專(zhuān)利名稱(chēng)：填料組合物、其制備方法及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種填料組合物，其制備方法及用途，尤其涉及一種造紙用填料組合物，其制備方法以及在造紙中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
造紙的主要原料為植物纖維，在紙中植物纖維交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而賦予紙各種性能。造紙業(yè)中為了節(jié)省植物纖維的用量和改善紙的某些性能，通常在造紙中加填多種填料，如碳酸鈣、滑石粉、白土(Kaoline)等。國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 01/44573公開(kāi)了通過(guò)向紙漿中加入至少一種鋁化合物和至少一種硅酸鹽來(lái)制備紙制品。US5300147揭示了低亮度的硅酸鎂SLR填料、含該填料的低亮度紙以及該填料的制備方法及在造紙中的應(yīng)用。
另一方面，造紙業(yè)界公認(rèn)，填料的加填是很有限的，過(guò)度的加填會(huì)導(dǎo)致紙張的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)重惡化，尤其是力學(xué)強(qiáng)度(如斷裂長(zhǎng)度、撕裂強(qiáng)度等)。此外還會(huì)影響抄紙工藝指標(biāo)和印刷性能指標(biāo)。因此，通常實(shí)際加填量為20-35％，而某些制品(如新聞紙)則是基本不加填的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種填料組合物，它能以較高加填量加填到紙中并保持75-85％的較高實(shí)際留著率，同時(shí)使紙的各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并使一些指標(biāo)得到優(yōu)化。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種制備填料組合物的方法。
本發(fā)明再有一個(gè)目的是提供填料組合物的用途。
本發(fā)明提供了一種填料組合物，該組合物的主要化學(xué)組成如下30-38重量份SiO2，15-21重量份CaO，17-21重量份MgO，2-3重量份Al2O3，3.9-5.9重量份SO42-和8.8-31重量份結(jié)晶水。
本發(fā)明的填料組合物還含有Fe2O3、Na2O和K2O，其總重量份小于整個(gè)組合物重量份數(shù)的1％。
本發(fā)明的填料組合物主要由(i)滑石、(ii)天然偏硅酸鈣、(iii)膨潤(rùn)土、(iv)氧化鎂或碳酸鎂和(v)表面活性劑制得，所述表面活性劑的主要化學(xué)組成如下10-12重量份SiO2、7-11重量份Al2O3、36-39重量份SO42-和27-38重量份結(jié)晶水。所述表面活性劑的化學(xué)組成中還有Fe2O3、CaO、Na2O和K2O，其總重量份小于整個(gè)表面活性劑重量份數(shù)的7.2％。
本發(fā)明填料組合物還包含選自石膏、沸石、硫酸鋁鈉、聚合硫酸硅酸鋁和水合硅酸鎂中的一種或多種原料。
本發(fā)明的填料組合物是白色粉體，其白度≥85％，平均粒度為5-10微米，其中纖維狀顆粒的重量百分含量為36-60％，所述纖維狀顆粒的長(zhǎng)徑比≥10。
本發(fā)明還提供了一種制備填料組合物的方法，該方法包括以下步驟混合原料滑石、天然偏硅酸鈣、膨潤(rùn)土和氧化鎂或碳酸鎂，預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；將表面活性劑預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末，或者混合表面活性劑與可任選的石膏、沸石、硫酸鋁鈉、聚合硫酸硅酸鋁和水合硅酸鎂中的一種或多種原料，預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；將上述兩種細(xì)粒粉末混合均勻，并進(jìn)一步研磨至粒度為5-10微米，所述表面活性劑可如下制得向氫氧化鋁中加入硫酸溶液進(jìn)行酸解，再加入硅酸鈉和可任選的碳酸鈣和/或硫酸鈉和/或硫酸鉀和/或陽(yáng)離子淀粉，充分?jǐn)嚢?，冷卻結(jié)晶并干燥。
本發(fā)明還提供了填料組合物在造紙中的應(yīng)用。
本發(fā)明還提供了包含填料組合物的紙制品，例如書(shū)寫(xiě)紙、膠印書(shū)刊紙等。
本發(fā)明的填料組合物能以較高加填量加填到紙中并保持75-85％的較高實(shí)際留著率，同時(shí)使紙的各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并使一些指標(biāo)得到優(yōu)化。該填料組合物具有一定的凈水效果，在較高加填條件下仍具有較高的濾水性；且有助于增白、施膠；性能穩(wěn)定，適合于長(zhǎng)時(shí)間貯存。該填料組合物適用于各種主要紙種(如書(shū)寫(xiě)紙、印刷紙、鞋底板紙和特種紙)，其應(yīng)用無(wú)需對(duì)已有造紙?jiān)O(shè)備和工藝作出大的調(diào)整。此外，本發(fā)明填料組合物成本較低，可再生利用，無(wú)毒副作用，且制備方法簡(jiǎn)單，易于推廣應(yīng)用。


圖1a-1e是反映本發(fā)明填料組合物結(jié)構(gòu)的顯微照片，圖1a示出滑石、膨潤(rùn)土與硅酸鈣組成的結(jié)構(gòu)；圖1b示出膨潤(rùn)土將滑石、硅酸鈣粘聯(lián)成網(wǎng)狀；圖1c示出新生的亞納米級(jí)硅酸鋁和鈣礬石(又稱(chēng)鍛白，其白度很高，吸附力強(qiáng))吸附在硅酸鈣和滑石片上；圖1d示出亞納米級(jí)硅酸鋁吸附在滑石和硅酸鈣上；圖1e示出滑石、膨潤(rùn)土、硅酸鈣級(jí)上的交互嵌生。
圖2a-2f是反映本發(fā)明填料組合物與紙纖維組成結(jié)構(gòu)的顯微照片，圖2a示出滑石和天然偏硅酸鈣與紙纖維形成的交互網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，圖2b示出天然偏硅酸鈣和滑石附于纖維上；圖2c示出天然偏硅酸鈣和滑石(片狀)被膨潤(rùn)土包覆于纖維上；圖2d示出新生的陽(yáng)離子淀粉硅酸溶膠纏繞紙纖維，天然偏硅酸鈣和滑石網(wǎng)團(tuán)吊在紙纖維上；圖2e示出天然偏硅酸鈣(針狀)和滑石被膨潤(rùn)土粘聯(lián)成網(wǎng)狀，填充于紙纖維之間；圖2f示出在紙纖維的交接處被亞納米級(jí)膨潤(rùn)土和陽(yáng)離子淀粉硅酸溶膠粘接。
圖3是本發(fā)明填料組合物的X射線(xiàn)衍射圖。
圖4是含本發(fā)明填料組合物的紙張的灰份X射線(xiàn)衍射圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明填料組合物的主要化學(xué)組成，以氧化物形式表示為30-38重量份SiO2，15-21重量份CaO，17-21重量份MgO，2-3重量份Al2O3，3.9-5.9重量份SO42-和8.8-31重量份結(jié)晶水；還可含有Fe2O3、Na2O和K2O，其總重量份小于整個(gè)組合物重量份數(shù)的1％。
本發(fā)明填料組合物的原料主要是(i)滑石、(ii)天然偏硅酸鈣、(iii)膨潤(rùn)土、(iv)氧化鎂或碳酸鎂和(v)表面活性劑。滑石例如可以得自四川汶川，也可從市場(chǎng)上購(gòu)得，例如遼寧營(yíng)口和廣西柳州的非金屬礦公司，但不限于此。天然偏硅酸鈣，例如可以得自云南騰沖、吉林大頂山、江西大庾等產(chǎn)地，也可從市場(chǎng)上購(gòu)得，例如吉林梨樹(shù)硅灰石礦業(yè)公司商品名為大鼎山牌的產(chǎn)品，但不限于此。膨潤(rùn)土例如可以得自四川雙流，也可從市場(chǎng)上購(gòu)得，例如四川雙流膨潤(rùn)土廠(chǎng)、廣東佛山膨潤(rùn)土廠(chǎng)，但不限于此。本發(fā)明中的氧化鎂是指活性氧化鎂，即菱鎂礦(碳酸鎂)于600-700℃低溫?zé)贫傻妮p燒氧化鎂，通常主要用于涂料、橡膠、塑料、造紙?zhí)盍?顏料)。所述氧化鎂和碳酸鎂例如可產(chǎn)于遼寧省大石橋，例如由遼寧大石橋非金屬公司銷(xiāo)售的產(chǎn)品。
表面活性劑的主要化學(xué)組成為10-12重量份SiO2、7-11重量份Al2O3、36-39重量份SO42-和27-38重量份結(jié)晶水。所述表面活性劑的化學(xué)組成中還含有Fe2O3、CaO、Na2O和K2O，其總重量份小于整個(gè)表面活性劑重量份數(shù)的7.2％。
本發(fā)明的填料組合物還可任選地包含選自石膏、沸石、硫酸鋁鈉、聚合硫酸硅酸鋁和水合硅酸鎂中的一種或多種原料。
在本發(fā)明的填料組合物中，滑石是天然產(chǎn)出的片狀晶體，因其白度較高、硬度低因而可用于改善紙品的平滑度和適印性。
在本發(fā)明的填料組合物中，天然偏硅酸鈣為天然生成的纖維狀集合體，超細(xì)粉碎后，粒度為5-10微米，長(zhǎng)徑比≥10，具有優(yōu)良的細(xì)長(zhǎng)纖維特性，可部分代替短紙纖維。傳統(tǒng)填料均為低硬度材料(例如滑石、高嶺土等的硬度均為1)，但卻很少使用硬度大于3的填料。而本發(fā)明采用的纖維狀偏硅酸鈣的硬度為4.5-5，這些偏硅酸鈣顆粒在表面活性劑的作用下表面活化，使得針狀顆粒相互搭接。在填料組合物中加入大量的水解時(shí)帶正電荷的膠粒(如水合硅酸鎂、陽(yáng)離子淀粉等)，將針狀偏硅酸鈣顆粒層層包裹起來(lái)(如圖1所示)。這些顆粒在抄紙時(shí)由于層流水體的作用而易于平行紙的層面排列，和紙纖維一起形成平滑的紙面。因此，高硬度的偏硅酸鈣也就成為一種功能性填料。
在本發(fā)明的填料組合物中，膨潤(rùn)土作為滑石、天然偏硅酸鈣或碳酸鎂的表面包覆材料，使其與帶負(fù)電荷的木材纖維形成強(qiáng)化學(xué)鍵合，提高其留著率和附著力。在成紙時(shí)提高濕強(qiáng)度和組合物分散的均一性，在干燥固化時(shí)形成具有一定彈性的粘結(jié)劑，將填料和紙纖維牢牢粘結(jié)起來(lái)，提高紙品強(qiáng)度。此外，膨潤(rùn)土還可作為良好的絮凝劑和脫色劑。
在本發(fā)明的填料組合物中，氧化鎂或碳酸鎂用作填料的分散劑和助留劑。而在已有技術(shù)中通常使用的是有機(jī)高分子助留劑。氧化鎂或碳酸鎂能在填料組合物用于造紙時(shí)幫助其均勻地分散到紙漿中，使該填料組合物與紙纖維結(jié)合且難以從纖維上脫落。即便進(jìn)行二次打漿、再抄紙仍能保持高留著率和高均勻度。
在本發(fā)明的填料組合物中，表面活性劑對(duì)所用原料進(jìn)行改型和表面改性，在填料組合物的水化過(guò)程時(shí)，促使多種新硅酸鹽化合物的形成。表面活性劑可如下制得向氫氧化鋁中加入硫酸溶液，于70-80℃攪拌1-2小時(shí)以進(jìn)行酸解，然后再加入硅酸鈉和可任選的碳酸鈣和/或硫酸鈉和/或硫酸鉀，于70-80℃攪拌30-60分鐘，冷卻結(jié)晶并干燥。制備所述表面活性劑時(shí)，還可加入陽(yáng)離子淀粉，形成納米或亞納米級(jí)的陽(yáng)離子淀粉硅酸溶膠，用于造紙可提高紙品的抗張強(qiáng)度。陽(yáng)離子淀粉的含量占表面活性劑的8-9.8重量％。
采用機(jī)械混合的方法制備本發(fā)明的填料組合物。本發(fā)明填料組合物的原料可分為兩部分，第一部分是滑石、天然偏硅酸鈣、膨潤(rùn)土和氧化鎂或碳酸鎂；第二部分是表面活性劑、可任選的石膏、沸石、硫酸鋁鈉、聚合硫酸硅酸鋁和水合硅酸鎂，該填料組合物的制備方法是分別將第一部分和第二部分的原料混合均勻并磨細(xì)，然后再將兩種粉末混合均勻并進(jìn)一步研磨至粒度為5-10微米。
所得填料組合物為白色粉體，其白度≥85％，平均粒度為5-10微米，其中纖維狀顆粒的重量百分含量≥36-60％，所述纖維狀顆粒的長(zhǎng)徑比(L/D)≥10。
本發(fā)明的填料組合物與已有技術(shù)的填料相比，結(jié)構(gòu)機(jī)理不同。已有技術(shù)的填料顆粒多為片狀、粒狀，難以形成合理的堆砌，其充填形式主要為機(jī)械充填于紙纖維之間，結(jié)構(gòu)松散。因而隨加填量的增加，所得紙張的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)會(huì)急劇下降。而本發(fā)明填料組合物的主要原料之外形為纖維狀、針狀、片狀和粒狀，它們?cè)谒鈺r(shí)，構(gòu)成產(chǎn)品的各種原料首先是片狀和粒狀顆粒以針狀纖維作骨架彼此交連形成合理結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖1)。與紙纖維化學(xué)鍵合后，紙纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與填料組合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交互嵌生，共同構(gòu)成紙的合理結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖2)。本發(fā)明的填料組合物具有結(jié)構(gòu)材料的作用，因此在較高加填的情況下，不會(huì)使力學(xué)強(qiáng)度大幅下降。
本發(fā)明填料組合物與紙纖維的結(jié)合機(jī)理也不同于已有技術(shù)的填料。已有技術(shù)的填料與紙纖維的結(jié)合是一種物吸附作用，即自然充填以及造紙工藝中的施膠固結(jié)，其結(jié)合強(qiáng)度是有限的。而本發(fā)明填料組合物與紙纖維的結(jié)合主要是一種化學(xué)吸附作用，其結(jié)合強(qiáng)度較強(qiáng)。本發(fā)明超細(xì)粉的比表面能很高，在水解時(shí)于表面活性劑的強(qiáng)烈作用下使粉體顆粒帶較強(qiáng)的正電荷，與帶較強(qiáng)負(fù)電荷的紙纖維形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵合(圖1和圖2)。填料組合物水解后生成的聚合硫酸硅酸鋁、水合硅酸鎂、高懸浮的鈉鎂鋁硅酸溶膠及沸石和陽(yáng)離子淀粉硅酸溶膠等活性分子對(duì)粉體和紙纖維發(fā)生強(qiáng)力粘接。在造紙的烘干過(guò)程中脫水固化并產(chǎn)生亞納米級(jí)新礦物，使粉體與紙纖維牢牢地粘接起來(lái)。上述物理—化學(xué)過(guò)程使本發(fā)明填料組合物能在紙上保持較高的“留著率”和“濕強(qiáng)度”，成紙后仍保持較高的力學(xué)強(qiáng)度。
以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
表面活性劑的制備表面活性劑1向13.9克氫氧化鋁中加入42.9克濃度為60重量％的硫酸溶液，于約80℃攪拌1.5小時(shí)以進(jìn)行酸解，然后再加入15.4克硅酸鈉，于約80℃攪拌45分鐘，冷卻結(jié)晶，于120℃左右干燥，然后粉碎制得表面活性劑1。
用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)得表面活性劑1的化學(xué)組成為10.1重量份SiO2、7.2重量份Al2O3、35.8重量份SO42-、27.1重量份結(jié)晶水和0.30重量份Fe2O3。其中Fe2O3是由所用原料中所含雜質(zhì)帶來(lái)的。
表面活性劑2向15.0克氫氧化鋁中加入46.0克濃度為60重量％的硫酸溶液，于約70℃攪拌1小時(shí)以進(jìn)行酸解，然后再加入16.7克硅酸鈉，于約70℃攪拌60分鐘，冷卻結(jié)晶，于10O℃左右干燥，然后粉碎制得表面活性劑2。
用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)得表面活性劑2的化學(xué)組成為12.3重量份SiO2、10.9重量份Al2O3、39.1重量份SO42-、38.2重量份結(jié)晶水和0.37重量份Fe2O3。其中Fe2O3是由所用原料中所含雜質(zhì)帶來(lái)的。
表面活性劑3向12.9克氫氧化鋁中加入39.9克濃度為60重量％的硫酸溶液，于約75℃攪拌2小時(shí)以進(jìn)行酸解，然后再加入14.0克硅酸鈉、1.5克碳酸鈣、13.8克硫酸鈉和4.4克硫酸鉀、9.9克陽(yáng)離子淀粉和1000毫升水，于約75℃攪拌30分鐘，冷卻結(jié)晶，于150℃左右干燥，然后粉碎制得111.0克表面活性劑3。
用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)得表面活性劑3的化學(xué)組成為11.2重量份SiO2、8.6重量份Al2O3、37.4重量份SO42-、33.4重量份結(jié)晶水、1.2重量份CaO、3.7重量份Na2O、1.5重量份K2O和0.35重量份Fe2O3。
填料組合物的制備實(shí)施例1用塑料混合機(jī)混合原料37克滑石(購(gòu)自遼寧營(yíng)口非金屬礦公司)、40克天然偏硅酸鈣(購(gòu)自吉林梨樹(shù)硅灰石公司，商品名為大鼎山牌)、11克膨潤(rùn)土(購(gòu)自四川雙流膨潤(rùn)土粉體廠(chǎng))、6克氧化鎂(購(gòu)自遼寧大石橋非金屬公司)，預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；用C×132型超細(xì)粉碎機(jī)將7克表面活性劑2預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；用塑料混合機(jī)將上述兩種細(xì)粒粉末混合均勻，并進(jìn)一步研磨至平均粒度為7微米。
所得組合物為白色粉體，其白度為90％。用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)得，纖維狀顆粒的重量百分含量為60％，用日本日立公司S-530型電鏡測(cè)得，纖維顆粒的長(zhǎng)徑比為11。用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)量該組合物粉體的化學(xué)組成，結(jié)果是30.2重量份SiO2，15.2重量份CaO，17.1重量份MgO，1.9重量份Al2O3，3.9重量份SO42-，8.9重量份結(jié)晶水和0.5重量份Fe2O3。
實(shí)施例2用塑料混合機(jī)混合原料39克滑石(購(gòu)自遼寧營(yíng)口非金屬礦公司)、45克天然偏硅酸鈣(購(gòu)自吉林梨樹(shù)硅灰石公司，商品名為大鼎山牌)、13克膨潤(rùn)土(購(gòu)自四川雙流膨潤(rùn)土粉體廠(chǎng))、8克氧化鎂(購(gòu)自遼寧大石橋非金屬公司)，預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；用C×132型超細(xì)粉碎機(jī)將9克表面活性劑1預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；用塑料混合機(jī)將上述兩種細(xì)粒粉末混合均勻，并進(jìn)一步研磨至平均粒度為5微米。
所得組合物為白色粉體，其白度為88％。用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)得，纖維狀顆粒的重量百分含量為52％，用日本日立公司S-530型電鏡測(cè)得，纖維顆粒的長(zhǎng)徑比為11。用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)量該組合物粉體的化學(xué)組成，結(jié)果是38.1重量份SiO2，21.0重量份CaO，21.1重量份MgO、3.1重量份Al2O3，5.9重量份SO42-，31.0重量份結(jié)晶水和0.7重量份Fe2O3。
實(shí)施例3用塑料混合機(jī)混合原料35克滑石(購(gòu)自遼寧營(yíng)口非金屬礦公司))、35克天然偏硅酸鈣(購(gòu)自吉林梨樹(shù)硅灰石公司，商品名為大鼎山牌)、9克膨潤(rùn)土(購(gòu)自四川雙流膨潤(rùn)土粉體廠(chǎng))、4克碳酸鎂(購(gòu)自遼寧大石橋非金屬公司)，預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；用C×132型超細(xì)粉碎機(jī)混合5克表面活性劑3與4.2克石膏、3.8克沸石、9.9克硫酸鋁鈉、4.8克聚合硫酸硅酸鋁、13.2克水合硅酸鎂并預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；用塑料混合機(jī)將上述兩種細(xì)粒粉末混合均勻，并進(jìn)一步研磨至粒度為10微米。
所得組合物為白色粉體，其白度為85％。用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)得，纖維狀顆粒的重量百分含量為36％，用日本日立公司S-530型電鏡測(cè)得，纖維顆粒的長(zhǎng)徑比為10。用國(guó)際通用的化學(xué)全分析方法測(cè)量該組合物粉體的化學(xué)組成，結(jié)果是35.2重量份SiO2，18.2重量份CaO，20.1重量份MgO，2.7重量份Al2O3，4.8重量份SO42-、25.1重量份結(jié)晶水、0.4重量份Fe2O3、0.56重量份Na2O和0.07重量份K2O。
造紙和測(cè)試將所得的填料組合物用于造紙，并對(duì)所得紙張進(jìn)行測(cè)試。
填料組合物在用于造紙時(shí)先要制漿，即用4倍的符合造紙要求的清潔水加入填料組合物中，加熱至50-60℃并攪拌40分鐘，保持pH值為6.5-7.5。
常規(guī)的造紙工藝流程是紙漿打漿→調(diào)漿→稀釋→抄紙，在調(diào)漿時(shí)加入如上制得的填料組合物漿液，再按常規(guī)造紙技術(shù)制造膠版印刷紙，測(cè)量所得紙張的主要技術(shù)指標(biāo)。
書(shū)寫(xiě)紙將實(shí)施例1的填料組合物用來(lái)制造55g/m2的書(shū)寫(xiě)紙，產(chǎn)品原料為針葉漿(15重量％)、闊葉漿(40重量％)和填料組合物(45重量％)。所得成品紙的灰份為29.1％，留著率為76％。所得紙張的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下表1。
表1

圖3和圖4分別示出了本發(fā)明填料組合物和含有該組合物的紙張的灰份的X射線(xiàn)衍射圖，可見(jiàn)兩者相一致。這表明在造紙過(guò)程中本發(fā)明填料組合物的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)得到了很好的保持。
膠印書(shū)刊紙將實(shí)施例2的填料組合物用來(lái)制造70g/m2的膠印書(shū)刊紙，產(chǎn)品原料為進(jìn)口俄羅斯針葉木漿(25重量％)、思茅松漂白漿(35重量％)、蘭按漿(10重量％)和填料組合物(30重量％)，所得紙張的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下表2。
表2

凈水性能試驗(yàn)將實(shí)施例3的填料組合物用來(lái)制造55g/m2的書(shū)寫(xiě)紙，并對(duì)所得紙張進(jìn)行試驗(yàn)，得到與上述實(shí)施例1填料組合物類(lèi)似的檢測(cè)結(jié)果。此外，對(duì)該造紙過(guò)程中的造紙用水和總排放口的造紙廢水進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果表明造紙過(guò)程并未對(duì)水質(zhì)造成明顯不利的影響，水中大多數(shù)污染物元素(如汞、鎘、砷、鉛、鎳、酚、氰化物、硫化物、甲醛、鋅、鎂等)的含量均未增加，另外，總懸浮物、鉻、銅和鈣的含量明顯下降。
在上述實(shí)施例1填料組合物加填書(shū)寫(xiě)紙和實(shí)施例2填料組合物加填膠印書(shū)刊紙的過(guò)程中，同樣對(duì)造紙用水和造紙廢水進(jìn)行水質(zhì)分析，得到與上表大致相同的結(jié)果。
因此，本發(fā)明的填料組合物用于造紙顯示了良好的凈水功能。傳統(tǒng)填料對(duì)造紙用水只有機(jī)械過(guò)濾作用，因此凈水作用弱。而本發(fā)明的填料組合物為超細(xì)粉體，具有膠體特征，在粉體水解時(shí)，在改性劑(如表面活性劑)的強(qiáng)烈作用下，新生超微的聚合硫酸硅酸鋁、水合硅酸鎂、高活性硅酸鋁鎂溶膠及沸石和陽(yáng)離子淀粉硅酸溶膠等微粒，強(qiáng)烈吸附水中的各種重金屬離子，如銅、鎘、汞、砷、鉻、鉛等有害元素，對(duì)造紙用水有良好的凈化、滅菌和防腐作用。
試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明填料組合物具有較好的脫水功能。傳統(tǒng)填料比較單一，故幾何堆砌不太合理，填料充填于紙纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，堵塞了濾水通道，濾水作用差。而本發(fā)明的填料組合物是多種原料組成的復(fù)合填料。針狀、片狀、粒狀物料在水解時(shí)形成合理堆砌(如圖1所示)，與纖維結(jié)合后共同構(gòu)成紙的合理網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(如圖2)。因而，即使在較高加填情況下仍有較好的濾水和脫水作用。
本發(fā)明填料組合物的復(fù)用性高，有助于充分利用和節(jié)約資源。傳統(tǒng)填料與紙纖維結(jié)合力弱，再生利用時(shí)填料與纖維迅速脫離，在制漿過(guò)程中被消耗殆盡。而加填有本發(fā)明填料組合物的紙張?jiān)谠偕眠^(guò)程中因填料與紙纖維結(jié)合力較強(qiáng)，因而填料組合物在不加助留劑時(shí)的回收利用率≥73％。其作用機(jī)理是廢紙?jiān)谒橘|(zhì)和機(jī)構(gòu)攪拌作用下，起鍵合作用的改性硅酸鹽再度還原為帶正電荷的粒子團(tuán)。填料組合物與紙纖維分離后，仍依靠自身表面電荷差異來(lái)保持結(jié)合。
加填本發(fā)明填料組合物的紙張，其白度、不透明度、耐折度和吸墨性等指標(biāo)均有明顯改善。本發(fā)明填料組合物具有較高的自然白度(通常不低于85％)，該填料組合物粉體依靠表面電位差附著在紙面上，產(chǎn)生物理“漂白”作用。
此外，填料組合物中硬度較高的纖維狀材料在水化時(shí)與其他組分材料組成網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與紙纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)彼此交互嵌生，改善了紙品的挺度、耐折度、透水性和透氣度。
權(quán)利要求
1.一種填料組合物，該組合物的主要化學(xué)組成如下30-38重量份SiO2，15-21重量份CaO，17-21重量份MgO，2-3重量份Al2O3，3.9-5.9重量份SO42-和8.8-31重量份結(jié)晶水。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于該組合物還含有Fe2O3、Na2O和K2O，其總重量份小于整個(gè)組合物重量份數(shù)的1％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的組合物，其特征在于該組合物主要由(i)滑石、(ii)天然偏硅酸鈣、(iii)膨潤(rùn)土、(iv)氧化鎂或碳酸鎂和(v)表面活性劑制得，所述表面活性劑的主要化學(xué)組成如下10-12重量份SiO2、7-11重量份Al2O3、36-39重量份SO42-和27-38重量份結(jié)晶水。
4.如權(quán)利要求3所述的組合物，其特征在于所述表面活性劑的化學(xué)組成中還有Fe2O3、CaO、Na2O和K2O，其總重量份小于整個(gè)表面活性劑重量份數(shù)的7.2％。
5.如權(quán)利要求3所述的組合物，其特征在于該組合物還包含選自石膏、沸石、硫酸鋁鈉、聚合硫酸硅酸鋁和水合硅酸鎂中的一種或多種原料。
6.如權(quán)利要求1或2所述的組合物，其特征在于該組合物是白色粉體，其白度≥85％。
7.如權(quán)利要求1或2所述的組合物，其特征在于該組合物的平均粒度為5-10微米，其中纖維狀顆粒的重量百分含量為36-60％，所述纖維狀顆粒的長(zhǎng)徑比≥10。
8.一種制備填料組合物的方法，該方法包括以下步驟混合原料滑石、天然偏硅酸鈣、膨潤(rùn)土和氧化鎂或碳酸鎂，預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；將表面活性劑預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末，或者混合表面活性劑與可任選的石膏、沸石、硫酸鋁鈉、聚合硫酸硅酸鋁和水合硅酸鎂中的一種或多種原料，預(yù)磨碎成細(xì)粒粉末；將上述兩種細(xì)粒粉末混合均勻，并進(jìn)一步研磨至粒度為5-10微米，所述表面活性劑可如下制得向氫氧化鋁中加入硫酸溶液進(jìn)行酸解，再加入硅酸鈉和可任選的碳酸鈣和/或硫酸鈉和/或硫酸鉀和/或陽(yáng)離子淀粉，充分?jǐn)嚢?，冷卻結(jié)晶并干燥。
9.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的填料組合物在造紙中的應(yīng)用。
10.包含權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的填料組合物的紙制品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種填料組合物，該組合物的主要化學(xué)組成如下30－38重量份SiO
文檔編號(hào)D21H19/00GK1455044SQ021189
公開(kāi)日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者詹劍嶠, 袁志倫 申請(qǐng)人:加訊發(fā)展有限公司