沉淀碳酸鈣填料的改性及其在造紙中的應(yīng)用研究.pdf

1、造紙?zhí)盍系膽?yīng)用可顯著降低造紙成本、改善紙品性能和降低造紙能耗等,且可用于功能紙制品的生產(chǎn),具有重要的應(yīng)用價值。造紙?zhí)盍蠎?yīng)用中存在的主要問題有:價格低廉、性能優(yōu)良的碳酸鈣填料通常不適用于弱酸性和近中性造紙;加填對成紙的強度性能可產(chǎn)生顯著的負面影響;隨著加填量的增加,填料留著具有一定局限性,且易于引發(fā)施膠障礙;填料的光學(xué)性能及可分散性有時具有一定局限性,且加填易于增加紙機的磨蝕。針對造紙?zhí)盍蠎?yīng)用中存在的問題的相關(guān)研究具有重要的現(xiàn)實意義。本論

2、文對造紙?zhí)盍霞壋恋硖妓徕}的溶解抑制改性和有機包覆改性及應(yīng)用進行了研究,以期提高填料的耐酸性、改善加填紙的性能,減輕加填對成紙強度性能的不利影響。
　　 1.沉淀碳酸鈣填料的溶解抑制改性與應(yīng)用
　　 對沉淀碳酸鈣填料的溶解性進行測定與分析,采用幾種改性方法對其進行改性,制備了粉末狀改性填料,初步探索了改性劑的溶解抑制作用。沉淀碳酸鈣在幾種溶液體系中均具有較強的溶解性;硫酸鋁、硫酸鋁/硅酸鈉、硅酸鈉/稀鹽酸、氯化鋅及硅酸鈉/

3、氯化鋅均可在一定程度上降低填料的溶解性。然而,改性填料的耐酸性具有一定局限性。
　　 將磷酸、磷酸/輔助劑、硅酸鈉基改性劑、氯化鈣及氯化鈣/輔助劑引入至沉淀碳酸鈣填料懸浮液中,制備了改性填料懸浮液,對改性劑的溶解抑制作用進行了研究。當(dāng)采用磷酸及磷酸/輔助劑進行改性時,磷酸、磷酸/六偏磷酸鈉、磷酸/乙二胺四乙酸二鈉、磷酸/硫酸鋁及磷酸/氯化鋁均具有一定的溶解抑制作用,其中,4％磷酸/1％六偏磷酸鈉的溶解抑制作用最為顯著。當(dāng)采用硅酸

4、鈉基改性劑進行改性時,硅酸鈉/硫酸鋁、硅酸鈉/氯化鋁、硅酸鈉/磷酸、硅酸鈉/磷酸/六偏磷酸鈉及硅酸鈉/磷酸/聚丙烯酸鈉均具有一定的溶解抑制作用,其中,1％硅酸鈉/4％磷酸/1％六偏磷酸鈉的溶解抑制作用最為顯著。當(dāng)采用氯化鈣及氯化鈣/輔助劑進行改性時,氯化鈣、氯化鈣/六偏磷酸鈉、氯化鈣/乙二胺四乙酸二鈉及氯化鈣/磷酸均可具有一定的溶解抑制作用,其中,1％氯化鈣/4％磷酸的溶解抑制作用最為顯著。EDAX分析和SEM觀察表明,4％磷酸/1％六

5、偏磷酸鈉改性填料、1％硅酸鈉/4％磷酸/1％六偏磷酸鈉改性填料及1％氯化鈣/4％磷酸改性填料的表面狀態(tài)與未改性填料有一定差異。
　　 采用硅酸鈉/氯化鋅類改性劑、硫酸鈦/氫氧化鈉及納米二氧化鈦對沉淀碳酸鈣填料進行溶解抑制改性,制備了粉末狀改性填料,對改性劑的溶解抑制作用進行了研究。當(dāng)采用硅酸鈉/氯化鋅類改性劑進行改性時,硅酸鈉/氯化鋅、硅酸鈉/氯化鋅/六偏磷酸鈉及硅酸鈉/氯化鋅/六偏磷酸鈉/磷酸及硅酸鈉/氯化鋅/磷酸均具有一定溶

6、解抑制作用,其中,10％硅酸鈉/3％氯化鋅/1％六偏磷酸鈉/0.2％磷酸的溶解抑制作用最為顯著。當(dāng)采用硫酸鈦/氫氧化鈉及納米二氧化鈦進行改性時,20％硫酸鈦/2％氫氧化鈉可在一定程度上改善填料的耐酸性,而P25型納米二氧化鈦的溶解抑制作用具有一定局限性。改性填料的XPS分析和SEM觀察證實了硅酸鈉/氯化鋅/六偏磷酸鈉/磷酸的表面包覆效應(yīng),填料耐酸性的改善很可能主要是由耐酸性SiO2在填料表面的沉積和包覆引起的。
　　 對5種耐酸

7、性改性沉淀碳酸鈣填料(磷酸/六偏磷酸鈉改性填料、硅酸鈉/磷酸/六偏磷酸鈉改性填料、氯化鈣/磷酸改性填料、硅酸鈉/氯化鋅/六偏磷酸鈉/磷酸改性填料及硫酸鈦/氫氧化鈉改性填料)在造紙(DIP漿)中的應(yīng)用性能進行了研究。與未改性填料相比,5種耐酸性改性填料均可更為顯著地提高成紙的白度,且加填5種耐酸性改性填料的紙料懸浮液的pH值均較低。硅酸鈉/磷酸/六偏磷酸鈉改性填料的留著性能優(yōu)于未改性填料,硅酸鈉/氯化鋅/六偏磷酸鈉/磷酸改性填料的留著性能

8、與未改性填料基本相當(dāng)。耐酸性改性填料對成紙強度性能和透氣度的影響與改性填料種類密切相關(guān)。綜合來看,硅酸鈉/磷酸/六偏磷酸鈉改性填料及硅酸鈉/氯化鋅/六偏磷酸鈉/磷酸改性填料的應(yīng)用性能具有較強的優(yōu)勢。
　　 因此,當(dāng)采用硅酸鈉/磷酸/六偏磷酸鈉或硅酸鈉/氯化鋅/六偏磷酸鈉/磷酸對沉淀碳酸鈣填料進行溶解抑制改性時,填料改性不僅可顯著提高填料的耐酸性,還可有效地改善填料在造紙中的應(yīng)用性能。
　　 2.沉淀碳酸鈣填料的有機包覆改

9、性與應(yīng)用
　　 采用淀粉/油酸鈉/硫酸鋁對沉淀碳酸鈣填料進行有機包覆改性,探討了改性劑的應(yīng)用效果,對改性填料的有機包覆量和應(yīng)用性能進行了研究。在硫酸鋁的作用下,淀粉/油酸鈉可有效地用于沉淀碳酸鈣的有機包覆改性。當(dāng)硫酸鋁用量由16％逐漸增加至20％時,改性填料的有機包覆量不斷增加。有機包覆改性對含有填料的紙料的靜態(tài)濾水性能無顯著影響,而加填紙的強度性能得到顯著改善,填料留著在一定條件下也得到改善。此外,有機包覆改性對加填紙的白度可

10、產(chǎn)生一定的負面影響,不透明度和光散射系數(shù)在一定條件下有所提高。改性填料的XRD和XPS分析及SEM觀察證實了改性劑的表面包覆效應(yīng)。
　　 采用殼聚糖/醋酸/氫氧化鈉對沉淀碳酸鈣填料進行有機包覆改性,探討了改性劑的應(yīng)用效果,對改性填料的有機包覆量和應(yīng)用性能進行了研究。殼聚糖/醋酸/氫氧化鈉可有效地用于沉淀碳酸鈣的有機包覆改性,改性過程中殼聚糖幾乎無損失。經(jīng)改性后,填料粒子的Zeta電位增加,白度有所下降,相應(yīng)紙料的靜態(tài)濾水性能略有

11、改善,填料的溶解性也有所變化。沉淀碳酸鈣的殼聚糖/醋酸/氫氧化鈉改性可顯著改善加填紙的強度性能,加填紙的白度有所下降,不透明度和光散射系數(shù)無明顯變化。當(dāng)殼聚糖用量在5％以內(nèi)時,填料留著率有所提高。
　　 采用羧甲基纖維素/硫酸鋁對沉淀碳酸鈣填料進行有機包覆改性,探討了硫酸鋁用量對包覆改性效果的影響,對改性填料的應(yīng)用性能進行了研究。在硫酸鋁的作用下,羧甲基纖維素可有效地用于沉淀碳酸鈣的有機包覆改性,羧甲基纖維素在填料表面的有效沉積

12、和包覆與硫酸鋁用量密切相關(guān)。當(dāng)羧甲基纖維素和硫酸鋁的用量分別為4％和12％時,有機包覆改性使填料留著率提高了71.5％,加填紙的光學(xué)性能得到顯著改善;然而,加填紙的強度性能基本未受影響。改性填料的XPS分析證實了改性劑的表面包覆效應(yīng)。加填紙和未加填紙的SEM觀察證實了有機包覆改性對填料與紙漿纖維的親和力和相容性的改善作用,并進一步驗證了改性劑的表面包覆效應(yīng)。
　　 綜合來看,3種有機包覆改性方法均可在一定條件下改善沉淀碳酸鈣填料