一种功能化钛白粉造纸填料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种功能化钛白粉造纸填料及其制备方法与应用，属于造纸。

背景技术：

1、钛白粉作为一种纸张填料，被广泛用于特种纸、高端防伪纸张的生产。传统造纸用钛白填料一般是未经表面处理的锐钛型钛白粉，还有一些品类纸张采用金红石型钛白粉作为填料。但上述填料本身存在的固有缺陷，极大地影响了其在纸张中的应用。例如，传统钛白填料本身存在着一定颜色缺陷，极微量的杂质就会引起严重的变色，从而导致纸张细微浅亮颜色无法实现，无质感，色调单一不饱满；一般钛白填料，受阳光、氧气、水和温度等的综合作用，会发生黄变、失光、粉化和失重等老化现象，影响其填料性能的发挥；钛白粉颗粒通常是亚微米颗粒，极性较强且具有较高的比表面积，容易形成聚集体，易对纸张着色力、光泽度等应用性能造成影响，同时影响其自身分布均匀性，无法消减特定纸张荧光光敏反应等。

2、目前，本领域对造纸钛白填料改性使其兼具更优异的耐候性、更灵活的纸张着色调色性、有效消减纸张荧光等特性的研究较少，未见相同技术报道。从特种纸张及高端防伪纸的应用出发，综合评价钛白填料的功能性需求，开发一种功能化钛白粉造纸填料，使其兼具优异的耐候性，灵活的着色消色力稳定性，良好的纸张分布均匀性，从而有效消减纸张荧光特性等性能，具有重要价值。

技术实现思路

1、为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种功能化钛白粉造纸填料。

2、本发明的另一个目的还在于提供以上所述功能化钛白粉造纸填料的制备方法。

3、本发明的又一个目的还在于提供以上所述功能化钛白粉造纸填料在制作特种纸张中的应用。

4、为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种功能化钛白粉造纸填料，其中，按重量份数计，所述功能化钛白粉造纸填料的原料组成包含：

5、金红石型钛白粉45-55重量份，活性染料3-6重量份，阳离子试剂2-8重量份，十二水硫酸铝钾1-2重量份，硅酸钠4-7重量份，氮化硅3-4重量份，硅烷偶联剂1-2重量份，助染剂2-5重量份，分散剂2-5重量份，消泡剂2-5重量份，质量浓度为15-25％的氨水20-30重量份以及去离子水135-165重量份。

6、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，按重量份数计，所述功能化钛白粉造纸填料的原料组成包含：

7、金红石型钛白粉45重量份，活性染料3重量份，阳离子试剂2重量份，硅烷偶联剂1重量份，十二水硫酸铝钾1重量份，硅酸钠4重量份，氮化硅3重量份，助染剂2重量份，分散剂2重量份，消泡剂2重量份，质量浓度为15-25％的氨水20重量份以及去离子水135重量份。

8、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，按重量份数计，所述功能化钛白粉造纸填料的原料组成包含：

9、金红石型钛白粉48重量份，活性染料4重量份，阳离子试剂4重量份，硅烷偶联剂1重量份，十二水硫酸铝钾1重量份，硅酸钠5重量份，氮化硅3重量份，助染剂3重量份，分散剂3重量份，消泡剂3重量份，质量浓度为15-25％的氨水24重量份以及去离子水144份。

10、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，按重量份数计，所述功能化钛白粉造纸填料的原料组成包含：

11、金红石型钛白粉50重量份，活性染料5重量份，阳离子试剂6重量份，硅烷偶联剂2重量份，十二水硫酸铝钾2重量份，硅酸钠6重量份，氮化硅4重量份，助染剂4重量份，分散剂4重量份，消泡剂4重量份，质量浓度为15-25％的氨水28重量份以及去离子水150重量份。

12、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，按重量份数计，所述功能化钛白粉造纸填料的原料组成包含：

13、金红石型钛白粉55重量份，活性染料6重量份，阳离子试剂8重量份，硅烷偶联剂2重量份，十二水硫酸铝钾2重量份，硅酸钠7重量份，氮化硅4重量份，助染剂5重量份，分散剂5重量份，消泡剂5重量份，质量浓度为15-25％的氨水30重量份以及去离子水165重量份。

14、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，所述活性染料包括活性嫩黄k-6g、活性红3bf、活性金黄3rs及活性翠兰k-gl等中的一种或者几种的组合。

15、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，所述阳离子试剂包括聚二烯丙基二甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵及阳离子聚丙烯酰胺等中的一种或者几种的组合。

16、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，所述硅烷偶联剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或者两种的组合。

17、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，所述分散剂包括聚氧化乙烯及聚羧酸盐等中的一种或者几种的组合。

18、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，所述消泡剂包括聚二甲基硅氧烷及乳化硅油等中的一种或者几种的组合。其中，本发明所使用的乳化硅油为常规材料。

19、作为本发明以上所述功能化钛白粉造纸填料的一具体实施方式，其中，所述助染剂包括元明粉、氯化钠及醋酸等中的一种或者几种的组合。

20、另一方面，本发明还提供了以上所述的功能化钛白粉造纸填料的制备方法，其中，所述制备方法包括：

21、步骤1：将金红石型钛白粉加入去离子水中，在加热及搅拌条件下配制得到钛白粉浆液；再向所述钛白粉浆液中加入硅酸钠和氮化硅并持续进行加热及搅拌，以使硅酸钠对金红石型钛白粉及氮化硅整体进行硅包膜处理，得到硅包膜包覆的金红石型钛白粉及氮化硅；

22、步骤2：将活性染料和助染剂加入去离子水中，在加热及搅拌条件下配制得到染色液；将所述硅包膜包覆的金红石型钛白粉及氮化硅加入染色液中并持续进行加热及搅拌；再加入十二水硫酸铝钾并继续进行搅拌以对金红石型钛白粉进行充分染色；

23、步骤3：将步骤2中所得溶液静置沉降后倒去上层染液，然后用去离子水反复冲洗多次后进行抽滤，再将抽滤后得到的钛白粉膏体加入去离子水中配制得到钛白粉膏体水溶液，再于搅拌条件下加入质量浓度为15-25％的氨水，以调整体系ph值；

24、步骤4：向步骤3所得溶液中依次加入阳离子试剂、分散剂、硅烷偶联剂，在加热及搅拌条件下使其混合均匀，再加入消泡剂并继续进行搅拌使其混合均匀；

25、步骤5：对步骤4所得混合液进行干燥，得到所述功能化钛白粉造纸填料。

26、作为本发明以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，步骤1中对硅酸钠和氮化硅的加入顺序不做具体要求，可以根据现场实际作业需要合理调整二者的加入顺序。

27、作为本发明以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，步骤1中：所述加热及搅拌条件为：温度为80℃，转速为500-600转/分钟，搅拌时间为1-1.5h；

28、所述持续进行加热及搅拌的条件为：温度80℃，转速500转/分钟，搅拌时间1h。

29、本发明中，步骤1中向所述钛白粉浆液中加入硅酸钠和氮化硅并持续进行加热及搅拌，其中，金红石型钛白粉颗粒表面存在很多未键合的羟基，其可与水合氧化物(硅羟基和氢氧根离子组合物)的羟基聚合成羟桥，从而生成氢氧化物包膜层，同时在该包膜层和纳米tio2颗粒之间还形成了均匀致密的包膜层，即硅包膜。并且与传统的硅包膜工艺不同，本发明在金红石型钛白粉中还添加了氮化硅，硅包膜可将氮化硅和金红石型钛白粉共同紧密地包覆起来，在不影响金红石型钛白粉的其他性能的同时，可进一步提升金红石型钛白粉的耐候性，扩大了其应用范围且效果明显。

30、作为本发明以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，步骤2中：所述加热及搅拌条件为：温度为70℃，转速为300-500转/分钟，搅拌时间为1-1.5h；

31、所述持续进行加热及搅拌的条件为：温度70℃，转速300转/分钟，搅拌时间1h；

32、所述继续进行搅拌的时间为0.5h。

33、步骤2中，所述十二水硫酸铝钾是非常优良的媒染剂，能够促进金红石型钛白粉的染色。

34、步骤2中，将所述硅包膜包覆的金红石型钛白粉及氮化硅加入染色液中并持续进行加热及搅拌，此时活性染料和助染剂穿透硅包膜对金红石型钛白粉进行染色。

35、作为本发明以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，步骤3中：所述调整体系ph值为将体系ph值调整为8-9。

36、作为本发明以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，步骤1中所述去离子水、步骤2中所述去离子水以及步骤3中配制钛白粉膏体水溶液所使用的去离子水的用量相同，均为45-55重量份。

37、另外，本发明对步骤3中冲洗所用的去离子水的量不做具体要求，可以根据现场实际冲洗情况进行合理调整，只要保证可以实现冲洗的目的即可。作为本发明以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，步骤4中：所述加热及搅拌条件为：温度60℃，转速300转/分钟，搅拌时间1h；

38、所述继续进行搅拌的条件为：转速300转/分钟，搅拌时间2h。

39、步骤4中，向步骤3所得溶液中依次加入阳离子试剂、分散剂、硅烷偶联剂，在加热及搅拌条件下使其混合均匀，此时阳离子试剂及硅烷偶联剂分别对硅包膜包覆的金红石型钛白粉及氮化硅整体进行阳离子化处理和包覆改性。

40、本发明中，步骤1-步骤4中所涉及的搅拌可为磁力搅拌。

41、作为本发明以上所述制备方法的一具体实施方式，其中，步骤5中：所述干燥为85℃干燥2h。

42、本发明对步骤5中所得到的功能化钛白粉造纸填料的尺寸不做具体要求，可根据现场实际作业需要合理调整其尺寸，只要保证可以实现本发明的目的即可。

43、本发明所涉及的功能化钛白粉造纸填料是非常复杂的，其所使用的原料组分之间相互配合，相互作用，其中一个或几个原料组分的变化，或在原料组分不变的情况下仅仅改变一个原料组分的用量就会使该功能化钛白粉造纸填料的纸张着色调色性及耐候性等性能发生根本的变化，甚至仅仅制备过程中的操作步骤、制备条件如温度等的微小变化都会引起该功能化钛白粉造纸填料的性能发生根本变化。

44、又一方面，本发明还提供了所述的功能化钛白粉造纸填料在制作特种纸张中的应用。

45、作为本发明以上所述应用的一具体实施方式，其中，所述特种纸张包括铜板纸、字典纸、装饰纸等不同类型的高档纸或者高端防伪纸张。

46、与现有技术相比，本发明提供的功能化钛白粉造纸填料所能达成的有益技术效果包括：

47、本发明提供的功能化钛白粉造纸填料所采用的原料皆为天然级原料，不含强酸、强碱且无毒无害，符合绿色环保的理念。

48、本发明采用活性染料对金红石型钛白粉进行染色处理，以提高其消色力稳定性；再经抽滤除杂进一步提高产品的纯度，最后以硅烷偶联剂为包覆材料对硅包膜包覆的金红石型钛白粉及氮化硅整体进行包覆改性，以解决染色后金红石型钛白粉颗粒分散性能降低的问题，从而可提高最终制得的功能化钛白粉造纸填料的分散性能。

49、本发明选择采用不同颜色的活性染料对金红石型钛白粉进行染色处理，能赋予纸张的调色具有最大的灵活性，拓展纸张的色彩空间和应用范围，使之适用于铜板纸、字典纸、装饰纸等不同类型的高档纸或者高端防伪纸张的生产。

50、本发明中所采用的阳离子试剂能够起到改变硅包膜包覆的金红石型钛白粉及氮化硅整体所带电荷的作用，其除了具有改变电荷的作用外，在一定程度上还可以促进金红石型钛白粉的染色以及提高染色液的稳定性。

51、本发明采用的聚氧化乙烯及聚羧酸盐等都是良好的分散剂，通过使用这两种分散剂可以使各类其他助剂在钛白粉浆液中分散的更加均匀。

52、本发明采用的聚二甲基硅氧烷和乳化硅油等的化学性质都极为稳定，本身又无毒无害，是非常好的消泡剂。

53、综上所述，本发明首先采用硅酸钠所形成的硅包膜/硅薄膜对金红石型钛白粉及氮化硅整体进行包覆处理，再通过活性染料染色，最后对硅包膜包覆的金红石型钛白粉及氮化硅整体依次进行阳离子化处理和包覆改性，使最终制得的功能化钛白粉造纸填料具有更优异的耐候性、更灵活的纸张着色调色性，同时将所述功能化钛白粉造纸填料用于制作各种纸张，还可以有效消减纸张的荧光强度，满足填料特殊功能化需求。可见，该功能化钛白粉造纸填料适用范围广泛，具有良好的经济效益。此外，本发明所提供的功能化钛白粉造纸填料的制备方法操作简单，实用性高。