田菁胶有机钛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田菁胶有机钛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钛交联有田菁胶，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】
田菁胶有机钛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，尤其是田菁胶有机钛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、高岭土和滑石粉，这三类填料占填料总使用量的80％～90％。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，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。而沉淀碳酸钙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。造纸填料改性是一个研究比较活跃的领域，其中沉淀碳酸钙改性得到了广泛关注。沉淀碳酸钙能够被多糖改性，如淀粉及其衍生物和纤维素衍生物。与未改性沉淀碳酸钙不同，被多糖改性的沉淀碳酸钙，能够与纤维之间形成氢键结合，从而提高纸张的力学性能。在大多数的研究中，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。
技术实现思路
本专利技术提供一种田菁胶有机钛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。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是这样的，一种田菁胶有机钛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钛交联有田菁胶。田菁胶主要是半乳甘露聚糖，其中半乳糖与甘露糖的比例为1:2，分子量在2万左右，结构式如图12所示。田菁胶具有良好的无机盐类兼容性能，耐受1价金属盐，能与金属离子交联剂反应，生成稍带弹性的黏质。交联示意图(以有机钛交联剂为例)如图1所示。PCC分子上含有丰富的羟基基团，羟基原子团极易和交联剂发生交联作用，PCC颗粒相对于半乳甘露聚糖的重复单元而言，尺寸很大。当多个聚糖分子链与同一碳酸钙颗粒反应时，就会发生交联反应。在交联的田菁胶体系中，每一个交联点上有多个金属(以钛为例)离子与聚糖分子链上的邻位顺式二羟基生成络合键，较少的交联点就能够产生较高的交联强度，其应用性能优于直接添加田菁胶和PCC。上述田菁胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～4％；上述有机钛的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～10％。作为本专利技术的优选方案，上述田菁胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.75～3％；上述有机钛的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～2.5％。需要说明的是，上述的有机钛为双三乙醇胺二异丙基钛酸酯、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯。本专利技术还提供了该田菁胶有机钛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：将田菁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钛，搅拌反应；步骤3：收集反应产物。需要说明的是，上述田菁胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～4％，上述的有机钛的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～10％。作为本专利技术的优选方案，上述田菁胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.75～3％；上述有机钛的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～2.5％。需要说明的是，上述步骤1中的水的重量为沉淀碳酸钙重量的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，其主要用于对于田菁胶和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，上述步骤2中的反应温度为20～80℃，反应时间为20～90min。作为本专利技术的优选方案，上述步骤2中的反应温度为40～80℃，反应时间为70～90min。本专利技术同时公开了该田菁胶有机钛表面交联改性沉淀碳酸钙的应用，即所述的田菁胶有机钛表面交联改性沉淀碳酸钙用作纸张的填料。本专利技术还公开了一种纸张，其中所述的纸张的定量为50～70g·m2，所述的纸张中加填有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田菁胶、优于直接添加沉淀碳酸钙和相当量有机钛；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是田菁胶聚糖分子-钛离子-沉淀碳酸钙交联示意图；图2是沉淀碳酸钙(a)与改性沉淀碳酸钙(b)的FT-IR表征图和XRD表征图；图3是沉淀碳酸钙、改性沉淀碳酸钙的XPS表征图；图4是沉淀碳酸钙和改性沉淀碳酸钙的SEM表征图；图5是添加沉淀碳酸钙和改性沉淀碳酸钙手抄纸的SEM表征图；图6是改性沉淀碳酸钙的田菁胶用量与纸张性能的关系图；图7是改性沉淀碳酸钙的有机钛用量与纸张性能的关系图；图8是改性沉淀碳酸钙的交联反应时间与纸张性能的关系图；图9是改性沉淀碳酸钙的交联反应温度与纸张性能的关系图；图10是加填量与纸张性能的关系图；图11是纸张定量与纸张性能的关系图；图12是田菁胶的结构式图。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1.25％(相对于PCC加入量)田菁胶加入至含有90g水的斜三口中，升温至80℃，并400rpm下搅拌分散，然后加入10g沉淀碳酸钙；步骤2：向反应器中加入0.5％(相对于PCC加入量)双三乙醇胺二异丙基钛酸酯，搅拌反应75min；步骤3：通过离心收集反应产物并将其洗涤、烘干；步骤4：将改性沉淀碳酸钙、沉淀碳酸钙均用研钵研细，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FEIQuanta-200型环境扫描电子显微镜，对样品进行观察和分析。如图1所示，图1示出了田菁胶聚糖分子-钛离子-沉淀碳酸钙交联示意图。图2A是沉淀碳酸钙(a)和改性沉淀碳酸钙(b)的FT-IR表征图，如图2A所示，沉淀碳酸钙和改性沉淀碳酸钙的傅里叶红外光谱图中均有沉淀碳酸钙的特征吸收峰(712,872和ca.1460cm-1)。改性沉淀碳酸钙在2850～3000cm-1新的吸收峰来自于田菁胶的C-H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种田菁胶有机钛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钛交联有田菁胶。

【技术特征摘要】
1.一种田菁胶有机钛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钛交联有田菁胶。2.根据权利要求1所述的田菁胶有机钛表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的田菁胶的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～4％。3.根据权利要求1所述的田菁胶有机钛表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的有机钛的重量为沉淀碳酸钙重量的0.5～10％。4.根据权利要求1所述的田菁胶有机钛表面交联改性沉淀碳酸钙，其特征在于，所述的有机钛为双三乙醇胺二异丙基钛酸酯、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯中的一种或多种。5.一种如权利要求1所述的田菁胶有机钛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：将田菁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钛，搅拌反应；步骤3：收集反应产物。6.根据权利要求5所述的田菁胶有机钛表面交联...

【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