[发明专利]一种两性碳酸钙填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于造纸填加剂领域，具体涉及一种两性碳酸钙填料及其制备方法，尤其涉及利用蛋白质与无机物制备蛋白质改性的碳酸钙填加剂的方法。

背景技术

碳酸钙是重要的造纸填料，纸厂使用填料可降低生产成本和能耗，碳酸钙在纸纤维间的填充，可以提高纸张的不透明度、白度、柔软性和光泽等，为产品提供必需的性能和终端使用特性。但因碳酸钙在纸纤维上的物理吸附，减少了纤维间结合的活性表面，不仅纸张的强度降低、施胶需求量增加，并且碳酸钙的流失率大。

通过加入聚电解质，可以提高填料的留着率，也不影响纸张的强度的提高。如聚丙烯酸胺，不管是阴离子型的还是阳离子型的，均能提高填料的留着率。但阳离子聚合物的吸附不能完全补偿纤维和填料表面电荷量的需求，当碳酸钙填料用量为30％时，无论添加多少用量的阳离子聚合物，填料的留着率最高可能达到88％。而共用阴离子型和阳离子型聚丙烯酰胺，可产生优异的助留效果；阳离子淀粉和阳离子聚丙烯酰胺的协同助留作用，可使填料的留着率接近100％，但二者的共用又会影响淀粉提高纸张干强度的能力。可见，目前提高填料含量的方法，大多需要在浆中加入助剂以提高填料与纤维的结合。而直接用淀粉改性的沉淀碳酸钙填料可以改进高填料含量纸的强度(参见王芳编译，“使用淀粉改性的沉淀碳酸钙填料对纸张性能的改进”《天津造纸》2005，4：43)，此填料是一种能增加纤维与填料连接的新填料，其增强作用是靠覆盖在碳酸钙填料外的淀粉胶体与纤维之间的连接获得。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有多功能的两性碳酸钙填料，本发明还提供一种工艺过程简单、易控制、反应温度低的多功能的两性碳酸钙填料制备方法。

一种两性碳酸钙造纸填料，原料组分如下：

蛋白含量重量百分比为0.01％～8％的蛋白质水溶液，

氯化钙与碳酸盐的摩尔比为0.8～2:1的混合物，

蛋白质与碳酸盐的质量比为0.01～4:1，

所述的蛋白质水溶液为胶原蛋白或胶原蛋白水解产物，所述胶原蛋白的水解物为胶原肽或明胶。

本发明的两性碳酸钙造纸填料，是选用一种适当的蛋白做改性剂(如胶原或其水解产物)、一种碳酸盐(如碳酸钠或碳酸铵)和氯化钙与水混合反应，生成一种固液两相体系，一相是含氯化盐的液相，另一相是作为产品的含改性剂碳酸钙的固相。

本发明两性碳酸钙造纸填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将胶原蛋白或胶原蛋白水解产物溶于水中，配制成蛋白含量重量百分比为0.01％～8％的蛋白质水溶液；

(2)将氯化钙加到碳酸盐中，氯化钙与碳酸盐的摩尔比为0.8～2:1；优选摩尔比1:1。

(3)将步骤(1)的蛋白质水溶液，加到步骤(2)的混合物中；蛋白质与碳酸盐的质量比为0.01～4:1。

(4)在4℃～50℃的温度下，反应0.5小时～7天，以便使碳酸钙充分沉淀出来，而相应的氯化盐转移到液相中，从而形成一固液两相体系；

(5)分离上述的固液两相，一相是含氯化盐的液相，另一相是作为产品的含蛋白质的碳酸钙固相；

(6)将所得固相产品水洗、脱水、干燥，得到产品。

优选的，所述的碳酸盐选自碳酸钠或碳酸铵。

所述胶原蛋白或胶原蛋白的水解物是由动物皮、骨以及皮革固体废弃物中提取出来的；优选的，胶原蛋白的水解物为胶原肽或明胶。

优选的，步骤(4)中的反应温度为6℃～40℃。

作为改性剂的蛋白质用胶原或胶原的水解产物(胶原肽、明胶)中的一种，它们来源于动物皮、骨以及皮革固体废弃物。用重量比0.01％～8％的改性剂水溶液，加到上述的两种盐中。在规定温度下，反应时间大约为0.5小时～7天，以便在蛋白质的作用下有效地使碳酸钙沉淀出来，而相应的氯化盐转移到液相中，从而形成一固液两相体系；

用抽滤的方法实现固液两相的分离，弃去或回收处理含氯化盐的液相，另一相则是改性剂/碳酸钙的复合产物的固相被保留下来。用去离子水将所得固相产品充分水洗，脱水、干燥。

为保证得到适当改性的两性碳酸钙填料，其中碳酸盐和氯化钙的摩尔比优选为1：1。用胶原的水解产物，尤其是来源于皮革固体废弃物的胶原水解物，可以得到成本比较低的两性碳酸钙填料。

上述所得固相两性碳酸钙造纸填料可以通过任一方便的方法进行干燥，包括冷冻干燥、真空干燥、常温干燥、加热干燥、冷冻真空干燥等。

两性碳酸钙造纸填料的形态包括花瓣形、纺锤形、球状、片状等。