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(jià)值。造紙?zhí)盍蠎?yīng)用中存在的主要問題有:價(jià)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(duì)成紙的強(qiáng)度性能可產(chǎn)生顯著的負(fù)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(shí)具有一定局限性,且加填易于增加紙機(jī)的磨蝕。針對(duì)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(shí)意義。本論

2、文對(duì)造紙?zhí)盍霞?jí)沉淀碳酸鈣的溶解抑制改性和有機(jī)包覆改性及應(yīng)用進(jìn)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(duì)成紙強(qiáng)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(duì)沉淀碳酸鈣填料的溶解性進(jìn)行測(cè)定與分析,采用幾種改性方法對(duì)其進(jìn)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(qiáng)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(duì)改性劑的溶解抑制作用進(jìn)行了研究。當(dāng)采用磷酸及磷酸/輔助劑進(jìn)行改性時(shí),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(jìn)行改性時(shí),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(jìn)行改性時(shí),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(duì)沉淀碳酸鈣填料進(jìn)行溶解抑制改性,制備了粉末狀改性填料,對(duì)改性劑的溶解抑制作用進(jìn)行了研究。當(dāng)采用硅酸鈉/氯化鋅類改性劑進(jìn)行改性時(shí),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(jìn)行改性時(shí),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(shí)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(duì)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(jìn)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(duì)成紙強(qiáng)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(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
　　 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(duì)沉淀碳酸鈣填料進(jìn)行溶解抑制改性時(shí),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(jī)包覆改

9、性與應(yīng)用
　　 采用淀粉/油酸鈉/硫酸鋁對(duì)沉淀碳酸鈣填料進(jìn)行有機(jī)包覆改性,探討了改性劑的應(yīng)用效果,對(duì)改性填料的有機(jī)包覆量和應(yīng)用性能進(jìn)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(jī)包覆改性。當(dāng)硫酸鋁用量由16％逐漸增加至20％時(shí),改性填料的有機(jī)包覆量不斷增加。有機(jī)包覆改性對(duì)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(qiáng)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(jī)包覆改性對(duì)加填紙的白度可

10、產(chǎn)生一定的負(fù)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(shí)了改性劑的表面包覆效應(yīng)。
　　 采用殼聚糖/醋酸/氫氧化鈉對(duì)沉淀碳酸鈣填料進(jìn)行有機(jī)包覆改性,探討了改性劑的應(yīng)用效果,對(duì)改性填料的有機(jī)包覆量和應(yīng)用性能進(jìn)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(jī)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(qiáng)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(shí),填料留著率有所提高。
　　 采用羧甲基纖維素/硫酸鋁對(duì)沉淀碳酸鈣填料進(jìn)行有機(jī)包覆改性,探討了硫酸鋁用量對(duì)包覆改性效果的影響,對(duì)改性填料的應(yīng)用性能進(jìn)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(jī)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(shí),有機(jī)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(qiáng)度性能基本未受影響。改性填料的XPS分析證實(shí)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(shí)了有機(jī)包覆改性對(duì)填料與紙漿纖維的親和力和相容性的改善作用,并進(jìn)一步驗(yàn)證了改性劑的表面包覆效應(yīng)。
　　 綜合來看,3種有機(jī)包覆改性方法均可在一定條件下改善沉淀碳酸鈣填料