瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙及其制备方法、应用和一种纸张技术

本发明专利技术提供了一种瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙，所述的改性沉淀碳酸钙的表面通过硼酸交联有瓜尔胶，本发明专利技术旨在提供一种当其应用于纸张中填料时，可明显提高纸张的抗张指数、耐破指数、撕裂指数，以及填料单程留着率的改性沉淀碳酸钙；同时本发明专利技术还提供了该改性沉淀碳酸钙的制备方法、应用；此外，本发明专利技术还提供了含有上述改性沉淀碳酸钙的一种纸张。

【技术实现步骤摘要】
瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙及其制备方法、应用和一种纸张
本专利技术涉及造纸填料改性领域，尤其是瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙及其制备方法、应用和一种纸张。
技术介绍
目前造纸工业最常用填料是碳酸钙(研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙)、高岭土和滑石粉，这三类填料占填料总使用量的80％～90％，其中北美造纸工业以高岭土为主，欧洲以碳酸钙为主，亚洲以滑石粉为主。除此之外还包括二氧化钛、硫化锌、硫酸钙、硅藻土、硫酸钡、硅铝酸盐、硅酸钙和一些有机填料等。20世纪70年代以来，随着高档纸的生产酸性向中性或碱性转变，碳酸钙填料也逐渐取代了高岭土和滑石粉填料。2002年国内碳酸钙填料的消耗量首次超过滑石粉。碳酸钙的表面电性与其作为造纸填料的留着率和加填纸张的质量关系密切。碳酸钙的浓度和水的纯度决定了其粒子的表面电性，水中碳酸钙粒子的晶体分解和再结晶过程影响其表面电性。钙离子和碳酸根离子决定了碳酸钙在水中的电性，而在水中钙离子多于碳酸根离子，因此一般认为碳酸钙粒子在纯水中带有正电荷。但PCC所带电荷很弱，在水中的分散性不好，导致其加填纸张的性能受到影响，纸张的光学性能也受到影响；而且加填纸张的孔隙结构也受到填料粒子分散程度的影响。湿法制备的GCC中含有分散剂，因而粒子表面带有负电荷，稳定性较好，凝聚倾向较小。而PCC粒子中不含有分散剂，粒子之间的凝聚倾向就较大。为了提高碳酸钙填料的应用性能，可以对其进行改性处理后再应用。现在对造纸中碳酸钙填料改性的研究较多，改性技术理论上也较成熟，且改性碳酸钙在造纸中的应用效果也较好，但在工业生产上应用到的技术却不多。主要的瓶颈依然为成本，改性碳酸钙填料价格上存在劣势，其对纸张质量提高的贡献是否可以平衡其劣势，或者开发降低成本的生产方法，将会是改性碳酸钙未来应用发展的主要途径。PCC造纸填料改性主要是靠改性材料与碳酸钙之间的物理或氢键结合，由于这种结合不是十分牢固，降低了它的应用效果。本专利技术采用硼酸交联剂将瓜尔胶交联到沉淀碳酸钙表面制备改性沉淀碳酸钙(MPCC)，交联的瓜尔胶比较牢固，在水中不易脱落。本专利技术可以拓宽碳需要说明的是看，所述的步骤1中，水的重量为PCC重量的9～15倍。需要说明的是，所述的步骤2中的反应温度为80℃，反应时间为5～40min；一般来说，交联反应温度可以选择为常温到90℃之间，通过实验发现，只要温度不过分高或过分低，只要合适的温度范围是交联反应顺利进行，其性能变化不太显著。水的用量一般来说不会对产品性能产生决定性的影响，其主要用于对于瓜尔胶和PCC能够有效的分散，即可达到本专利技术的效果和目的。一种如上所述的瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙的应用，所述的瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙用作纸张的填料。一种纸张，所述的纸张的定量为40～80g·m2。需要说明的是，所述的纸张中加填有如上述的改性沉淀碳酸钙，加填量为20～50％。本专利技术与传统方法相比，具有以下优点：1.添加了改性沉淀碳酸钙的纸张的抗张指数、耐破指数、撕裂指数等均得到明显提高，且填料单程留着率也有明显的提高；2.改性沉淀碳酸钙比未改性的沉淀碳酸钙更适合制备高强度、高加填量和低定量纸张；3.改性沉淀碳酸钙的应用性能优于直接添加沉淀碳酸钙和相当量瓜尔胶、优于直接添加沉淀碳酸钙和相当量硼酸；4.添加了改性沉淀碳酸钙的纸张表面相对平整、纤维结合更紧密，改性沉淀碳酸钙在纤维表面分布更均匀。附图说明图1为植物胶聚糖分子-硼交联剂-PCC交联示意图；图2为PCC(a)和MPCC(b)的FT-IR表征图；图3为PCC(a)和MPCC(b)的XRD表征图；图4为PCC(a)的XPS表征图；图5为MPCC(b)的XPS表征图；图6为PCC和MPCC的SEM表征；图7为添加PCC和MPCC手抄片的SEM图；图8为瓜尔胶用量与纸张抗张指数的关系图；图9为瓜尔胶用量与纸张撕裂指数的关系图；图10为瓜尔胶用量与纸张耐破指数的关系图；图11为瓜尔胶用量与填料单程留着率的关系图；图12为硼酸用量与纸张抗张指数的关系图；图13为硼酸用量与纸张撕裂指数的关系图；图14为硼酸用量与纸张耐破指数的关系图；图15为硼酸用量与填料单程留着率的关系图；图16为反应时间与纸张抗张指数的关系图；图17为反应时间与纸张耐破指数的关系图；图18为反应时间与纸张撕裂指数的关系图；图19为反应时间与填料单程留着率的关系图；图20为加填量与纸张抗张指数的关系图；图21为加填量与纸张耐破指数的关系图；图22为加填量与纸张撕裂指数的关系图；图23为纸张定量与纸张抗张指数的关系图；图24为纸张定量与纸张耐破指数的关系图；图25为纸张定量与撕裂指数的关系图；图26为瓜尔胶的结构式图。具体实施例下面结合具体实施方式对本专利技术的权利要求做进一步的详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制，任何在本专利技术权利要求范围内所做的有限次的修改，仍在本专利技术的权利要求保护范围内。实施例1步骤1：将相当于PCC重量0.5％的瓜尔胶加入至含有90g水的斜三口中，升温至80℃，并400rpm下搅拌分散，然后加入10gPCC；步骤2：向反应器中加入相当于PCC重量7％的硼酸，搅拌反应10min；步骤3：通过离心收集反应产物并将其洗涤、烘干；步骤4：将MPCC、PCC均用研钵研细，过200目的铜网，分别用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、元素分析仪等对其进行分析与表征。采用美国尼高力(Nicolet)公司生产的MagnaIR560型傅立叶变换红外光谱仪进行测定，扫描范围为400～4000cm-1，扫描速度40次/min。采用KBr压片法制样，取适量待测物粉末与KBr晶体在玛瑙研钵中混合并研磨成极细的粉末，然后放入模具，用压片机冷压成薄片即可测试。样品进行喷金处理后，使用EVO18型扫描电子显微镜(德国ZEISS公司)，对样品进行观察和分析。瓜尔胶聚糖分子-硼离子-PCC交联示意图如图1所示。图2是PCC(a)和MPCC(b)的FT-IR表征图，其横坐标表示波数，其纵坐标表示透过率。PCC和MPCC的傅里叶红外光谱图中均有沉淀碳酸钙(PCC)的特征吸收峰(712,872和ca.1460cm-1)。MPCC在2850～3000cm-1的吸收峰来自于瓜尔胶的C-H伸缩振动吸收峰，说明PCC表面被瓜尔胶覆盖。如图3为PCC(a)和MPCC(b)的XRD表征图，其横坐标表示2Theta(度)，其纵坐标表示强度。在PCC和MPCC的XRD谱图中均能看到方解石晶体的特征峰2θ＝23.09°(012),29.47°(104),35.97°(110),39.41°(113),43.15°(202),47.59°(018)和48.53°(116)，说明表面改性没有改变PCC的晶体结构。图4为PCC的XPS表征图，其横坐标表示结合能，其纵坐标表示计数，图5是MPCC的XPS表征图，其横坐标表示结合能，其纵坐标表示计数，根据图4-5做出如表1所示的MPCC和PCC中主要元素含量，可知PCC和MPCC中的主要元素为C、O和Ca，这说明其为PCC。在MPCC中发现了硼元素，说明硼离子参与了交联反应。酸钙在造纸中的应用范围，将会为改性碳酸钙的制备与应用提供新的思路，并完善改性沉淀碳酸钙在造纸湿部作用的相关理论，具有重要的应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的改性沉淀碳酸钙的表面通过硼酸交联有瓜尔胶。

【技术特征摘要】
1.一种瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的改性沉淀碳酸钙的表面通过硼酸交联有瓜尔胶。2.根据权利要求1所述的瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的瓜尔胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.25～3％。3.根据权利要求1所述的瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的硼酸的重量为沉淀碳酸钙重量的2～10％。4.一种如权利要求1所述的瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将瓜尔胶加入至含有水的反应器中，升温搅拌分散，然后加入沉淀碳酸钙；步骤2：向反应器中加入硼酸，搅拌反应；步骤3：收集反应产物。5.根据权利要求4所述的瓜尔胶硼酸表面交联改性沉淀碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述的瓜尔胶的重量为沉淀碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢玮，刘振华，
申请(专利权)人：梧州学院，
类型：发明
国别省市：广西,45