[发明专利]一种造纸用阳离子硅灰石矿物纤维浆的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿物纤维在造纸中的应用，尤其是一种造纸用阳离子硅灰石矿物纤维浆的制备方法，属于造纸材料和造纸方法领域。

背景技术

自蔡伦发明造纸术以来，传统的造纸业一直以植物纤维（木质纤维）作为主要原料，因此造纸业也一直是消耗森林资源的主要产业之一。目前纸张已成为人类生产、生活不可缺少的必需品之一，就我国目前对纸制品的需求而言，每年均以10%左右的速度递增，造纸业对木材的需求和森林资源匮乏之间的矛盾已经成为约束该行业持续发展的主要因素。

自上世纪以来，从天然矿物资源中寻找造纸原料的部分替代资源已经成为造纸业相关研究的主攻方向之一，因此出现了以自然界中的天然岩石为原材料，经加工处理后作为填料添加于纸张中用于改善成纸性质、降低浆耗成本的加填方式。

在造纸工艺中，填料作为纸浆纤维的替代品，其添加量仅次于植物纤维，是纸张的第二大组分，通常为无机矿物材料，填料的价格远远低于植物纤维，可以以5-30%的比例代替部分植物纤维，从而降低成纸浆耗成本，减少对森林资源的消耗。但是传统填料在实际应用过程中却存在着以下问题：

①在不添加助留剂的条件下，留着率难以达到较高水平。

②随着助留体系的成熟应用，留着率达到较高水平的同时，对成纸质量也产生了一定的影响，包括物理强度、松厚度、表面性能等性质。这使得造纸学者将更多的目光转向了具有优良长径比的硅灰石矿物纤维，以期利用其特殊的纤维形态在保证成纸质量的前提下，进一步提高植物纤维替代比例，从而降低浆耗成本，保护森林资源。

硅灰石是一种天然产出的链状偏硅酸盐矿物，其形态呈纤维状、放射状、针状集合体，晶型的长径比在6:1-30:1，经特殊加工破碎至5000目时仍能保持其纤维状形态。硅灰石经加工成矿物纤维后可以部分替代植物纤维，留着率要远远高于传统填料，但由于硅灰石矿物纤维表面不存在能与植物纤维表面产生化学结合作用的基团，留着率较高仅是由于其特殊的纤维形态使得机械截留作用更为明显所致，但其结合力远不如植物纤维之间的氢键结合或化学键结合力强。因此，硅灰石矿物纤维在应用时也存在着与传统填料类似的问题：在纸页中保留越多，对纸张性能尤其是强度性能影响越大。

近些年来，一些研究者的探索表明：对天然硅灰石矿物纤维进行表面改性可进一步提高硅灰石矿物纤维与植物纤维的相容性，减轻其对纸张抄造过程及成纸性能产生的不利影响，充分发挥了其纤维状形态在纸张生产中的应用优势。为此中国专利文献公开了专利号为ZL03117141.9的“造纸用改性硅灰石矿物纤维及用其造纸的方法”。提出几种对硅灰石矿物纤维进行表面改性的工艺方法，改善其在抄纸过程中与植物纤维的相容性，减轻应用时产生的不利影响，使之成为更能适用于造纸抄纸工艺的理想原料。该专利的技术提出的技术方案含以下三种：

其一，是在硅灰石破碎过程中，通过利用工业用硫酸铝或工业用氢氧化铝的一种或几种的组合物、以及工业用碳酸氢钠或工业用氢氧化钠中的一种或几种的组合，共同组成硅灰石矿物纤维的改性剂A，对硅灰石矿物纤维进行改性处理，使之成为更能适用于造纸抄纸工艺的理想原料。

其二，是在硅灰石破碎过程中，按硅灰石矿物重量的一定比例添加由阳离子金属盐三氯化铝、硫酸铝钾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁中的一种或几种；或者为复合金属盐：聚合硫酸铝铁/聚合氯化铝铁、聚合硫酸氯化铁/聚合硫酸氯化铝、聚合铝硅/聚合铁硅、聚合硅酸铝/聚合硅酸铁、聚合氯化磷酸铝、聚合铝/铁-聚丙烯酸铵、聚合铝/铁-甲壳素中的一种或几种组成改性剂B，对硅灰石矿物纤维进行改性处理，使之成为更能适用于造纸抄纸工艺的理想原料。

其三，是在硅灰石破碎过程中，按硅灰石矿物重量的一定比例添加利用矿物质蒙脱石、膨润土、改性蒙脱石、改性膨润土、改性瓷土中的一种或几种作为改性剂C。对硅灰石矿物纤维进行改性处理，使之成为更能适用于造纸抄纸工艺的理想原料。

根据本发明人多年来对硅灰石矿物纤维改性技术的跟踪、研究，认为上述技术方案提出的硅灰石矿物纤维改性技术，虽然在一定程度上改善了硅灰石矿物纤维与植物纤维的相容性，提高了矿物纤维在抄纸过程中的留着率，但矿物纤维在造纸应用过程中依然存在的另外两个问题并未得到解决：一是由于硅灰石原矿硬度较高，表面锐利，在抄纸过程中会对抄纸设备产生一定程度的磨损，降低了设备的使用寿命；二是矿物纤维的添加在提高成纸灰分的同时，随着添加量的增加会对成纸性能特别是强度指标产生一定程度的不利影响。

发明内容