专利名称：脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种造纸填料，具体涉及一种脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料 的制备方法。
背景技术：
如今，造纸工业被一系列严重问题困扰。首先木纤维纸浆价格因世界森林 面积逐渐縮小而逐步上涨且供应不足。其次，处理造纸过程中产生的废物和生 态方面的要求使在解决这些环境保护问题时也显著提高成本。最后，用于造纸 的能源价格也大幅度上涨。
在造纸过程中，为降低造纸成本、改善纸张的光学性能、印刷适应性以及 滤水速率，可增加纸张填料；但是纸张中加入填料量太高也带来一些不良的影 响，主要表现为纸张强度的降低和施胶效果的下降，普通填料磨耗值较高，一 定程度上限制了高速纸机的使用，在印刷过程中，由于普通填料摩擦作用较大，
还会磨损印版。美国乔治亚大学的Yan Zegui研究小组曾利用改性淀粉处理粘 土来提高纸张中的填料含量，利用淀粉处理的粘土作为手抄纸的填料可以提高 纸张页强度比直接加入阳离子淀粉和两性淀粉的高出15%以上，其它类似相关 的研究也有近似的结果即通过淀粉对填料的包覆处理之后，在填料添加量相 同的条件下，纸张强度有所提高。但填料对纸机及胶辊等的磨损仍没有明显的 改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可显著提高纸产品的不透明度、白度及强度特 征，且对纸机及胶辊等的磨损低的脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料的制备方法。
3为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
1) 首先，将尿素、甲醛按1: 1 2的摩尔比混合，用碱调节pH值到7. 5-8. 0， 自室温以0. 5 rC/min的升温速率加热至7(TC后反应l_2h，生成粘稠透明水 溶性脲-甲醛预聚物；
2) 其次，在1份质量的脲-甲醛预聚物中加入0. 5 5份质量的矿物填料及 脲-甲醛预聚物质量0.5 1%的聚乙烯醇和1 10%的三聚氰胺，搅拌10-30min 后，滴加催化剂调节pH值为1-5，升温至65-9(TC反应2-4h;
3) 然后，在搅拌速度为200r/min的条件下，向反应体系中加碱调节pH至 中性，产生沉淀；
4) 收集沉淀产物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度不大于140目的颗 粒得到脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料。
本发明的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氨水、碳酸钠、碳酸钾、 二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或一种以上的混合物；矿物填料为碳酸钙、滑石 粉、绢英石、煅烧高岭土、 二氧化钛中的一种或一种以上的混合物；其中碳酸 钙为粒度不大于325目的沉淀碳酸钙或研磨碳酸钙；滑石粉、绢英石的粒度不 大于200目；煅烧高岭土的粒度不大于1250目，二氧化钛的粒度不大于325目； 催化剂为甲酸、乙酸、盐酸、硫酸、磷酸、氯化铵、硫酸铵中的一种或一种以 上的混合物。
本发明制备的脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料可部分代替植物纤维作为造 纸填料，使用时占纸产品重量的5-35%，但效果最佳的为10-30%，通过采用这 些填料替代部分植物纤维生产的纸产品，由于脲醛树脂上具有可与纤维形成氢 键的羟基和氨基，使得填料与植物纤维的结合能力显著提高，因而可明显提高 纸的强度特征；在强度要求相同的情况下，改性填料的加添量可以提高，从而 使得纸张的不透明度和白度也有所提高；另外，脲醛树脂包覆在矿物填料表面，矿物填料在粉碎过程中形成的形貌缺陷得以修补，颗粒棱角得以钝化，这样纸 张对纸机及印刷机的磨损降低，使得纸张磨耗值较低。
具体实施例方式
实施例l:首先，将尿素、甲醛按l: l的摩尔比混合，用氢氧化钠调节pH
值到7.5，自室温以0.5'C/min的升温速率加热至7(TC后反应lh，生成粘稠透 明水溶性脲-甲醛预聚物；其次，在1份质量的脲-甲醛预聚物中加入3份质量 的粒度不大于325目的沉淀碳酸钙及脲-甲醛预聚物质量1%的聚乙烯醇和8%的 三聚氰胺，搅拌10min后，滴加催化剂甲酸调节pH值为5，升温至9(TC反应 2h;然后，在搅拌速度为200r/min的条件下，向反应体系中加氢氧化钠调节 pH至中性，产生沉淀；收集沉淀产物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度不 大于140目的颗粒得到脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料。
实施例2:首先，将尿素、甲醛按1: 1.5的摩尔比混合，用氨水调节pH 值到7. 8，自室温以rC/min的升温速率加热至70。C后反应1. 5h，生成粘稠透 明水溶性脲-甲醛预聚物；其次，在1份质量的脲-甲醛预聚物中加入1份质量 的粒度不大于325目的研磨碳酸钙及脲-甲醛预聚物质量0. 8%的聚乙烯醇和2% 的三聚氰胺，搅拌20min后，滴加催化剂盐酸调节pH值为4，升温至8(TC反应 3h;然后，在搅拌速度为200r/min的条件下，向反应体系中加氨水调节pH至 中性，产生沉淀；收集沉淀产物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度不大于 140目的颗粒得到脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料。
实施例3:首先，将尿素、甲醛按1: 2的摩尔比混合，用碳酸钠调节pH 值到7.6，自室温以0.8。C/min的升温速率加热至70。C后反应2h，生成粘稠透 明水溶性脲-甲醛预聚物；其次，在l份质量的脲-甲醛预聚物中加入4份质量 的粒度不大于200目的滑石粉及脲-甲醛预聚物质量0. 5%的聚乙烯醇和5%的三 聚氰胺，搅拌30min后，滴加催化剂磷酸调节pH值为3，升温至7(TC反应3. 5h;然后，在搅拌速度为200r/min的条件下，向反应体系中加碳酸钠调节pH至中 性，产生沉淀；收集沉淀产物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度不大于140 目的颗粒得到脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料。
实施例4:首先，将尿素、甲醛按l: 1.8的摩尔比混合，用二乙醇胺调节 pH值到8.0，自室温以0.6'C/min的升温速率加热至7(TC后反应1.3h，生成粘 稠透明水溶性脲-甲醛预聚物；其次，在1份质量的脲-甲醛预聚物中加入2份 质量的粒度不大于200目的绢英石及脲-甲醛预聚物质量0. 7%的聚乙烯醇和7% 的三聚氰胺，搅拌15min后，滴加催化剂硫酸铵调节pH值为2，升温至65。C反 应4h;然后，在搅拌速度为200r/min的条件下，向反应体系中加二乙醇胺调 节pH至中性，产生沉淀；收集沉淀产物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度 不大于140目的颗粒得到脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料。
实施例5:首先，将尿素、甲醛按l: 1.3的摩尔比混合，用氢氧化钠和碳 酸钾的混合物调节pH值到7. 7，自室温以0. 9"C/min的升温速率加热至7(TC后 反应1.8h，生成粘稠透明水溶性脲-甲醛预聚物；其次，在l份质量的脲-甲醛 预聚物中加入0. 5份质量的粒度不大于1250目的煅烧高岭土及脲-甲醛预聚物 质量0.9%的聚乙烯醇和1%的三聚氰胺，搅拌25min后，滴加催化剂甲酸和氯化 铵的混合物调节PH值为4，升温至75"C反应3. 2h;然后，在搅拌速度为200r/min 的条件下，向反应体系中加氢氧化钠和碳酸钾的混合物调节pH至中性，产生沉 淀；收集沉淀产物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度不大于140目的颗粒 得到脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料。
实施例6:首先，将尿素、甲醛按l: 1.6的摩尔比混合，用氨水和三乙醇 胺的混合物调节pH值到7. 9，自室温以0. 7TVmin的升温速率加热至7(TC后反 应1.6h，生成粘稠透明水溶性脲-甲醛预聚物；其次，在1份质量的脲-甲醛预 聚物中加入5份质量的粒度不大于325目的二氧化钛及脲-甲醛预聚物质量O. 6的聚乙烯醇和6%的三聚氰胺，搅拌18min后，滴加催化剂盐酸和硫酸铵的混合 物调节pH值为l，升温至85。C反应2.5h;然后，在搅拌速度为200r/min的条 件下，向反应体系中加氨水和三乙醇胺的混合物调节pH至中性，产生沉淀；收 集沉淀产物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度不大于140目的颗粒得到脲 醛树脂包覆矿物微粒造纸填料。
实施例7:首先，将尿素、甲醛按l: 12的摩尔比混合，用氢氧化钡、氨水 和碳酸钠的混合物调节pH值到8. 0，自室温以rC/min的升温速率加热至70 匸后反应1.2h，生成粘稠透明水溶性脲-甲醛预聚物；其次，在i份质量的脲-甲醛预聚物中加入1. 6份质量的粒度不大于325目的沉淀碳酸钙和粒度不大于 200目的滑石粉的混合物及脲-甲醛预聚物质量0. 7%的聚乙烯醇和10%的三聚氰 胺，搅拌27min后，滴加催化剂甲酸、硫酸和氯化铵的混合物调节pH值为5， 升温至68"C反应3.8h;然后，在搅拌速度为200r/min的条件下，向反应体系 中加氢氧化钡、氨水和碳酸钠的混合物调节pH至中性，产生沉淀；收集沉淀产 物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度不大于140目的颗粒得到脲醛树脂包 覆矿物微粒造纸填料。
权利要求
1、脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料的制备方法，其特征在于1)首先，将尿素、甲醛按1∶1～2的摩尔比混合，用碱调节pH值到7.5-8.0，自室温以0.5～1℃/min的升温速率加热至70℃后反应1-2h，生成粘稠透明水溶性脲-甲醛预聚物；2)其次，在1份质量的脲-甲醛预聚物中加入0.5～5份质量的矿物填料及脲-甲醛预聚物质量0.5～1％的聚乙烯醇和1～10％的三聚氰胺，搅拌10-30min后，滴加催化剂调节pH值为1-5，升温至65-90℃反应2-4h；3)然后，在搅拌速度为200r/min的条件下，向反应体系中加碱调节pH至中性，产生沉淀；4)收集沉淀产物并用水冲洗，干燥、冷却、粉碎至粒度不大于140目的颗粒得到脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料。
2、 根据权利要求1所述的脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料的制备方法，其 特征在于所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氨水、碳酸钠、碳酸 钾、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或一种以上的任意比例的混合物。
3、 根据权利要求1所述的脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料的制备方法，其 特征在于所述的矿物填料为碳酸钙、滑石粉、绢英石、煅烧高岭土、 二氧化 钛中的一种或一种以上的混合物；其中碳酸钙为粒度不大于325目的沉淀碳酸 钙或研磨碳酸钙；滑石粉、绢英石的粒度不大于200目；煅烧高岭土的粒度不 大于1250目，二氧化钛的粒度不大于325目。
4、 根据权利要求1所述的脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料的制备方法，其 特征在于所述的催化剂为甲酸、乙酸、盐酸、硫酸、磷酸、氯化铵、硫酸铵 中的一种或一种以上任意比例的混合物。
全文摘要
脲醛树脂包覆矿物微粒造纸填料的制备方法，将尿素、甲醛混合，调节pH到8.0，70℃下反应得水溶性脲-甲醛预聚物；在脲-甲醛预聚物加入矿物填料，搅拌10-30min，滴加催化剂调节酸度至一定的pH值，升温至适当的温度下进行反应；最后调节至中性，冷却后收集产物过滤，并用水洗涤，干燥后粉碎成粒度不大于140目的颗粒，得到矿物填料-脲醛树脂复合物。本发明可部分替代5-35％的植物纤维作为填料应用于造纸工业，可明显提高纸的不透明度、白度及强度特征，改进其印刷适应性。
文档编号D21H17/70GK101440590SQ20081023278
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者静 刘, 张光华, 来智超, 王慧萍 申请人:陕西科技大学