魔芋胶有机硼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魔芋胶有机硼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有机硼交联有魔芋胶，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。

Surface crosslinked modification of calcium carbonate by konjak gum organic boron and preparation method, application thereof and paper

The present invention provides an organic boron crosslinked konjac gum surface modification of precipitated calcium carbonate, the surface modification of precipitated calcium carbonate by organic boron crosslinking with konjac gum, the invention aims at providing a when applied to paper filler, can significantly improve the tensile index, burst index, the tear index, and the one-way filler retention rate of Modified Precipitated calcium carbonate; at the same time, the invention also provides the modified precipitated calcium carbonate preparation method and application; in addition, the invention also provides a paper containing the modified precipitated calcium carbonate.

【技术实现步骤摘要】
魔芋胶有机硼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，尤其是魔芋胶有机硼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。但沉淀碳酸钙(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。造纸填料改性是一个研究比较活跃的领域，其中PCC改性得到了广泛关注。本专利技术采用有机硼交联剂将魔芋胶交联到PCC表面制备改性沉淀碳酸钙(MPCC)，交联的魔芋胶比较牢固，在水中不易脱落。本专利技术可以拓宽碳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MPCC在造纸湿部作用的相关理论，具有重要的应用价值和研究意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种魔芋胶有机硼表面交联改性沉淀碳酸钙及其制备方法、应用，当其应用于纸张中填料时，可明显提高纸张的的抗张指数、耐破指数、撕裂指数，以及填料单程留着率；本专利技术还提供了一种含上述改性沉淀碳酸钙的纸张。为了实现上述技术效果，本专利技术提供的技术方案是这样的：一种魔芋胶有机硼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有机硼交联有魔芋胶。魔芋胶是中性杂多糖，在酸性pH下可被淀粉酶、甘露聚糖酶和纤维素酶等水解，产生D-葡萄糖和D-甘露糖。两种糖单元按一定的摩尔比通过β-(1-4)糖苷键和β-(1-3)糖苷键键合而成，β-(1-4)糖苷键连接糖单元构成主链，β-(1-3)糖苷键存在于主链甘露糖的C3上连接支链。魔芋的种类不同，D-葡萄糖和D-甘露糖的构成摩尔比由1:1.51～1:1.71不等，一般摩尔比为1:1.6，结构式如图30所示。硼原子的电子最外层有4个轨道，但硼原子的价态是+3价，因此硼原子是缺电子原子，可以和含有孤对电子O、N等原子形成共价键，这也是有机硼能作为交联剂的原因。利用无机硼酸盐电离出的硼酸盐离子与有机配位体进行配位，形成有机硼的络合物，即有机硼交联剂。有机硼交联剂中有机配位体主要是含有氧原子活性基团的物质，如多羟基醇、多羟基醛以及一些低级糖。如图31所示，为以乙二醇为例说明有机硼的合成过程。硼酸盐离子同时可以和四个羟基基团反应，从而形成交联。具体过程如图1所示。需要说明的是，所述的魔芋胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～7％。优选地，所述的魔芋胶的重量为沉淀碳酸钙重量的1～4％。需要说明的是，所述的有机硼的重量为沉淀碳酸钙重量的1～10％。优选地，所述的有机硼的重量为沉淀碳酸钙重量的2～8％。需要说明的是，所述的有机硼为三乙醇胺硼酸酯、硼酸三异丙酯、硼酸三丙酯、硼酸三乙酯。一种如上所述的魔芋胶有机硼表面交联改性沉淀碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将魔芋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：向反应器中加入有机硼，搅拌反应；步骤3：收集反应产物。需要说明的是，所述的魔芋胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～7％，所述的有机硼的重量为沉淀碳酸钙重量的1～10％。需要说明的是，所述的有机硼为三乙醇胺硼酸酯、硼酸三异丙酯、硼酸三丙酯、硼酸三乙酯，所述的步骤1中的水的重量为沉淀碳酸钙的9～15倍。水的用量一般来说不会对产品性能产生决定性的影响，其主要用于对于魔芋胶和PCC能够有效的分散，即可达到本专利技术的效果和目的。需要说明的是，所述的步骤2中的反应温度为20～80℃，反应时间为20～90min。优选地，所述的步骤2中的反应温度为40～70℃，反应时间为45～75min。一种如上所述的魔芋胶有机硼表面交联改性沉淀碳酸钙的应用，所述的魔芋胶有机硼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40～70g·m2，所述的纸张中加填有如上所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魔芋胶、优于直接添加沉淀碳酸钙和相当量有机硼；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为魔芋胶聚糖分子-有机硼交联-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；图7为添加PCC和MPCC手抄片的SEM表征图；图8为MPCC的魔芋胶用量与纸张抗张指数的关系图；图9为MPCC的魔芋胶用量与纸张耐破指数的关系图；图10为MPCC的魔芋胶用量与撕裂指数的关系图；图11为MPCC的魔芋胶用量与填料单程留着率的关系图；图12为MPCC的有机硼用量与纸张抗张指数的关系图；图13为MPCC的有机硼用量与耐破指数的关系图；图14为MPCC的有机硼用量与撕裂指数的关系图；图15为MPCC的有机硼用量与填料单程留着率的关系图；图16为MPCC的交联反应温度与纸张抗张指数的关系；图17为MPCC的交联反应温度与纸张耐破指数的关系图；图18为MPCC的交联反应温度与纸张撕裂指数的关系图；图19为MPCC的交联反应温度与纸张填料单程留着率的关系图；图20为MPCC的交联反应时间与纸张抗张指数的关系；图21为MPCC的交联反应时间与纸张耐破指数的关系图；图22为MPCC的交联反应时间与纸张撕裂指数的关系图；图23为MPCC的交联反应时间与纸张填料单程留着率的关系图；图24为MPCC的加填量与纸张抗张指数的关系图；图25本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种魔芋胶有机硼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有机硼交联有魔芋胶。

【技术特征摘要】
1.一种魔芋胶有机硼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有机硼交联有魔芋胶。2.根据权利要求1所述的魔芋胶有机硼表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的魔芋胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～7％。3.根据权利要求1所述的魔芋胶有机硼表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的有机硼的重量为沉淀碳酸钙重量的1～10％。4.根据权利要求1所述的魔芋胶有机硼表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的有机硼为三乙醇胺硼酸酯、硼酸三异丙酯、硼酸三丙酯、硼酸三乙酯。5.一种如权利要求1所述的魔芋胶有机硼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：将魔芋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：向反应器中加入有机硼，搅拌反应；步骤3：收集反应产物。6.根据权利要求5所述的魔芋胶有机硼表面交联改性沉...

【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