一种表面活化聚合的填料制备工艺的制作方法

本发明涉及造纸领域，具体涉及一种表面活化聚合的填料制备工艺。

背景技术：

1、造纸填料是指加入纸浆内的一些基本不溶于水的固体微粒，最初目的是降低纸的成本，现在加入的目的是为了改善纸张的不透明度、亮度、平滑度、印刷适应性(如提高吸收性、吸墨性)、柔软性、均匀性和尺寸稳定性，还可以使纸张的手感好，降低其吸湿性，减少纤维用量。

2、由于加填的目的不同，填料在纸中所占的比例差别较大。采用一种填料或几种填料取决于所要求的纸张特殊性质。目前造纸行业中，最常用的填料有碳酸钙、高岭土和滑石粉，此外，也有少量的无定形硅石、硅酸盐、三羟基铝用作填料。填料的物理性质对纸张的不透明度和物理性质有很大影响。加入填料的纸浆容易脱水、易干燥、可减少能源消耗，降低造纸成本，但是由于填料与纤维之间的性质存在较大不同，相互作用力较弱，界面结合力差，从而导致纸张的挺度和强度都会一定幅度的下降，此外还会出现掉粉和掉毛的现象。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种表面活化聚合的填料制备工艺。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤：

4、(1)称量一定的坡缕石粉末与去离子水混合，在超声条件下形成均匀的混液，然后在低速搅拌的条件下，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，在滴加完毕之后，加速搅拌15-30min，形成第一混合液；

5、(2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；

6、(3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，期间不断地搅拌，同时控制反应液的ph为6-6.5，待第二混合液完成滴加后，搅拌10-20min，调控反应液的ph为7-7.5，继续搅拌30-60min，然后经过沉淀、离心、洗涤、抽滤和干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。

7、优选地，第(1)步中，坡缕石粉末的粒径是20-50μm。

8、优选地，第(1)步中，坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:3-5:10-20。

9、优选地，第(1)步中，氯化铝和氯化锆的混合溶液的成分为：氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.33-1.95:2.33-3.45:100。

10、优选地，第(1)步中，低速搅拌的速度是100-200r/min，加速搅拌的速度是300-400r/min，滴加速度是1-1.5秒/滴。

11、优选地，第(2)步中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.3-0.6:0.5-5:100。

12、优选地，第(2)步中，果胶的酯化度为10％-25％，粘均分子量为15000-25000。

13、优选地，第(3)步中，第二混合液与第一混合液的质量比例是1-3:1。

14、优选地，第(3)步中，调控反应液的ph为7-7.5之后，控制反应液的温度为25-60℃。

15、优选地，第(3)步中，沉淀是在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的无水乙醇内沉淀，乙醇加入量是反应液质量的1-2倍。

16、优选地，第(3)步中，离心的速度是5000-8000r/min，离心的时间是3-5min。

17、优选地，第(3)步中，洗涤是将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次。

18、优选地，第(3)步中，抽滤是将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体。

19、优选地，第(3)步中，干燥是在100-120℃的烘箱内干燥。

20、本发明的有益效果为：

21、1、在纸张的制备中，除了纤维之外，一般还会加入一些填料用于增强纸张的性质。本发明中，选用了大比表面积和吸附性能较强的坡缕石作为填料基材，在其基础上进行了表面活化处理，即先使用含有铝盐和锆盐的溶液与坡缕石混合，使al3+和zr2+能够充分且均匀地吸附在坡缕石的表面，再向其中逐渐地滴加溶解有果胶的溶液，期间不断地搅拌，使果胶能够更充分地分散，从而与坡缕石表面的金属离子更充分地结合，使络合的沉淀也更均匀地修饰在坡缕石的表面。本发明所制备的填料不仅解决了坡缕石的崩散性，同时还能一定程度上增加与纤维之间的结合力，从而使纸张的性能得到增强。

22、2、坡缕石是一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，其在水中具有很好的分散性，呈现出较好的胶体性质和吸附能力，其性质表现很适合造纸填料的要求。但是坡缕石流变性太强，且在水中浸泡会迅速崩散，这就较大地影响了其在造纸填料的应用，此外，坡缕石与纸浆纤维之间的结合力也不足，这也一定程度地影响了纸张的强度。

23、3、纸张的性能受很多因素的影响，最主要的是纤维之间的结合力。纤维之间的结合力一般包括：化学键、氢键、范德华力和纤维表面交织力。纸浆纤维的表面一般带有负电荷，而本发明合成的果胶铝锆中的金属正电荷能够吸附配体中的负电荷，从而增强了果胶铝锆与纸浆纤维之间氢键的形成。因此，所制备的果胶铝锆@坡缕石粉能够增加与纤维之间的结合力，从而使纸张的性能得到增强。

24、4、近年来越来越多的络合物被研究开发，应用也越来越广泛，但是在造纸的填料领域却比较少被应用。本发明经过探究发现，果胶容易与金属离子之间形成络合物，且其本身属于一种天然的多糖聚合物，如果将果胶用于填料的辅助材料会有较大潜力。在对于果胶的研究过程中，本发明选择了铝和锆两种金属离子的复合络合，对坡缕石粉进行包覆改性，制备得到了果胶铝锆@坡缕石粉复合材料作为填料使用，结果发现对于坡缕石的崩散性有较好的改善，同时还能一定程度上提升其强度。

25、5、六偏磷酸钠在水溶液内呈现弱酸性，本发明使用含有少量六偏磷酸钠的水溶液，将果胶逐渐地溶解，同时将果胶溶液逐渐滴加的过程中，控制反应液的ph为偏酸性，也是为了能够使果胶能够有更加良好的反应环境。此外，在滴加完成后，调控反应液的ph为中性偏碱性，甚至升温，是为了促进络合物的形成，但是该处不能升温过高且ph不易过大，否则形成的络合物则不够均匀，会影响到后续的性能表现。

26、6、本发明选择铝和锆两种金属离子同时与果胶进行络合，金属离子的正电荷能够吸附配体中的负电荷，逐渐形成致密的网状凝胶络合物。一方面，两种金属离子均显现出白色，能够增强纸张的亮度和不透明度；另一方面，铝离子对于纤维素有一定的降解作用，过多的铝离子不利于纸张的存放，果胶的络合以及部分铝被锆替代则很好的解决这个问题。此外，锆的强度与铝的柔韧性相互之间配合，增强了纸张的强度和挺度。

技术特征：

1.一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，第(1)步中，坡缕石粉末的粒径是20-50μm；坡缕石粉末、去离子水和混合溶液的质量比例是1:3-5:10-20。

3.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，第(1)步中，氯化铝和氯化锆的混合溶液的成分为：氯化铝、氯化锆和去离子水的质量比例是1.33-1.95:2.33-3.45:100。

4.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，第(1)步中，低速搅拌的速度是100-200r/min，加速搅拌的速度是300-400r/min，滴加速度是1-1.5秒/滴。

5.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，第(2)步中，六偏磷酸钠、果胶和去离子水的质量比例是0.3-0.6:0.5-5:100。

6.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，果胶的酯化度为10％-25％，粘均分子量为15000-25000。

7.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，第(3)步中，第二混合液与第一混合液的质量比例是1-3:1。

8.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，第(3)步中，调控反应液的ph为7-7.5之后，控制反应液的温度为25-60℃。

9.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，第(3)步中，沉淀是在反应液冷却至常温后，将反应液倒入至不断搅拌的无水乙醇内沉淀，乙醇加入量是反应液质量的1-2倍。

10.根据权利要求1所述的一种表面活化聚合的填料制备工艺，其特征在于，第(3)步中，离心的速度是5000-8000r/min，离心的时间是3-5min；洗涤是将离心收取的沉淀物使用纯化水冲洗至少三次；抽滤是将洗涤后的产品经过真空抽滤机抽滤，除去液体；干燥是在100-120℃的烘箱内干燥。

技术总结本发明涉及造纸领域，具体涉及一种表面活化聚合的填料制备工艺，包括以下步骤：(1)称量坡缕石粉末与去离子水混合，持续滴加氯化铝和氯化锆的混合溶液，形成第一混合液；(2)先称量少量六偏磷酸钠溶解在去离子水内，再逐渐且缓慢地加入果胶，搅拌形成均匀的溶液，即第二混合液；(3)将第二混合液逐滴地加入至第一混合液内，调控反应液的pH，继续搅拌，然后经过沉淀、离心、洗涤、抽滤和干燥，即得到果胶铝锆@坡缕石粉。本发明所制备的填料不仅解决了坡缕石的崩散性，同时还能一定程度上增加与纤维之间的结合力，从而使纸张的性能得到增强。技术研发人员：余翔,章松受保护的技术使用者：冠宏化工（扬州）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/22