专利名称：造纸工艺及由其制得的纸张的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种造纸工艺及由该工艺制得的纸张。
背景技术：
对薄页纸进行压花处理不仅可以增加薄页纸的美观性，还可以使薄页纸具有更好的擦拭力。然而，薄页纸进行压花后，纸张的强度(尤其干强度)会降低，原因是:纸张的干强度主要由纤维和纤维之间形成的氢键来提供，在薄页纸抄造的过程中，通常添加有干强齐U(如阳离子淀粉)，这些干强剂也会和纤维形成氢键，从而提供一部分干强度。压花的过程通常是使纸张从一压花辊组中间穿过，在这个过程中，纸张受到压花辊组的挤压从一张平整的纸页被压制形成凹凸起伏的状态。经压花，纸张凹进和凸起部位的纤维的形状和位置关系发生变化，这两个变化都有可能使纤维和纤维之间已经形成的氢键断裂，从而使纸张的强度降低。为了保证纸张使用时的安全性(需求强度)，就要尽量降低纸张在压花过程中的强度损失，业内通常的做法是通过提高纸张的原始强度，如增加长纤维的用量等，来适当提高或保证压花后的纸张强度，但是这些做法无疑都或多或少增加了成本。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种纸张的制备工艺，该纸张可有效降低压花后的强度损失。另外，还有必要提供一种应用上述制备工艺制得的纸张。一种造纸工艺，其包括如下步骤:先将交联剂、淀粉和水混合获得混合液，然后向混合液中加入填料颗粒，其中交联剂与淀粉的绝干比介于0.1:100与60:100之间，淀粉与填料的绝干比介于1:2与1:200之间，升温蒸煮该混合液使淀粉糊化、交联，制得交联淀粉-填料复合物体系，该交联淀粉-填料的复合物体系中含有填料颗粒、交联淀粉及水，其中交联淀粉包覆于填料颗粒的外表面，且填料颗粒外表面的70%以上包覆有交联淀粉；提供浆料，将交联淀粉-填料的复合物体系直接在纸张抄造的湿端加入到浆料中并混合均匀；使用上述添加有交联淀粉-填料的复合物体系的浆料进行抄造制得纸张，该纸张中单纯的填料颗粒占纸张绝干质量的1%_70%。一种应用上述造纸工艺制得的纸张，该纸张中均匀分布有填料颗粒，该填料颗粒外表面的70%以上包覆有交联淀粉,该纸张中填料颗粒的绝干质量占纸张绝干质量的1% 70%。本发明的造纸工艺利用表面包覆有交联淀粉的填料颗粒替代部分纤维，所以纤维用量相对减少，因此纤维和纤维之间的氢键结合被破坏的程度会相对减小，而且会被压花压溃的纤维数量也会相对 变少。另外，该填料颗粒是以交联淀粉-填料复合物体系的形式存在的，淀粉上的羟基基团能与纤维中的羟基基团以氢键的形式结合在一起，从而使得填料颗粒可以牢牢的粘附在纤维上。填料颗粒的存在，对纤维和纤维之间的结合起到了阻隔的作用，因此纤维之间的氢键结合就会受到影响，但是，由于填料颗粒是以交联淀粉-填料的形式存在，交联淀粉上的多个羟基能和邻近的多个纤维上的多个羟基同时形成氢键，得以提供部分干强度。而表面包覆有交联淀粉的填料颗粒的粒径较小，外力(如压花过程的外力)的作用难以直接使填料颗粒和纤维分离，且一填料颗粒通常同时和多个纤维形成多个羟基，因此即使有部分羟基被破坏，仍然有其他羟基保留下来，因此交联淀粉和纤维之间形成的氢键能较好的保留。其次，相邻的两根纤维之间有的是通过多个填料颗粒叠加相连，相较于纤维和纤维之间直接形成氢键的情况而言，本发明纸张的相邻两根纤维之间的距离较大，这样的纸张在压花过程中更能承受由于高低落差引起的变形，大大减少对氢键的破坏，因此本发明造纸工艺可有效降低纸张压花后的强度损失。
具体实施例方式本发明的造纸工艺，其包括如下步骤:(I)制备交联淀粉-填料的复合物体系。(1.1)将交联剂、淀粉和适量的水混合制得交联剂-淀粉混合液，其交联剂与淀粉的绝干比介于0.1:100与60:100之间，优选介于2:100与60:100之间。该步骤可先优选将交联剂溶解于适量的水中，其中交联剂与水的质量比介于0.05:100与235:100之间，得到交联剂水溶液，再向所述交联剂水溶液中加入淀粉，得到交联淀粉混合液。该淀粉选自阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、和非离子型淀粉中的一种或几种。该交联剂选自三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾、三氯氧磷、甲醛、乙醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧碘丙烷、表氯醇、聚丙烯酰胺甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、碳酸锆钾、碳酸锆铵、和异氰酸盐中的一种或几种。(1.2)向交联剂-淀粉混`合液中加入填料颗粒，其中淀粉与填料的绝干比介于1:2与1:200之间，优选介于1:2与1:100之间。优选的，添加填料颗粒时保持交联淀粉混合液处于搅拌的状态，搅拌速度大于等于2000rpm，如此可确保加入填料颗粒后整个体系是均匀的。该填料选自滑石粉、高岭土、研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、絹英石、矿物纤维、和二氧化钛中的一种或几种。(1.3)继续搅拌，升温蒸煮所述混合物体系使淀粉糊化、交联，与填料颗粒形成交联淀粉-填料复合物体系。优选的，蒸煮混合液体系温度为50-100°C，使所述混合液体系在这个温度下进行蒸煮反应4-6小时，确保其中的淀粉充分糊化、交联，与填料颗粒形成交联淀粉-填料复合物体系。该交联淀粉-填料的复合物体系中含有填料颗粒、交联淀粉及水，其中交联淀粉包覆于填料颗粒的外表面，且填料颗粒外表面的70%以上包覆有交联淀粉。该复合物体系中，表面包覆有交联淀粉的填料颗粒的粒径大小为0.5-100 μ m。(2)将一定量的交联淀粉-填料的复合物体系直接在纸张抄造的湿端加入到浆料系统中并混合均匀。复合物体系的添加点可为碎浆槽、倾浆槽、机前槽、压力筛入口处、流浆箱等。该浆料的种类可选自机械浆、化学浆、化学机械浆、纯木浆、非木浆、回收浆中的一种或多种的混合，且浆料可以是经过磨浆处理，也可以不进行磨浆处理。(3)使用上述添加有交联淀粉-填料的复合物体系的浆料进行抄造制得纸张。该纸张中单纯的填料颗粒占纸张绝干质量的1%_70%。一种由上述方法制得的纸张，该纸张中均匀分布有填料颗粒，且填料颗粒外表面的70%以上包覆有交联淀粉。填料颗粒外表面的交联淀粉以结合键的形式和纸张纤维结合(交联淀粉上的羟基能与纤维的羟基等结合形成氢键)，从而将填料颗粒紧密的依附在纸张纤维上。该纸张中纯的填料颗粒占纸张绝干质量的1%_70%。表面包覆有交联淀粉的填料颗粒的粒径大小为0.5 μ m-100 μ m。该纸张中的填料颗粒在三维方向上分布相对较均匀，具体原因为:复合物体系为液态的且具有一定的粘性，该粘性可以有效协助填料颗粒在抄造过程中较好的粘附在纤维的三维方向上；交联淀粉与纤维上的羟基发生氢键结合，在后续脱水、压榨及干燥的过程中，不会因为重力等其他因素的影响而使得填料颗粒在三维方向尤其是Z向上分布不均匀，从而确保填料颗粒在纸张的三维方向上能均匀分布。纸张压花过程中，纸张凹进和凸起部位的纤维由于存在高低落差，纤维被拉开一定的距离，纤维和纤维之间形成的氢键有部分被破坏，且有部分纤维会被压溃，这就会使得纸张的强度下降。而本发明的造纸工艺可有效降低压花后的强度损失，具体原因分析如下:(A)利用表面包覆有交联淀粉的填料颗粒替代部分纤维，所以纤维用量相对减少，因此纤维和纤维之间的氢键结合被破坏的程度会相对减小，而且会被压溃的纤维数量也会相对变少。(B)另外，表面包覆有交联淀粉 的填料颗粒的粒径较小，外力(如压花过程的外力)的作用难以直接使填料颗粒和纤维分离，且一填料颗粒通常同时和多个纤维形成多个羟基，因此即使有部分羟基被破坏，仍然有其他羟基保留下来，因此交联淀粉和纤维之间形成的氢键能较好的保留。(C)其次，相邻的两根纤维之间有的是通过多个填料颗粒叠加相连，相较于纤维和纤维之间直接形成氢键的情况而言，本发明纸张的相邻两根纤维之间的距离较大，这样的纸张在压花过程中更能承受由于高低落差引起的变形，大大减少对氢键的破坏，因此能更好的保留压花后纸张的干强度。在测试纸张强度的过程中，纸张会在最弱的地方断裂，在断裂的瞬间，测试头牵引纸张所达到的最大的力即为该纸张的强度，如果纸张中填料分布不均匀，在压花的过程中，没有填料分布或者填料分布较少的区域，其拉力损失会特别大，在测试压花后纸张的强度时，纸张在这部分区域可以轻易断裂。而本发明的纸张中的填料分布均匀，因此可更好的保留纸张强度，也利于减少压花的强度损失。 下面通过实施例来对本发明进行具体说明。实施例先将交联剂三偏磷酸钠溶解在一定量的水中，配制成浓度为5%的交联剂水溶液，再用该水溶液把阳离子淀粉配成2%的室温的溶液体系，三偏磷酸钠与阳离子淀粉的绝干比例为1:10，在2000rpm的转速下剧烈搅拌该淀粉溶液搅拌使其均匀，同时向其中加入碳酸钙颗粒，碳酸钙与阳离子淀粉的绝干比为10:1，待碳酸钙粉末完全加入并均匀分散后，继续维持该搅拌速度，同时，对该体系加热使其温度为70°C，反应4个小时后，使交联剂和阳离子淀粉发生交联、糊化，其中，交联反应的机理是淀粉的醇羟基与三偏磷酸钠形成二酯键，使淀粉分子之间架桥在一起，形成交联淀粉，由于体系中均匀的混合有碳酸钙粉末，交联淀粉在形成的过程中同时也覆盖在碳酸钙颗粒的表面，最终形成交联淀粉-碳酸钙复合物体系；将该复合物直接加入机前槽中与浆料混合均匀，随浆料一起在经过上网，脱水，压榨，干燥，卷取等工艺，最终形成纸张。对比例将实施例中相同的浆料(不加复合物)采用相同的方法(上网，脱水，压榨，干燥，卷取等工艺)制得纸张。将实施例和对比例制得的纸张进行压花前的纵向拉力和横向拉力的测试，然后使用相同的压花辊及压花条件对两种纸张分别进行压花后再分别测试压花后的纵向拉力和横向拉力，测试结果如下表所示，其中压花强度损失率=(压花前纸张强度-压花后纸张强度)/压花前纸张强度X100%。
权利要求
1.一种造纸工艺，其包括如下步骤 先将交联剂、淀粉和水混合获得混合液，然后向混合液中加入填料颗粒，其中交联剂与淀粉的绝干比介于O. I :100与60 :100之间，淀粉与填料的绝干比介于I :2与I :200之间，蒸煮该混合液使淀粉糊化、交联，制得交联淀粉-填料复合物体系，该交联淀粉-填料的复合物体系中含有填料颗粒、交联淀粉及水，其中交联淀粉包覆于填料颗粒的外表面，且填料颗粒外表面的70%以上包覆有交联淀粉； 提供浆料，将交联淀粉-填料的复合物体系直接在纸张抄造的湿端加入到浆料中并混合均匀； 使用上述添加有交联淀粉-填料的复合物体系的浆料进行抄造制得纸张，该纸张中单纯的填料颗粒占纸张绝干质量的1%_70%。
2.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于该交联剂与淀粉的绝干比介于2:100与60 :100之间。
3.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于该淀粉与填料的绝干比介于I:2与I :100之间。
4.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于该淀粉选自阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、和非离子型淀粉中的一种或几种。
5.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于该交联剂选自三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾、三氯氧磷、甲醛、乙醛、乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、环氧碘丙烷、表氯醇、聚丙烯酰胺甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、碳酸锆钾、碳酸锆铵、和异氰酸盐中的一种或几种。
6.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于该填料选自滑石粉、高岭土、研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、絹英石、矿物纤维、和二氧化钛中的一种或几种。
7.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于获得混合液的步骤是将交联剂溶解于水中，其中交联剂与水的质量比介于O. 05 :100与235 :100之间，得到交联剂水溶液，再向所述交联剂水溶液中加入淀粉得到混合液。
8.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于添加填料颗粒于混合液中时保持混合液处于搅拌的状态，且搅拌速度大于等于2000rpm。
9.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于表面包覆有交联淀粉的填料颗粒的粒径大小为O. 5-100 μ m0
10.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于蒸煮该混合液的温度为50-100°C。
11.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于该交联淀粉-填料的复合物体系的添加点为碎浆槽、倾浆槽、机前槽、压力筛入口处或流浆箱。
12.如权利要求I所述的造纸工艺，其特征在于该浆料选自机械浆、化学浆、化学机械浆、纯木浆、非木浆、回收浆中的一种或多种的混合。
13.一种应用权利要求1-12中任意一项所述造纸工艺制得的纸张，该纸张中均匀分布有填料颗粒，该填料颗粒外表面的70%以上包覆有交联淀粉，该纸张中填料颗粒的绝干质量占纸张绝干质量的1% 70%。
全文摘要
一种造纸工艺，其包括如下步骤先将交联剂、淀粉和水混合获得混合液，然后向混合液中加入填料颗粒，其中交联剂与淀粉的绝干比介于0.1100与60100之间，淀粉与填料的绝干比介于12与1200之间，升温蒸煮该混合液使淀粉糊化、交联，制得复合物体系，该复合物体系中含有填料颗粒、交联淀粉及水，其中填料颗粒外表面的70%以上包覆有交联淀粉；提供浆料，将复合物体系加入到浆料中并混合均匀；使用上述浆料进行抄造制得纸张，该纸张中单纯的填料颗粒占纸张绝干质量的1%-70%。本发明还提供应用上述造纸工艺制得的纸张。本发明造纸工艺可有效降低纸张压花后的强度损失。
文档编号D21H21/18GK103255678SQ2013101740
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者黄锦华, 孟凡翠, 派屈克.陈, 于洁 申请人:金红叶纸业集团有限公司