壳聚糖改性滑石粉造纸填料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了壳聚糖改性滑石粉造纸填料的制备方法及应用。壳聚糖改性滑石粉造纸填料的制备方法，按如下步骤：1）将滑石粉和水混合并搅拌均匀，配制成混合液，滑石粉质量占混合液质量的5～15%；2）将粘度为30～950cps的壳聚糖加入醋酸溶液中，并搅拌均匀，制成浓度为2～7g/L的壳聚糖醋酸溶液；3）将第1步的混合液与第2步的壳聚糖醋酸溶液混合，以300～1100r/min的速度搅拌5～100min，壳聚糖醋酸溶液质量占混合溶液总质量的1～11%；4）继续搅拌第3步的混合溶液，并慢慢滴加入质量分数为5%的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值至6～14；5）继续搅拌第4步的溶液，使吸附于填料表面的壳聚糖分子发生固化，形成一层密实的壳聚糖沉积膜，即得到改性填料悬浮液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于造纸工业
，特别涉及一种壳聚糖改性滑石粉的制备方法及其作为造纸填料在造纸中的应用。一方面，其将壳聚糖溶解后与滑石粉混合，再将壳聚糖沉淀出来形成改性填料，其制备过程方便、易操作，同时无环境污染、包覆效率高；另一方面，将改性填料用于纸张加填，灰分达到30%时，与未改性滑石粉加填成纸抗张强度提高64%，纸料的留着性能也有明显改善。
技术介绍
一直以来，填料被广泛用于造纸工业，填料的应用不仅可以显著降低原料成本、改善纸品的性能和档次，还可以改善纸料滤水性能，降低能耗。然而，随着加填量的增加，在高加填料下往往会带来纸张强度性能和填料留着率的下降，同时还会带来纸张施胶障碍、掉 毛掉粉等问题。关于提高纸张强度性能，改善填料留着和纸张灰分的研究主要有纤维的细胞腔和细胞壁加填、填料的预絮凝、填料/细小纤维复合技术。但由于无机填料与浆料纤维相容性差，它们存在对强度性能的提高不明显，影响纸张的孔隙结构等问题，使得纸张的使用性能受到影响。另外，还存在制备过程复杂，不易工业化生产和应用等问题。造纸填料表面天然多糖包覆改性技术是最近发展起来的简便、新颖的填料表面改性方法。该类天然聚合物分子含有大量的羟基，可与纸浆纤维产生氢键结合，进而提高纸张的无机填料与纤维的结合力，改善纸张的强度和留着性能。淀粉及衍生物、纤维素及衍生物等均被作为改性剂用于填料的改性。但淀粉类作为改性剂时用量较大，成本上未有明显优势。纤维素作为改性剂时需要使用粒子液体、NMMO等溶剂溶解，不仅显著增加了改性的成本，而且还存在溶剂回用麻烦等不便之处。
技术实现思路
本专利技术公开了一种壳聚糖改性滑石粉造纸填料的制备方法及应用。壳聚糖作为一种天然多糖的衍生物，由于其具有良好的生物相容性、可降解性及絮凝性等，被广泛用于医药、食品、造纸及印染等行业。滑石粉具有良好的吸附性、有机亲和性，本专利技术将壳聚糖用于滑石粉的表面改性在水溶液中进行，其操作简单、方便，具有现实可行性。本专利技术采取以下技术方案一种壳聚糖改性滑石粉造纸填料的制备方法，其按如下步骤I)将滑石粉和水混合并搅拌均匀，配制成混合液,其中，滑石粉质量占混合液质量的5 15% ；2)将粘度为30 950cps的壳聚糖加入醋酸溶液中，并搅拌均匀，制成浓度为2 7g/L的壳聚糖醋酸溶液；3)将第I步的混合液与第2步的壳聚糖醋酸溶液混合，以300 1100r/min的速度搅拌5 lOOmin，其中，壳聚糖醋酸溶液质量占混合溶液总质量的I 11% ；4)继续搅拌第3步的混合溶液，并滴加入质量分数为5%的氢氧化钠溶液，调节溶液pH值至6 14 ;5)继续搅拌第4步的溶液，使吸附于填料表面的壳聚糖分子发生固化，形成一层密实的壳聚糖沉积膜，即得到改性填料悬浮液。优选的，第I步中,滑石粉质量占混合液质量的8%。优选的，第2步中，壳聚糖的粘度为800cps，壳聚糖醋酸溶液的浓度为6g/L。优选的，第3步中，壳聚糖醋酸溶液质量占总混合溶液质量的8%，搅拌速度为700r/min,揽拌时间为60min。优选的，第4步中，调节混合液的pH值为10。上述技术方案中，可将第I步与第2步对调，也可以达到相应的技术效果。·本专利技术还公开了一种壳聚糖改性滑石粉造纸填料的应用，其将由上述技术方案制得的改性填料悬浮液洗涤后，直接以悬浮液形式用于造纸。本专利技术还公开了另一种壳聚糖改性滑石粉造纸填料的应用，其将由上述技术方案制得的改性填料悬浮液进行过滤、洗涤，得滤饼，将滤饼在50°C下真空干燥，再进行研磨，得到粉末状填料，用于造纸。I、本专利技术研究的目的和意义造纸工业是国民经济十大支柱行业之一。根据最新国家统计局数据显示，2012年1-6月，今年上半年，我国机制纸及纸板201万吨，同比增长2. 5%;造纸及纸制品业累计创造工业销售产值为6032. 65亿元，同比增长13. 02%，我国已经成为仅次于美国的第二大纸品生产和消费的大国。然而我国是一个森林资源严重缺乏的国家，国内造纸行业纤维原料供需矛盾日益突出。首先，纤维原料缺口呈现逐年扩大之势；另一方面，纤维原料比重失衡，木浆比重低。据预测，未来几年内，我国纸和纸板产量的增长与原料供给不协调状况还会进一步加剧。近几年来，随着特种用纸的发展和对纸张特殊性能要求的提高，非纤维原料的使用在造纸过程中所占比例越来越多，其中填料由于其较低的成本越来越受到人们的重视。填料自公元8世纪已开始用于造纸工业，特别近30年来，造纸填料得到了大幅度的应用，抄纸时加入填料已成为一个不可或缺的造纸工艺过程，在纸张的湿法成形过程中，造纸填料用量是仅次于纤维的第二大类造纸原料。目前，造纸填料不仅广泛用于印刷和书写纸张中，在包装纸、新闻纸和薄页纸中的应用也逐渐扩大。据估计，纸张中每增加1%填料，每吨纸可节约2. 5美元。根据填料的不同应用场合和应用条件，通常造纸填料具有一些共同的基本性作用。比如，最初始的原因就是造纸填料的应用可以部分代替木浆纤维，可以显著降低原料成本；而且在节省纤维原料使用的同时，在一定程度上也起到了保护环境和减少“碳足迹”的作用。另外，纸张加填还可改善纸品的诸多性能①加填可以改善纸品的表面平滑度，因而纸张可以获得较好的印刷适应性、白度和不透明度。②进一步来说，加填还可以改善纸张的尺寸稳定性、提升纸品的外观和档次。③通过加入一些改性填料，还可赋予纸品一些功能性作用，如抗菌性、导电性、磁性等。近年来，提高加填量已成为造纸技术的重要发展趋势之一，备受造纸者的关注。然而填料在起到以上优异性能的同时，传统的加填方式不仅填料留着率较低，而且会降低纤维与纤维、纤维与填料之间的结合力，随之加填纸的强度性能也会下降。同时，加填还可引起施胶障碍、纸机腐蚀、纸品掉毛掉粉等一系列问题。因此，传统加填方式具有一定的局限性，纸张的灰分难以大幅度提高。因此，在不牺牲纸张性能的前提下，许多研究思想被用来减轻或者消除上述缺陷。目前，国内外关于在不影响纸张强度性能的前提下，提高填料留着率和灰分的研究主要有填料表面改性技术、填料的预絮聚技术、细胞腔/壁加填和基于纤维/填料或细小纤维/填料复合技术等。近几年，基于天然多糖的填料包覆改性技术在造纸领域备受关注，已被认为是减轻加填负面影响的有效途径之一，是一个极具潜力的研究领域。壳聚糖作为天然多糖类物质和纸浆纤维的结构相似，可与纤维之间产生良好的结合能力和相容性，将其用于造纸填料的包覆改性来改善纸张强度等性能是切实可行的。本专利技术研究的目的和意义在于在抄造较高灰分及具有较高强度的纸张条件下，研究填料的壳聚糖覆膜改性技术及其在造纸中进行高灰分加填的应用可行性，从而为加填纸张性能的改善、填料改性技术在高填纸的开发与应用等提供一定基础研究资料和数据支 持。2、国内外研究现状2. I造纸填料及高填料纸张研究现状造纸填料分为无机填料和有机填料两类，无机填料有高岭土、碳酸钙、滑石粉、二氧化钛、氢氧化铝、硫酸钙和无定形硅酸盐等；有机填料有合成高分子类、淀粉基填料、木粉填料等。造纸填料根据尺寸的不同还可分为微米级填料和纳米级填料M。目前，常用的造纸填料主要为微米级无机填料，其中碳酸钙、滑石粉和高岭土应用最为普遍。其中滑石粉我国储量丰富，质地优良，是世界上最大的滑石生产国之一。滑石粉是一种水合硅酸铝镁，其化学式为Mg3Si4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳聚糖改性滑石粉造纸填料的制备方法，其特征是按如下步骤：1）将滑石粉和水混合并搅拌均匀，配制成混合液，其中，滑石粉质量占混合液质量的5～15%；2）将粘度为30～950cps的壳聚糖加入醋酸溶液中，并搅拌均匀，制成浓度为2～7g/L的壳聚糖醋酸溶液；3）将第1步的混合液与第2步的壳聚糖醋酸溶液混合，以300～1100r/min的速度搅拌5～100min，其中，壳聚糖醋酸溶液质量占混合溶液总质量的1～11%；4）继续搅拌第3步的混合溶液，并慢慢滴加入质量分数为5%的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值至6～14；5）继续搅拌第4步的溶液，使吸附于填料表面的壳聚糖分子发生固化，形成一层密实的壳聚糖沉积膜，即得到改性填料悬浮液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛国新，余洋，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：