CN108587245A - 一种造纸用钛白水浆制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种造纸用钛白水浆制备方法，属于钛白粉造纸领域。本发明的钛白水浆制备方法如下：钛白粉粗品经辊压磨粉碎后进入打浆槽，同时加入脱盐水与分散剂，搅拌均匀制得钛白粉粗品浆料，得到的浆料再经球磨机进行湿磨；然后经砂磨机研磨后转入表面处理罐进行无机表面处理，熟料转入处理后槽；所得浆料转入板框压滤机压滤，得到滤饼。在制浆槽中加脱盐水底水，并同时加入滤饼分散剂，之后将所得滤饼加到制浆槽，搅拌制水浆，控制固含量。所得浆料转入砂磨机进行二次研磨，得到造纸用钛白水浆成品。本发明通过二次研磨得到细度较小、分散性好的水浆，可以直接用于造纸***，同时缩短了钛白粉造纸的工艺流程，降低了成本。

Description

一种造纸用钛白水浆制备方法
技术领域
本发明涉及钛白粉造纸技术领域，更具体地说，涉及一种造纸用钛白水浆制备方法。
背景技术
钛白粉是一种重要的白色颜料，全球钛白粉产量的10-15％用于造纸行业，在造纸行业中，钛白粉是最贵的颜料，同时也是不可缺少的原料之一。最近几年的统计表明，钛白粉在造纸行业中的消耗占到钛白粉总产量的第三位。在造纸行业中，占比最大的是纸浆纤维，占比第二的就是颜填料，颜填料主要为无机盐钛白粉、滑石粉、碳酸钙、高岭土等。
钛白粉厂家为提高钛白粉的分散性，干燥后的钛白粉粉料经过气流粉碎工序进行破碎同时加入有机包膜剂提高钛白粉的流动性及分散性，但是由于添加的是有机物，在水性体系进行搅拌分散时会产生起泡，应用时会影响应用性能，而不经气流粉碎的钛白粉，会因包膜、洗涤及干燥引起的团聚导致在应用***会有大颗粒、团聚，直接影响应用性能及美观度。由此本专利采用水浆，省去干燥及气流粉碎工序，包膜、洗涤工序造成的团聚采用二次研磨进行破碎，但是需要调整好二次研磨的砂磨机的转速及锆珠粒径。
经检索，已公开的一种浆料造纸钛白粉的制备方法(申请号：201610646741.6)，方法包括如下步骤：(1)将钛白粉与填料混匀，按照每罐浓度200-300g/L投入到加入去离子水的润湿罐中，用分散剂和氨水调节pH至8-9，搅拌均匀后，测定pH，如果不在8-9，采用氨水或稀醋酸进行微调，调节pH至8-9，得浆料；(2)将浆料加入到砂磨机砂磨后进入沉降罐，沉降后，将上部悬浮液进行板框压滤，下部沉降的粗颗粒返回砂磨机进一步砂磨；压滤获得的滤饼进入打浆罐，加入调节剂调整物料浓度为600-800g/L，搅拌均匀，得浆料造纸钛白粉。
上述专利方案的钛白粉是经过磷硅铝包膜后经洗涤、干燥后的粉料，此粉料是经过干燥、已经消耗过天然气，其成本较高；其钛白粉与填料的浆料较细的一部分经板框压滤后滤饼制浆、搅拌，浆料压滤过程会出现浆料团聚，紧靠搅拌不能使浆料均匀、变细。此外，如果经过气流粉碎工序就必须添加有机包膜剂，此有机包膜剂在水性造纸***会产生泡沫，影响应用性能，如果没有经过气流粉碎工序，由于干燥后的钛白粉有严重团聚情况，得到的浆料会有大颗粒，影响应用性能。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服目前造纸过程中钛白粉分散效果差的不足，提供了一种造纸用钛白水浆制备方法，本发明通过二次研磨得到细度较小、分散性好的水浆，可以直接用于造纸***，同时缩短了钛白粉造纸的工艺流程，降低了成本。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种造纸用钛白水浆制备方法，包括以下步骤：
步骤一：钛白粉粗品经辊压磨粉碎后进入打浆槽，同时加入脱盐水与分散剂，搅拌均匀制得钛白粉粗品浆料，得到的浆料再经球磨机进行湿磨；
步骤二：将步骤一中所得浆料经砂磨机进行研磨；
步骤三：将步骤二中所得研磨后的浆料转入表面处理罐，稀释至300-320g/L，升温，进行无机表面处理，熟化，得到的表面处理熟料转入处理后槽；
步骤四：将步骤三中所得浆料转入板框压滤机压滤，用脱盐水进行洗涤，洗去多余的盐离子，控制终点电导率，得到滤饼。
步骤五：在制浆槽中加脱盐水底水，并同时加入滤饼分散剂，之后将步骤四中所得滤饼加到制浆槽，搅拌20-50min制水浆，控制固含量。
步骤六：将步骤五中所得浆料转入砂磨机进行二次研磨，得到造纸用钛白水浆成品。
作为本发明更进一步的改进，步骤一中钛白粉粗品浆料的浓度控制在700-900g/L，325目筛余物小于1.0％。
作为本发明更进一步的改进，步骤一中分散剂为PAAS或六偏磷酸或硅酸钠，加入量控制在0.2％-2.0％之间。
作为本发明更进一步的改进，步骤二中砂磨机转速控制在12-14m/s之间，锆珠粒径控制在0.8-1.0mm之间，磨后325目筛余物控制在0.1％以下。
作为本发明更进一步的改进，步骤三中表面处理采用亲水性无机包膜，
作为本发明更进一步的改进，所述亲水性无机包膜为磷硅铝包膜或磷锆铝包膜。
作为本发明更进一步的改进，步骤四中洗涤终点电导率控制在100μs/cm以下。
作为本发明更进一步的改进，步骤五中滤饼分散剂的添加量为滤饼中二氧化钛质量含量的0.2％-0.7％。造纸用水浆所加分散剂优选聚羧酸盐，聚羧酸盐在造纸用钛白水浆中起分散作用，在造纸制浆过程提高钛白及其他成分的分散性，提高涂布的均匀性。加量控制在0.2％-0.7％(以TiO2计)
作为本发明更进一步的改进，步骤五中二次制浆的固含量控制在35％-45％之间。
作为本发明更进一步的改进，步骤六中二次研磨时砂磨机转速控制在6-8m/s之间，锆珠粒径为1.8-2.0mm。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种造纸用钛白水浆制备方法，通过洗涤得到的滤饼加水二次制浆，再经二次研磨得到细度较小、分散性好的水浆，可以直接用于造纸***，解决了造纸行业使用常规钛白粉需重新打浆分散的问题，缩短了造纸企业的工艺流程，同时解决了造纸厂家钛白粉投料时引起的粉尘污染；为下游造纸行业解决成本及粉尘污染作出突出贡献。
(2)本发明的一种造纸用钛白水浆制备方法，滤饼制浆以后经过二次研磨，破坏二氧化钛因表面处理、洗涤、干燥造成的团聚，降低有效成分的粒径，并且由于二次研磨使用的砂磨机在转速、锆珠直径方面做调整，表面处理的包膜不被破坏，仍为完整的膜。
(3)本发明的一种造纸用钛白水浆制备方法，本钛白水浆的制备解决了钛白浆料经干燥、气流粉碎工序导致成本较高和粉尘污染的问题，二氧化钛不经有机包膜，提高其在水性体系的分散性，同时从根本上杜绝了二氧化钛在应用体系分散过程中产生气泡，解决了起泡问题。
附图说明
图1为水浆制备***及流程示意图。
示意图中的标号说明：1、辊压磨；2、打浆槽；3、球磨机；4、砂磨机；5、表面处理罐；6、板框压滤机；7、制浆槽；8、砂磨机。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种造纸用钛白水浆制备方法，过程如下：
步骤一：取50公斤钛白粉粗品经辊压磨1粉碎后进入打浆槽2，同时加入50L脱盐水与2L PAAS(分散剂PAAS有效成分0.05％，碱含量1％)得到钛白粉粗品浆料，转入球磨机3进行研磨，研磨后浆料浓度为801g/L，pH为11.02，325目筛余物为0.81％。
步骤二：将步骤一中所得浆料经砂磨机4进行研磨，砂磨机转速14m/s，砂磨机填充锆珠直径0.8-1.0mm，进料量为7-8m3/h。
步骤三：将步骤二中所得研磨后的浆料转入表面处理罐5，稀释至308g/L，升温进行磷硅铝包膜处理。然后经过熟化后转入处理后槽。
步骤四：将处理后槽熟料转入板框压滤机6用脱盐水进行洗涤，终点电导率为52μs/cm，得到滤饼，固含量为65％。
步骤五：将所得滤饼10Kg转到含8Kg脱盐水的制浆槽7，向制浆槽7加入聚羧酸盐分散剂，加入量为二氧化钛质量含量的0.2％，二氧化钛是根据滤饼固含量计算，搅拌30min制水浆，测其固含量为36％。
步骤六：将所得浆料转入砂磨机8进行二次研磨，砂磨机转速为7m/s，锆珠直径1.8-2.0mm，进料量为15-16m3/h，得到水浆成品，测其固含量为35.8％。
实施例2
本实施例的一种造纸用钛白水浆制备方法，过程如下：
步骤一：取50公斤钛白粉粗品经辊压磨1粉碎后进入打浆槽2，同时加入50L脱盐水与3L硅酸钠分散剂(该分散剂中硅酸钠有效成分100g/L，Na2O含量45g/L)得到钛白粉粗品浆料，转入球磨机3进行研磨，浆料浓度为801g/L，pH为11.02，325目筛余物为0.81％。
步骤二：将步骤一中所得浆料经砂磨机4进行研磨，砂磨机转速13m/s，砂磨机填充锆珠直径0.8-1.0mm，进料量为7-8m3/h。
步骤三：将25Kg步骤二中所得研磨后的浆料转入表面处理罐5、稀释至320g/L，升温，进行磷硅铝包膜。熟化后转入处理后槽。
步骤四：将处理后槽熟料转入板框压滤机6用脱盐水进行洗涤，终点电导率为49μs/cm，得到滤饼，固含量为66.1％。
步骤五：将所得滤饼20Kg转到含8Kg脱盐水和6Kg质量分数为10％的聚羧酸盐溶液的制浆槽7中，搅拌35min，制水浆，测其固含量为38.8％。
步骤六：将所得浆料转入砂磨机8进行二次研磨，砂磨机转速为6m/s，锆珠直径1.8-2.0mm，进料量为15-16m3/h，得到水浆成品，测其固含量为38.6％。
实施例3
本实施例的一种造纸用钛白水浆制备方法，过程如下：
步骤一：取100公斤钛白粉粗品经辊压磨1粉碎后进入打浆槽2，同时加入95L脱盐水与10L六偏磷酸钠(该分散剂中六偏磷酸钠有效成分100g/L，Na2O含量50g/L)得到钛白粉粗品浆料，转入球磨机3进行研磨，浆料浓度为847g/L，pH为11.13，325目筛余物为0.94％。
步骤二：将步骤一中所得浆料经砂磨机4进行研磨，砂磨机转速13m/s，砂磨机填充锆珠直径0.8-1.0mm，进料量为6-7m3/h。
步骤三：将25Kg步骤二中所得研磨后的浆料转入表面处理罐5、稀释至313g/L，升温，进行磷硅铝包膜。转入处理后槽。
步骤四：将处理后槽熟料转入板框压滤机6用脱盐水进行洗涤，终点电导率为56μs/cm，得到滤饼，固含量为66.3％。
步骤五：将所得滤饼20Kg转到含6Kg脱盐水、8Kg质量分数为10％的聚丙烯酰胺溶液的制浆槽7中，搅拌30mi制水浆，测其固含量为39％。
步骤六：将所得浆料转入砂磨机8进行二次研磨，砂磨机转速为7m/s，锆珠直径1.8-2.0mm，进料量为14-15m3/h，得到水浆成品，测其固含量为38.9％。
实施例4
本实施例的一种造纸用钛白水浆制备方法，过程如下：
步骤一：取100公斤钛白粉粗品经辊压磨1粉碎后进入打浆槽2，同时加入90L脱盐水与15L硅酸钠(该分散剂中硅酸钠有效成分100g/L，Na2O含量45g/L)得到钛白粉粗品浆料，转入球磨机3进行研磨，浆料浓度为825g/L，pH为10.91，325目筛余物为0.92％。
步骤二：将步骤一中所得浆料经砂磨机4进行研磨，砂磨机转速12m/s，砂磨机填充锆珠直径1.0mm，进料量为6.5-7.5m3/h。
步骤三：将25Kg步骤二中所得研磨后的浆料转入表面处理罐5，稀释至302g/L，升温，进行磷硅铝包膜。熟化后转入处理后槽。
步骤四：将处理后槽熟料转入板框压滤机6用脱盐水进行洗涤，终点电导率为56μs/cm，得到滤饼，固含量为65.1％。
步骤五：将所得滤饼10Kg转到含5.5Kg脱盐水、1.5Kg质量分数为10％的聚丙烯酰胺溶液的制浆槽7中，搅拌30min、制水浆，测其固含量为38.2％。
步骤六：将所得浆料转入二次研磨砂磨机8进行二次研磨，砂磨机转速为8m/s，锆珠直径1.9mm，进料量为15-16m3/h，得到水浆成品，测其固含量为37.9％。
实施例5
本实施例的一种造纸用钛白水浆制备方法，过程如下：
步骤一：取100公斤钛白粉粗品经辊压磨1粉碎后进入打浆槽2，同时加入110L脱盐水与6L PAAS(该分散剂中分散剂PAAS有效成分0.05％，碱含量1％)得到钛白粉粗品浆料，转入球磨机3进行研磨，浆料浓度为740g/L，pH为11.25，325目筛余物为0.74％。
步骤二：将步骤一中所得浆料经砂磨机4进行研磨，砂磨机转速14m/s，砂磨机填充锆珠直径0.8-1.0mm，进料量为8-9m3/h。
步骤三：将25Kg步骤二中所得研磨后的浆料转入表面处理罐5、稀释至312g/L，升温、进行磷硅铝包膜。熟化后转入处理后槽。
步骤四：将处理后槽熟料转入板框压滤机6用脱盐水进行洗涤，终点电导率为54μs/cm，得到滤饼，固含量为66.2％。
步骤五：将所得滤饼10Kg转到含6Kg脱盐水、2.0Kg质量分数为10％的聚丙烯酰胺溶液至再浆槽7，搅拌25min、制水浆，测其固含量为36.7％。
步骤六：将所得浆料转入砂磨机8进行二次研磨，砂磨机转速为8m/s，锆珠直径2.0mm，进料量为17-18m3/h，得到水浆成品，测其固含量为36.5％。
造纸实验：
(1)混合箱内加40.0g造纸用钛白水浆、20g树脂控制剂、质量浓度为10％的湿强剂10.0g、3000mL自来水，搅拌均匀，转入抄前池。
(2)在抄前池4500rpm搅拌30min，同时加质量浓度为10％的湿强剂5.0g、质量浓度为0.5％的阳性助留剂10.0g、质量浓度为0.5％的脱气剂10.0g，用稀碱调pH至8.0-9.0.
(3)转入除渣器与脱气器，除渣、脱气。
(4)转入流浆箱，加质量浓度为0.5％的阴性助留剂5.0g，搅匀；用5％硫酸铝溶液调pH至6.0-6.5。
(5)转入抄片机炒片，烘干。
(6)测试纸片的QUV耐晒色差、留着率、对比度、克重、灰分。
将实施例1～6中得到的钛白粉分成四份，
(1)其中一份钛白粉样品先测其原始L、a、b值，之后在JIL-1急速老化测试仪的照射下分别测其老化1小时、2小时的L、a、b值。
(2)其中一份放入CEM微波水分测试仪中烘干直至恒定重量m1，则克重GSM＝m1/3.19×100％
(3)其中一份放入CEM微波水分测试仪中烘干至恒定重量m2，然后将废纸放入玻纤坩埚中在微波马弗炉550℃下烘5min，记录坩埚重量为m3，烘完后将玻纤坩埚放入干燥器内冷却，冷却完之后放入CEM微波水分测试仪中烘干至恒重后测得质量为m4。
灰分ASH＝(m4-m3)/m2×100％。
留着率FPR＝((m4-m3)×m1)/m2÷1.6×100％。
(4)其中一份：将烘干的纸片浸胶后用电烙铁固定在层压板上，其中纸片上半部分垫入白色纸，下半部分垫入黑色纸(白色纸和黑色纸都已经浸胶烘干)。用压板机进行层压30s后取出(层压机下板温度为180℃，上板不设置，压力设置为9MPa)。
对比度的计算：用色差仪测得样板黑色纸区域的Y1值，然后测得白色纸区域的Y2值，则对比度CR＝Y1/Y2
QUV紫外光照射数据见下表1所示：
表1
在本实验中，L值为白度，b值为黄色相。L值越高说明钛白粉越白，b值越高，说明颜色越黄。钛白粉或者钛白水浆应用到造纸***进行抄纸，得到的纸片进行QUV紫外线照射、老化，测试老化色差，实施例1-5的纸片照射后色差均小于对比样色差，说明钛白水浆在造纸应用***QUV紫外照射稳定性较好。
GSM、ASH/％、FPR/％、CR/％数据如表2所示：
表2
晒前 GSM ASH/％ FPR/％ CR/％
对比样 99.23 38.6 48.5 96.67
实施例1 101.89 39.2 48.6 96.41
实施例2 99.87 38.8 48.2 96.62
实施例3 101.61 39.2 48.7 96.59
实施例4 100.56 38.9 48.6 99.65
实施例5 101.42 39.6 48.4 99.56
如表中所示，实施例1-5的GSM、ASH、FPR、CR数据与对比样的数据近似，符合造纸要求。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种造纸用钛白水浆制备方法，包括以下步骤：
步骤一：钛白粉粗品经辊压磨粉碎后进入打浆槽，同时加入脱盐水与分散剂，搅拌均匀制得钛白粉粗品浆料，得到的浆料再经球磨机进行湿磨；
步骤二：将步骤一中所得浆料经砂磨机进行研磨；
步骤三：将步骤二中所得研磨后的浆料转入表面处理罐，稀释至300-320g/L，升温，进行无机表面处理，熟化，得到的表面处理熟料转入处理后槽；
步骤四：将步骤三中所得浆料转入板框压滤机压滤，用脱盐水进行洗涤，洗去多余的盐离子，控制终点电导率，得到滤饼。
步骤五：在制浆槽中加脱盐水底水，并同时加入滤饼分散剂，之后将步骤四中所得滤饼加到制浆槽，搅拌20-50min制水浆，控制固含量。
步骤六：将步骤五中所得浆料转入砂磨机进行二次研磨，得到造纸用钛白水浆成品。
2.根据权利要求1所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：步骤一中钛白粉粗品浆料的浓度控制在700-900g/L，325目筛余物小于1.0％。
3.根据权利要求1所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：步骤一中分散剂为PAAS或六偏磷酸或硅酸钠，加入量控制在0.2％-2.0％之间。
4.根据权利要求1所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：步骤二中砂磨机转速控制在12-14m/s之间，锆珠粒径控制在0.8-1.0mm之间，磨后325目筛余物控制在0.1％以下。
5.根据权利要求1所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：步骤三中表面处理采用亲水性无机包膜。
6.根据权利要求5所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：所述亲水性无机包膜为磷硅铝包膜或磷锆铝包膜。
7.根据权利要求1所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：步骤四中洗涤终点电导率控制在100μs/cm以下。
8.根据权利要求1所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：步骤五中滤饼分散剂的添加量为滤饼中二氧化钛质量含量的0.2％-0.7％。
9.根据权利要求1所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：步骤五中二次制浆的固含量控制在35％-45％之间。
10.根据权利要求1所述的一种造纸用钛白水浆制备方法，其特征在于：步骤六中二次研磨时砂磨机转速控制在6-8m/s之间，锆珠粒径为1.8-2.0mm。
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