物纖維與植物纖維的相容性，提高了礦物纖維在抄紙過程中的留著率，但礦物纖維在造紙應用過程中依然存在的另外兩個問題并未得到解決：一是由于硅灰石原礦硬度較高，表面銳利，在抄紙過程中會對抄紙設備產生一定程度的磨損，降低了設備的使用壽命；二是礦物纖維的添加在提高成紙灰分的同時，隨著添加量的增加會對成紙性能特別是強度指標產生一定程度的不利影響。

發明內容