一种表面活化聚合的填料制备工艺 |
|||||||
| 申请号 | CN202310366791.9 | 申请日 | 2023-04-07 | 公开(公告)号 | CN117904894A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 冠宏化工(扬州)有限公司; | 发明人 | 余翔; 章松; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及造纸领域，具体涉及一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤：(1)称量坡缕石粉末与去离子 水 混合，持续滴加氯化 铝 和氯化锆的混合溶液，形成第一 混合液 ；(2)先称量少量六偏 磷酸 钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；(3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，调控反应液的pH，继续搅拌，然后经过沉淀、离心、洗涤、抽滤和干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。本发明所制备的填料不仅解决了坡缕石的崩散性，同时还能一定程度上增加与 纤维 之间的结合 力 ，从而使纸张的性能得到增强。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，包括以下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种表面活化聚合的填料制备工艺技术领域[0001] 本发明涉及造纸领域，具体涉及一种表面活化聚合的填料制备工艺。 背景技术[0002] 造纸填料是指加入纸浆内的一些基本不溶于水的固体微粒，最初目的是降低纸的成本，现在加入的目的是为了改善纸张的不透明度、亮度、平滑度、印刷适应性(如提高吸收性、吸墨性)、柔软性、均匀性和尺寸稳定性，还可以使纸张的手感好，降低其吸湿性，减少纤维用量。 [0003] 由于加填的目的不同，填料在纸中所占的比例差别较大。采用一种填料或几种填料取决于所要求的纸张特殊性质。目前造纸行业中，最常用的填料有碳酸钙、高岭土和滑石粉，此外，也有少量的无定形硅石、硅酸盐、三羟基铝用作填料。填料的物理性质对纸张的不透明度和物理性质有很大影响。加入填料的纸浆容易脱水、易干燥、可减少能源消耗，降低造纸成本，但是由于填料与纤维之间的性质存在较大不同，相互作用力较弱，界面结合力差，从而导致纸张的挺度和强度都会一定幅度的下降，此外还会出现掉粉和掉毛的现象。 发明内容[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种表面活化聚合的填料制备工艺。 [0005] 本发明的目的采用以下技术方案来实现： [0006] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤： [0007] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，在超声条件下形成均匀的混液，然后在低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，在滴加完毕之后，加速搅拌15‑30min，形成第一混合液； [0008] (2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液； [0009] (3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，期间不断地搅拌，同时控制反应液的pH为6‑6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌10‑20min，调控反应液的pH为7‑7.5，继续搅拌30‑60min，然后经过沉淀、离心、洗涤、抽滤和干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。 [0010] 优选地，第(1)步中，坡缕石粉末的粒径是20‑50μm。 [0011] 优选地，第(1)步中，坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:3‑5:10‑20。 [0012] 优选地，第(1)步中，氯化铝和氯化锆的混合溶液的成分为：氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.33‑1.95:2.33‑3.45:100。 [0013] 优选地，第(1)步中，低速搅拌的速度是100‑200r/min，加速搅拌的速度是300‑400r/min，滴加速度是1‑1.5秒/滴。 [0014] 优选地，第(2)步中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.3‑0.6:0.5‑5:100。 [0015] 优选地，第(2)步中，果胶的酯化度为10％‑25％，粘均分子量为15000‑25000。 [0016] 优选地，第(3)步中，第二混合液与第一混合液的质量比例是1‑3:1。 [0017] 优选地，第(3)步中，调控反应液的pH为7‑7.5之后，控制反应液的温度为25‑60℃。 [0018] 优选地，第(3)步中，沉淀是在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的无水乙醇内沉淀，乙醇加入量是反应液质量的1‑2倍。 [0019] 优选地，第(3)步中，离心的速度是5000‑8000r/min，离心的时间是3‑5min。 [0020] 优选地，第(3)步中，洗涤是将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次。 [0021] 优选地，第(3)步中，抽滤是将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体。 [0022] 优选地，第(3)步中，干燥是在100‑120℃的烘箱内干燥。 [0023] 本发明的有益效果为： [0024] 1、在纸张的制备中，除了纤维之外，一般还会加入一些填料用于增强纸张的性质。本发明中，选用了大比表面积和吸附性能较强的坡缕石作为填料基材，在其基础上进行了 3+ 2+ 表面活化处理，即先使用含有铝盐和锆盐的溶液与坡缕石混合，使Al 和Zr 能够充分且均匀地吸附在坡缕石的表面，再向其中逐渐地滴加溶解有果胶的溶液，期间不断地搅拌，使果胶能够更充分地分散，从而与坡缕石表面的金属离子更充分地结合，使络合的沉淀也更均匀地修饰在坡缕石的表面。本发明所制备的填料不仅解决了坡缕石的崩散性，同时还能一定程度上增加与纤维之间的结合力，从而使纸张的性能得到增强。 [0025] 2、坡缕石是一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，其在水中具有很好的分散性，呈现出较好的胶体性质和吸附能力，其性质表现很适合造纸填料的要求。但是坡缕石流变性太强，且在水中浸泡会迅速崩散，这就较大地影响了其在造纸填料的应用，此外，坡缕石与纸浆纤维之间的结合力也不足，这也一定程度地影响了纸张的强度。 [0026] 3、纸张的性能受很多因素的影响，最主要的是纤维之间的结合力。纤维之间的结合力一般包括：化学键、氢键、范德华力和纤维表面交织力。纸浆纤维的表面一般带有负电荷，而本发明合成的果胶铝锆中的金属正电荷能够吸附配体中的负电荷，从而增强了果胶铝锆与纸浆纤维之间氢键的形成。因此，所制备的果胶铝锆@坡缕石粉能够增加与纤维之间的结合力，从而使纸张的性能得到增强。 [0027] 4、近年来越来越多的络合物被研究开发，应用也越来越广泛，但是在造纸的填料领域却比较少被应用。本发明经过探究发现，果胶容易与金属离子之间形成络合物，且其本身属于一种天然的多糖聚合物，如果将果胶用于填料的辅助材料会有较大潜力。在对于果胶的研究过程中，本发明选择了铝和锆两种金属离子的复合络合，对坡缕石粉进行包覆改性，制备得到了果胶铝锆@坡缕石粉复合材料作为填料使用，结果发现对于坡缕石的崩散性有较好的改善，同时还能一定程度上提升其强度。 [0028] 5、六偏磷酸钠在水溶液内呈现弱酸性，本发明使用含有少量六偏磷酸钠的水溶液，将果胶逐渐地溶解，同时将果胶溶液逐渐滴加的过程中，控制反应液的pH为偏酸性，也是为了能够使果胶能够有更加良好的反应环境。此外，在滴加完成后，调控反应液的pH为中性偏碱性，甚至升温，是为了促进络合物的形成，但是该处不能升温过高且pH不易过大，否则形成的络合物则不够均匀，会影响到后续的性能表现。 [0029] 6、本发明选择铝和锆两种金属离子同时与果胶进行络合，金属离子的正电荷能够吸附配体中的负电荷，逐渐形成致密的网状凝胶络合物。一方面，两种金属离子均显现出白色，能够增强纸张的亮度和不透明度；另一方面，铝离子对于纤维素有一定的降解作用，过多的铝离子不利于纸张的存放，果胶的络合以及部分铝被锆替代则很好的解决这个问题。此外，锆的强度与铝的柔韧性相互之间配合，增强了纸张的强度和挺度。 具体实施方式[0030] 为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。 [0031] 下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。 [0032] 实施例1 [0033] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤： [0034] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，坡缕石粉末的粒径是30±5μm，在超声条件下形成均匀的混液，然后在150r/min的低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，控制滴加速度为1.5秒/滴，混合溶液中氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.64:2.91:100，在滴加完毕之后，加速至350r/min搅拌20min，形成第一混合液；其中，坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:4:15。 [0035] (2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，果胶的酯化度为15％，粘均分子量为20000，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；其中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.4:2.5:100。 [0036] (3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，第二混合液与第一混合液的质量比例是2:1，期间不断地搅拌，同时控制反应液的pH为6‑6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌15min，调控反应液的pH为7‑7.5，控制反应液的温度为45℃，继续搅拌50min，然后在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的1.5倍质量的无水乙醇内沉淀，之后在6000r/min下离心4min，将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次，将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体，最后在110℃的烘箱内干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。 [0037] 实施例2 [0038] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤： [0039] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，坡缕石粉末的粒径是20‑30μm，在超声条件下形成均匀的混液，然后在120r/min的低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，滴加速度是1秒/滴，混合溶液中氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.47:2.68:100，在滴加完毕之后，加速至300r/min搅拌20min，形成第一混合液；其中，坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:3:10。 [0040] (2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，果胶的酯化度为20％，粘均分子量为22000，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；其中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.4:3:100。 [0041] (3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，第二混合液与第一混合液的质量比例是1.5:1，期间不断地搅拌，同时控制反应液的pH为6‑6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌15min，调控反应液的pH为7‑7.5，控制反应液的温度为35℃，继续搅拌40min，然后在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的1倍质量的无水乙醇内沉淀，之后在7000r/min下离心3min，将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次，将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体，最后在100℃的烘箱内干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。 [0042] 实施例3 [0043] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤： [0044] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，坡缕石粉末的粒径是40‑50μm，在超声条件下形成均匀的混液，然后在160r/min的低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，滴加速度是1.5秒/滴，混合溶液中氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.74:2.86:100，在滴加完毕之后，加速至350r/min搅拌15min，形成第一混合液；其中，坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:5:20。 [0045] (2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，果胶的酯化度为15％，粘均分子量为18000，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；其中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.5:3.5:100。 [0046] (3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，第二混合液与第一混合液的质量比例是2.5:1，期间不断地搅拌，同时控制反应液的pH为6‑6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌20min，调控反应液的pH为7‑7.5，控制反应液的温度为55℃，继续搅拌35min，然后在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的1.8倍质量的无水乙醇内沉淀，之后在6500r/min下离心5min，将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次，将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体，最后在120℃的烘箱内干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。 [0047] 实施例4 [0048] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤： [0049] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，坡缕石粉末的粒径是20‑30μm，在超声条件下形成均匀的混液，然后在100r/min的低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，滴加速度是1秒/滴，混合溶液中氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.33:2.33:100，在滴加完毕之后，加速至300r/min搅拌15min，形成第一混合液；其中，坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:3:10。 [0050] (2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，果胶的酯化度为10％，粘均分子量为15000，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；其中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.3:0.5:100。 [0051] (3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，第二混合液与第一混合液的质量比例是1:1，期间不断地搅拌，同时控制反应液的pH为6‑6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌10min，调控反应液的pH为7‑7.5，控制反应液的温度为25℃，继续搅拌30min，然后在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的1倍质量的无水乙醇内沉淀，之后在5000r/min下离心3min，将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次，将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体，最后在100℃的烘箱内干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。 [0052] 实施例5 [0053] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤： [0054] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，坡缕石粉末的粒径是40‑50μm，在超声条件下形成均匀的混液，然后在200r/min的低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，滴加速度是1.5秒/滴，混合溶液中氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.95:3.45:100，在滴加完毕之后，加速至400r/min搅拌30min，形成第一混合液；其中，坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:5:20。 [0055] (2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，果胶的酯化度为25％，粘均分子量为25000，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；其中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.6:5:100。 [0056] (3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，第二混合液与第一混合液的质量比例是3:1，期间不断地搅拌，同时控制反应液的pH为6‑6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌20min，调控反应液的pH为7‑7.5，控制反应液的温度为60℃，继续搅拌60min，然后在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的1‑2倍质量的无水乙醇内沉淀，之后在8000r/min下离心5min，将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次，将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体，最后在120℃的烘箱内干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。 [0057] 对比例1 [0058] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，与实施例1的区别为： [0059] 使用未表面活化聚合的坡缕石粉末作为填料，坡缕石粉末的粒径是30±5μm。即未在第(1)步中加入铝离子和锆离子，且之后也未加入果胶进行交联。 [0060] 对比例2 [0061] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，与实施例1的区别为： [0062] 坡缕石粉末的表面活化聚合方式与实施例1不同，将坡缕石粉末的表面吸附铝离子和锆离子后，即形成填料，未加入果胶进行交联。 [0063] 具体操作步骤为： [0064] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，坡缕石粉末的粒径是30±5μm，在超声条件下形成均匀的混液，然后在150r/min的低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，控制滴加速度为1.5秒/滴，混合溶液中氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.64:2.91:100，在滴加完毕之后，加速至350r/min搅拌20min，形成混合液；其中，坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:4:15。 [0065] (2)将混合液在6000r/min下离心4min，将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次，将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体，最后在110℃的烘箱内干燥，即得到所述填料。 [0066] 对比例3 [0067] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，与实施例1的区别为： [0068] 坡缕石粉末的表面活化聚合方式与实施例1不同，将坡缕石粉末的表面仅吸附铝离子，未加入锆离子，并将锆离子等质量替换为铝离子，然后加入果胶进行交联，即形成填料。 [0069] 具体操作步骤为： [0070] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，坡缕石粉末的粒径是30±5μm，在超声条件下形成均匀的混液，然后在150r/min的低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝溶液，控制滴加速度为1.5秒/滴，氯化铝溶液中氯化铝和去离子水的质量比例是4.55:100，在滴加完毕之后，加速至350r/min搅拌20min，形成第一混合液；其中，坡缕石粉末、去离子水和氯化铝溶液的质量比例是1:4:15。 [0071] (2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，果胶的酯化度为15％，粘均分子量为20000，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；其中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.4:2.5:100。 [0072] (3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，第二混合液与第一混合液的质量比例是2:1，期间不断地搅拌，同时控制反应液的pH为6‑6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌15min，调控反应液的pH为7‑7.5，控制反应液的温度为45℃，继续搅拌50min，然后在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的1.5倍质量的无水乙醇内沉淀，之后在6000r/min下离心4min，将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次，将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体，最后在110℃的烘箱内干燥，即得到果胶铝@坡缕石粉。 [0073] 对比例4 [0074] 一种表面活化聚合的填料制备工艺，与实施例1的区别为： [0075] 坡缕石粉末的表面活化聚合方式与实施例1不同，将坡缕石粉末的表面仅吸附锆离子，未加入铝离子，并将铝离子等质量替换为锆离子，然后加入果胶进行交联，即形成填料。 [0076] 具体操作步骤为： [0077] (1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，坡缕石粉末的粒径是30±5μm，在超声条件下形成均匀的混液，然后在150r/min的低速搅拌的条件下，持续滴加氯化锆溶液，控制滴加速度为1.5秒/滴，氯化锆溶液中氯化锆和去离子水的质量比例是4.55:100，在滴加完毕之后，加速至350r/min搅拌20min，形成第一混合液；其中，坡缕石粉末、去离子水和氯化锆溶液的质量比例是1:4:15。 [0078] (2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，果胶的酯化度为15％，粘均分子量为20000，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；其中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.4:2.5:100。 [0079] (3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，第二混合液与第一混合液的质量比例是2:1，期间不断地搅拌，同时控制反应液的pH为6‑6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌15min，调控反应液的pH为7‑7.5，控制反应液的温度为45℃，继续搅拌50min，然后在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的1.5倍质量的无水乙醇内沉淀，之后在6000r/min下离心4min，将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次，将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体，最后在110℃的烘箱内干燥，即得到果胶锆@坡缕石粉。 [0080] 实验例 [0081] 本发明为了能够体现实施例1的效果，设置了对比例1‑4共四个对照实验，对实施例1、对比例1‑4得到的填料进行了检测对比，将得到的填料分别参与至造纸工艺中。 [0082] 造纸工艺为：使用打浆度为52°SR的桉树木浆纤维浆料作为纸浆，先和水混合，纸浆和水的质量比是1.2:10，再依次加入填料(占绝干纸浆的20％)和纸浆增强剂阳离子聚丙烯酰胺(分子量600万，占绝干纸浆的0.5％)，混合均匀后，经过造纸机的成型后，脱水和干燥处理，形成纸张。 [0083] 将得到的纸张分别进行测试，检测标准为GB/T 453、GB/T 24328.4、GB/T 463；湿抗张强度的浸水时间是1h，温度是25℃。 [0084] 结果如表1所示： [0085] 表1纸张参数检测结果 [0086] 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 2 纸张克重(g/m) 98.2 93.5 94.7 97.9 98.5 纸张灰分(％) 20.5 13.3 14.2 19.8 21.2 横向挺度(mN·m) 93.6 77.8 81.9 93.4 90.1 纵向挺度(mN·m) 118.0 90.1 95.3 118.5 113.4 干抗张强度(kN/m) 4.9 3.5 3.5 4.3 4.6 湿抗张强度(kN/m) 1.8 0.8 0.9 1.2 1.5 [0087] 本发明实施例1所制备的填料用于造纸中，不仅并未出现掉毛和掉粉的现象，而且具有更好的挺度和强度，湿强度保留率也更高，都是远高于市场标准。虽然对比例3与对比例4在多个方面也具有比较优异的表现，但是相比较于实施例1来说，使用本发明实施例1填料制造的纸张具有更加均衡的性能，说明本发明的实施例1综合表现更强。 [0088] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈