CN109235122A - 一种造纸用多孔碳酸钙和涂布纸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种造纸用多孔碳酸钙和涂布纸的制备方法,所述制备方法包括:提供碳酸钙浆液;向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应得到多孔碳酸钙;其中改性剂为酸性溶液。通过上述方式,本申请能够简化制备工艺、降低生产成本。
Description
技术领域
本申请涉及造纸技术领域,特别是涉及一种造纸用多孔碳酸钙和涂布纸的制备方法。
背景技术
碳酸钙(CaCO3)是自然界广泛存在的生物矿物,也是一种性能优良、价格低廉的工业原料,可用于橡胶、塑料、涂料、造纸、油墨、医药、化妆品、洗涤剂等行业的填充剂。碳酸钙属ABO3类的多型晶体,主要有方解石(斜方六面体型)、文石(针状)和球霰石(球形)。
多孔材料因其独特的孔结构而具有较大的比表面积,进而表现出一些独特的性能,在能源、环保及化工领域已经有了初步的应用,并有待进一步的发展。
通过对传统碳酸钙进行多孔化改性,改善其应用性能,以满足新材料、新技术的发展,是碳酸钙工业亟待解决的问题。
本申请的发明人在长期的研发过程中,发现目前公开的制备多孔碳酸钙的方法,一般都比较复杂,成本较高、不利用工业化生产应用。例如,通过将CaCl2水溶液与混有结晶控制剂H2SO4的NH4HCO3水溶液进行撞击反应,制得了疏松均匀的多孔性球形超细碳酸钙粉体。在撞击反应体系中CaCl2浓度为1mol/L,NH4HCO3浓度为2mol/L,H2SO4浓度为0.4mmol/L。此方法设备投资较大,原材料价格较高。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种造纸用多孔碳酸钙和涂布纸的制备方法,能够简化制备工艺、降低生产成本。
为解决上述技术问题,本申请采用的一个技术方案是:提供一种造纸用多孔碳酸钙的制备方法,所述制备方法包括:提供碳酸钙浆液;向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应得到多孔碳酸钙;其中改性剂为酸性溶液。
其中,向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应包括:分多次向碳酸钙浆液中滴加改性剂。
其中,改性剂为3~6%浓度的盐酸、3~6%浓度的硫酸、8~11%浓度的磷酸、8~11%浓度的柠檬酸、8~11%浓度的氯化铵中的一种或几种。
其中,改性剂的添加量为碳酸钙绝干质量的10~40%。
其中,改性反应的反应温度为30~60℃。
其中,向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应之前还包括:向碳酸钙浆液中加入保护剂,保护剂为碱性溶液。
其中,保护剂为碳酸氢钙溶液,碳酸氢钠溶液,硅酸钙溶液,硅酸钠溶液,草酸钠溶液中的一种或几种。
其中,向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应之后还包括:将反应后的反应液经过研磨机进行研磨得到多孔碳酸钙。
为解决上述技术问题,本申请采用的另一个技术方案是:提供一种涂布纸的制备方法,所述方法包括:提供涂料,其中涂料包括多孔碳酸钙,多孔碳酸钙是通过向碳酸钙浆液中加入改性剂进行改性反应得到的,改性剂为酸性溶液;提供原纸,在原纸的至少一面涂布涂料,制得涂布纸。
其中,涂料包括85~95份的多孔碳酸钙,5~15份的苯乙烯丁二烯胶乳。
本申请的有益效果是:区别于现有技术的情况,本申请提供一种造纸用多孔碳酸钙的制备方法,该方法中直接向碳酸钙浆液中加入酸性改性剂,对碳酸钙表面进行改性,以制备多孔碳酸钙。该方法中,反应液体系的粘度比较稳定,易于控制反应速率和反应程度,易于生产;所得多孔碳酸钙的孔隙率高、均一性好。
附图说明
图1是本申请造纸用多孔碳酸钙的制备方法第一实施方式的流程示意图;
图2是本申请碳酸钙改性前的SEM测试图;
图3是本申请碳酸钙改性后的SEM测试图;
图4是本申请涂布纸的制备方法第一实施方式的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。
本申请提供一种造纸用多孔碳酸钙的制备方法,以及所得多孔碳酸钙在造纸领域的应用。该方法利用普通的碳酸钙,通过较简单的工艺制备多孔碳酸钙,并可成功应用于纸张涂料,改善涂布纸的性能。
请参阅图1,图1是本申请造纸用多孔碳酸钙的制备方法第一实施方式的流程示意图,在该实施方式中,该方法包括如下步骤:
S101:提供碳酸钙浆液。
其中,将碳酸钙粉末与水进行混合,形成碳酸钙浆液。
S102:向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应得到多孔碳酸钙,其中改性剂为酸性溶液。
其中,改性剂为弱酸性溶液或浓度较低的酸性溶液。
在该实施方式中,通过利用酸性改性剂对碳酸钙的表面进行改性,得到多孔碳酸钙。该方法简单,反应易控制,且设备投资小,成本较低,利于工业化生产应用。
其中,在一实施方式中,碳酸钙浆液中所用碳酸钙为研磨碳酸钙,该研磨碳酸钙的粒径为C40~C99(即粒径≤2μm的颗粒占比在40%~99%之间),例如可以是C50、C60、C75、C85、C90、C95等。可以使用研磨机对碳酸钙浆液进行研磨得到研磨碳酸钙浆液。碳酸钙浆液的浓度为20~50%,例如25%、35%、45%等,浓度太低会使后续反应太慢,反应效率低,不利于工业生产;浓度太高,会使反应太剧烈,所得多孔碳酸钙的孔隙不均匀,并且还可能使反应不充分,或者磨平碳酸钙表面,起不到多孔化的作用。
其中,在一实施方式中,利用酸性溶液对碳酸钙进行改性,改性反应的反应温度为30~60℃,例如35℃、42℃、51℃、56℃等。具体地,将浓度为20~50%的碳酸钙浆液置于30~60℃的水浴中,以维持反应温度,在其他实施方式中,也可以选择油浴、电加热等加热方式进行加热。温度太低会使反应太慢,反应效率低,不利于工业生产;温度太高,会使反应太剧烈,所得多孔碳酸钙的孔隙不均匀,且具有一定的危险。
然后,在加入改性剂之前,先向碳酸钙浆液中加入一定量的保护剂。具体地,改性剂为酸性的,碳酸钙为碱性的,在加入改性剂的瞬间,改性剂与碳酸钙会发生剧烈反应,反应速度过快,使得孔隙不均匀,甚至会磨平碳酸钙的表面,起不到多孔改性的作用。因此,可以选择事先加入一定量的碱性物质,来减缓控制反应速率,保证反应效果。其中,保护剂可以为碳酸氢钙溶液,碳酸氢钠溶液,硅酸钙溶液,硅酸钠溶液,草酸钠溶液中的一种或几种;保护剂的加入量为0.1~5%,例如0.2%、0.5%、0.8%、1.2%、2.0%、3.0%、5.0%等。保护剂的加入量可以不用非常精确,在0.1~5%范围内,适量加入即可。
将碳酸钙浆液与保护剂混合均匀后,向混合液中加入改性剂。具体地,可以以缓慢滴加的方式加入改性剂,例如使用滴液漏斗,逐滴慢慢加入。选择缓慢加入的方式,可以有效控制反应速率,得到孔隙均匀的多孔碳酸钙。在一实施方式中,可以分多次向碳酸钙浆液中滴加改性剂;即滴加一定时间后,先停止滴加,观察反应现象,根据反应现象控制后续滴加的滴加量和滴加速度,以防反应过快或过慢,给反应带来不利影响。其中,改性剂为弱酸性溶液或浓度较低的酸性溶液,可以是3~6%浓度的盐酸、3~6%浓度的硫酸、8~11%浓度的磷酸、8~11%浓度的柠檬酸、8~11%浓度的氯化铵中的一种或几种;例如5%浓度盐酸、5%浓度硫酸、10%浓度磷酸、10%浓度柠檬酸、10%浓度氯化铵等。改性剂添加量为碳酸钙绝干质量的10~40%,例如15%、20%、25%、30%、35%等,添加量过少会使反应不充分,反应效率低;添加量过多的话,会反应过剩,容易磨平碳酸钙表面,孔隙不均匀,孔隙率变低,且还会使后续多孔碳酸钙溶液PH过低,增加后续处理工艺。
改性剂与碳酸钙反应结束后,将混合液进行研磨,可以使用研磨机进行研磨,通过研磨可以使粒径更加均匀。研磨时间为5~30分钟,例如8分钟、15分钟、21分钟、26分钟等。
研磨结束后,不需要做后续处理,出料即得表面改性的多孔碳酸钙。所得多孔碳酸钙的比表面积较大,表面孔隙均匀,具体请参阅图2-3,图2是本申请碳酸钙改性前的SEM测试图,图3是本申请碳酸钙改性后的电镜(SEM)测试图,由图可得,改性后碳酸钙表面布满孔隙,且孔隙均匀。
本申请所提供的制备方法,反应液体系的粘度比较稳定,易于控制反应速率和反应程度,易于生产;所得多孔碳酸钙的孔隙率高、均一性好;反应过程中引入了保护剂,反应速率较为可控;形成的多孔碳酸钙悬浮液容易应用在现有的涂料体系中,不易出现不良现象。
基于此,本申请还提供一种涂布纸的制备方法,制得的涂布纸,因涂布涂料中含有多孔碳酸钙,能够提高涂布纸对油墨的吸收性、保持性;使纸张具有更好的吸墨性和良好的油墨干燥性能,印刷运行性提高的同时,也提高了印品的精美程度。
请参阅图4,图4是本申请涂布纸的制备方法第一实施方式的流程示意图,在该实施方式中,该方法包括如下步骤:
S401:提供涂料,其中涂料包括多孔碳酸钙,多孔碳酸钙是通过向碳酸钙浆液中加入改性剂进行改性反应得到的,改性剂为酸性溶液。
其中,涂料包括乳胶和多孔碳酸钙,多孔碳酸钙的具体制备方法请参阅上述实施方式的描述,在此不再赘述。
在一实施方式中,涂料包括85~95份的多孔碳酸钙,5~15份的苯乙烯丁二烯胶乳,例如86份的多孔碳酸钙和14份的苯乙烯丁二烯胶乳;90份的多孔碳酸钙和10份的苯乙烯丁二烯胶乳等。
S402:提供原纸,在原纸的至少一面涂布涂料,制得涂布纸。
其中,可以使用刮涂、滚涂等方式进行涂布,涂料涂布量为6gsm。可以根据需要选择单面涂布,也可以选择双面涂布,两面的涂布量可以相同也可以不同。
将涂布后的纸板干燥、压光,得到涂布纸。
下面将通过几组具体实验例和对比实验例来对本申请进行说明、解释,但不应用来限制本申请的范围。
实施例1
取一定量的研磨碳酸钙浆液C95,加水稀释到50%浓度,放置于40℃水浴中,加入一定量碳酸氢钠溶液,混合均匀。再分多次缓慢添加硫酸,硫酸的添加量为碳酸钙绝干质量的20%,添加结束后搅拌至反应完全结束。然后再经过研磨机进行研磨20min,出料即得成品多孔碳酸钙C。
然后,利用制备的表面改性碳酸钙制备涂布纸,涂料配方:90份表面改性碳酸钙,10份苯乙烯丁二烯胶乳。
涂布:将相同的原纸表面涂布涂料,得到相应的涂布纸,涂料涂布量为6gsm。将涂布好的纸样检测物性,测试结果详见表1。
实施例2
取一定量的研磨碳酸钙浆液C95,加水稀释到30%浓度,放置于50℃水浴中,加入一定量碳酸氢钠溶液,混合均匀。再分多次缓慢添加磷酸,磷酸的添加量为碳酸钙绝干质量的20%,添加结束后再搅拌至反应完全结束。然后再经过研磨机进行研磨5min,出料即得成品多孔碳酸钙B。
然后,利用制备的表面改性碳酸钙制备涂布纸,涂料配方:90份表面改性碳酸钙,10份苯乙烯丁二烯胶乳。
涂布:将相同的原纸表面涂布涂料,得到相应的涂布纸,涂料涂布量为6gsm。将涂布好的纸样检测物性,测试结果详见表1。
实施例3
取一定量的研磨碳酸钙浆液C95,加水稀释到20%浓度,放置于60℃水浴中,加入一定量碳酸氢钠溶液,混合均匀。再分多次缓慢添加草酸,草酸的添加量为碳酸钙绝干质量的30%,添加结束后再搅拌至反应完全结束。然后再经过研磨机进行研磨30min,出料即得成品多孔碳酸钙D。
然后,利用制备的表面改性碳酸钙制备涂布纸,涂料配方:90份表面改性碳酸钙,10份苯乙烯丁二烯胶乳。
涂布:将相同的原纸表面涂布涂料,得到相应的涂布纸,涂料涂布量为6gsm。将涂布好的纸样检测物性,测试结果详见表1。
实施例4
取一定量的研磨碳酸钙浆液C95,加水稀释到50%浓度,放置于60℃水浴中,加入一定量碳酸氢钠溶液,混合均匀。再分多次缓慢添加氯化铵溶液,氯化铵溶液的添加量为碳酸钙绝干质量的40%,添加结束后再搅拌至反应完全结束。然后再经过研磨机进行研磨10min,出料即得成品多孔碳酸钙E。
然后,利用制备的表面改性碳酸钙制备涂布纸,涂料配方:90份表面改性碳酸钙,10份苯乙烯丁二烯胶乳。
涂布:将相同的原纸表面涂布涂料,得到相应的涂布纸,涂料涂布量为6gsm。将涂布好的纸样检测物性,测试结果详见表1。
对比例
利用研磨碳酸钙浆液C95直接制备涂布纸,涂料配方:90份未经过改性的研磨碳酸钙,10份苯乙烯丁二烯胶乳。
涂布:将相同的原纸表面涂布涂料,得到相应的涂布纸,涂料涂布量为6gsm。将涂布好的纸样检测物性,测试结果详见表1。
表1:实施例及对比例的物性测试结果
注:表中“★”越多表示表面孔隙越明显。
以上实验数据可以看出通过对碳酸钙的表面改性,能够提高碳酸钙对油墨的吸收性、保持性,使纸张具有更好的吸墨性和良好的油墨干燥性能,印刷运行性提高的同时,也提高了印品的精美程度。
以上方案,本申请提供的多孔碳酸钙的制备方法,反应液体系的粘度比较稳定,易于控制反应速率和反应程度,易于生产;所得多孔碳酸钙的孔隙率高、均一性好;反应过程中还引入了保护剂,反应速率较为可控;形成的多孔碳酸钙悬浮液容易应用在现有的涂料体系中,不易出现不良现象。
以上所述仅为本申请的实施方式,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种造纸用多孔碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
提供碳酸钙浆液;
向所述碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应得到多孔碳酸钙;其中所述改性剂为酸性溶液。
2.根据权利要求1所述的造纸用多孔碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应包括:
分多次向所述碳酸钙浆液中滴加改性剂。
3.根据权利要求1所述的造纸用多孔碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述改性剂为3~6%浓度的盐酸、3~6%浓度的硫酸、8~11%浓度的磷酸、8~11%浓度的柠檬酸、8~11%浓度的氯化铵中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的造纸用多孔碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述改性剂的添加量为所述碳酸钙绝干质量的10~40%。
5.根据权利要求1所述的造纸用多孔碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应还包括:
所述改性反应的反应温度为30~60℃。
6.根据权利要求1所述的造纸用多孔碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应之前还包括:
向所述碳酸钙浆液中加入保护剂,所述保护剂为碱性溶液。
7.根据权利要求6所述的造纸用多孔碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述保护剂为碳酸氢钙溶液,碳酸氢钠溶液,硅酸钙溶液,硅酸钠溶液,草酸钠溶液中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的造纸用多孔碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述向碳酸钙浆液中加入改性剂进行反应之后还包括:
将反应后的反应液经过研磨机进行研磨得到多孔碳酸钙。
9.一种涂布纸的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
提供涂料,其中所述涂料包括多孔碳酸钙,所述多孔碳酸钙是通过向碳酸钙浆液中加入改性剂进行改性反应得到的,所述改性剂为酸性溶液;
提供原纸,在所述原纸的至少一面涂布所述涂料,制得涂布纸。
10.根据权利要求9所述的涂布纸的制备方法,其特征在于,所述提供涂料包括:
所述涂料包括85~95份的多孔碳酸钙,5~15份的苯乙烯丁二烯胶乳。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190118 |