顯微鏡,顯微鏡價(jià)格,顯微鏡的價(jià)格

　　包覆礦物纖維特征及其加填紙性能研究

　　張雄偉，謝宇

　　(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)度重點(diǎn)試驗(yàn)室，廣東廣州510640)

　　摘要:通過化學(xué)辦法在CaCl2-CO2-H2O體系中將輕質(zhì)碳酸鈣(PCC)粒子沉淀在礦物纖維表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物纖維表面包覆，借助于掃描電子顯微鏡(SEM)察看了CaCO3包覆礦物纖維的表面形態(tài)，剖析了包覆礦物纖維表面化學(xué)組成及形態(tài)變化對(duì)紙機(jī)網(wǎng)部磨損的改善;以礦物纖維/重質(zhì)碳酸鈣(GCC)為填料，研究了包覆前后礦物纖維/GCC填料、助留體系及包覆礦物纖維與GCC配比對(duì)填料在紙張中的留著及紙張性能的影響．研究結(jié)果表明，包覆后的礦物纖維表面存在很多細(xì)小的CaCO3顆粒，顆粒大小在納米級(jí)，隨著包覆量的增加，原礦物纖維顆粒表面的細(xì)紋、棱角被填充及包覆，其表面化學(xué)成分及形態(tài)的轉(zhuǎn)變可在一定程度上減小其對(duì)紙機(jī)的磨蝕．與原礦物纖維/GCC加填紙比擬，加填包覆礦物纖維/GCC的紙張灰分更高，且其對(duì)紙張強(qiáng)度性能影響甚?。诒狙芯糠懂爟?nèi)所使用的兩種包覆礦物纖維中，包覆量相對(duì)較大的包覆礦物纖維Ⅱ在紙張灰分提高27．2%的同時(shí)，紙張強(qiáng)度性能未受到影響．陽離子淀粉、陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)和硅溶膠的助留體系對(duì)包覆礦物纖維/GCC留著高，對(duì)紙張的強(qiáng)度性能影響相對(duì)較?。诶淄犹盍織l件下，隨著填料中包覆纖維配比的提高，不僅紙張中填料留著明顯增加，而且對(duì)紙張強(qiáng)度性能的負(fù)面作用也相對(duì)較?。?

　　要害詞:礦物纖維;包覆;留著;紙張性能

　　為了提高紙張的不透明度和白度，改善紙面的平滑度和均勻性，增加紙張的可塑性、柔軟性和吸墨性，以滿足紙張的印刷和書寫請(qǐng)求，并節(jié)儉纖維，降低本錢，往往須要在紙中加進(jìn)一些填料．對(duì)大多數(shù)紙種來說，填料已成為紙張的一個(gè)主要組成成分。但傳統(tǒng)填料如碳酸鈣、滑石粉等Zui大的不足是造成加填后紙張強(qiáng)度的嚴(yán)重下降，進(jìn)而嚴(yán)重影響紙張的品德。礦物纖維是硅灰石原礦經(jīng)特別加工后得到的高長(zhǎng)徑比的纖維狀、針狀微粉，是一種鈣的偏硅酸鹽類礦物．礦物纖維除顆粒長(zhǎng)徑比高外，還具有無毒、低吸油性、低吸水

　　性、高熱穩(wěn)固性和化學(xué)穩(wěn)固性、高白度等特征．其奇特的形態(tài)構(gòu)造使其作為造紙?zhí)盍夏芘c植物纖維形成交錯(cuò)構(gòu)造，在一定程度上減小因加填而導(dǎo)致的紙張強(qiáng)度喪失，因而其具有傳統(tǒng)填料無法比較的上風(fēng)．作為造紙用填料，磨耗值是其主要的技巧指標(biāo)之一．由于硅灰石硬度高，對(duì)造紙網(wǎng)、案輥、切刀、印刷板磨損大，高車速抄造條件下應(yīng)用受到限制．為了應(yīng)用礦物纖維奇特的顆粒形態(tài)同時(shí)下降其磨耗值，在一定條件下將CaCO3沉積在礦物纖維表面，實(shí)現(xiàn)CaCO3對(duì)礦物纖維顆粒的表面包覆，其目標(biāo)是通過轉(zhuǎn)變填料表面化學(xué)成分及顆粒形態(tài)，顯微鏡CCD，減小因硅酸鈣硬度高及礦物纖維顆粒尖利的棱角對(duì)紙機(jī)的磨損，滿足使用需求;另外，包覆后礦物纖維由于表面附著一層CaCO3粒子，使其比表面積增加，這可提高礦物纖維在紙張中的留著及與植物纖維的聯(lián)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高留著及減小對(duì)紙頁強(qiáng)度性能影響的目標(biāo)．

　　本文通過化學(xué)法將CaCO3沉淀在礦物纖維表面而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物纖維顆粒的包覆，剖析了包覆后礦物纖維表面及顆粒形態(tài)變更;以包覆礦物纖維/GCC(重質(zhì)碳酸鈣)為填料，通過研討其在紙張中的留著及對(duì)紙張性能的影響，剖析了其包覆層及表面形態(tài)對(duì)紙機(jī)磨蝕改良及高留著條件下對(duì)紙張強(qiáng)度性能影響較小的原因．本研究可為造紙產(chǎn)業(yè)充足施展礦物纖維顆粒形態(tài)的上風(fēng)、進(jìn)步紙頁中填料加填量、改良紙張品德等方面供給根據(jù)．

　　1資料與方式

　　1．1重要實(shí)驗(yàn)原料

　　針葉木漿，打漿度46°SR;闊葉木漿，打漿度35°SR;某紙廠提供．

　　礦物纖維，江西華杰泰礦纖科技有限公司供給．

　　包覆礦物纖維，自制．

　　GCC、施膠劑AKD、陽離子淀粉、陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)、硅溶膠等由某紙廠供給．

　　1．2包覆礦物纖維的制備

　　在裝有攪拌器的三口燒瓶中參加一定濃度的氯化鈣溶液和一定量的礦物纖維，開動(dòng)攪拌器，通進(jìn)二氧化碳，在一定溫度下反映一定時(shí)光后，得到包覆GCC疏散液，抽濾，烘干，備用．

　　1．3紙張抄造

　　本研討所用填料為包覆礦物纖維與GCC，加填量10%(對(duì)盡干漿)．漿料為針葉木漿與闊葉木漿，配比為1∶9(按絕干漿計(jì))．將礦物纖維和GCC按比例配制10%疏散液，疏散20min備用．稱取混雜漿料(按比例)加水至濃度4%并在疏解機(jī)中疏解(10000轉(zhuǎn))后，加水稀釋至漿濃0．3%，分辨加各種化學(xué)助劑及填料，或參加各種助劑及填料后再稀釋至漿濃0．3%，分杯，抄紙．濕紙頁在

　　0.25-0．3MPa下恒壓1min后烘干．紙張定量80g/m2．

　　1．4試驗(yàn)辦法

　　1．4．1紙張物理性能測(cè)定紙張經(jīng)24h平衡水分后，按相干國(guó)度尺度方式丈量紙張物理性能．

　　1．4．2填料留著填料留著按相干國(guó)度尺度方式及參考文獻(xiàn)進(jìn)行．

　　1．4．3紙張掃描電子顯微鏡(SEM)分析用雙面膠帶將供分析的試樣粘于樣品臺(tái)上，經(jīng)離子濺射儀鍍金后．使用Philips XL-30 FEG CEPREI(JSM-6360LV)掃描電子顯微鏡在20kV加速電壓下對(duì)試樣拍照，察看其表面形態(tài)的變化．2結(jié)果與討論

　　2．1礦物纖維基礎(chǔ)物理特征

　　礦物纖維重要成分為硅酸鈣;白度:≥84%;長(zhǎng)徑比:15∶1-10∶1;纖維長(zhǎng)度:0．08-0.20mm;水分:≤1.5%;10%濃度pH值:≥8.5．

　　2．2包覆前后礦物纖維形態(tài)變化

　　

　　圖1是包覆前后礦物纖維表面形態(tài)的SEM照片．由圖可知，原礦物纖維棱角分明，表面有細(xì)紋，且有少量細(xì)粉附著在顆粒表面．經(jīng)碳酸鈣包覆后的礦物纖維表面附著一些碳酸鈣的渺小顆粒，顆粒大小在納米級(jí)，原礦物纖維顆粒表面的細(xì)紋、棱角在一定程度上被碳酸鈣粒子填充及包覆．包覆礦物纖維Ⅱ由于其包覆碳酸鈣的量比包覆礦物纖維Ⅰ大，其顆粒表面上的碳酸鈣粒子更多，包覆更完全．作為紙張加填用的包覆礦物纖維，其包覆量對(duì)其應(yīng)用性能的影響較大，重要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面．一是包覆較完全的礦物纖維其表面化學(xué)成分產(chǎn)生了變更，由礦物纖維的硅酸鈣變?yōu)樘妓徕}，碳酸鈣的硬度比硅酸鈣小，因此可下降其磨耗值，減小其對(duì)紙機(jī)的磨蝕作用;二是包覆較完全的礦物纖維，原堅(jiān)硬的棱角變得相對(duì)油滑，這也可減小其對(duì)紙機(jī)的磨蝕作用;三是包覆礦物纖維顆粒表面有較多的納米碳酸鈣粒子，這可增添礦物纖維與植物纖維間的相互作用，能在必定水平上減小因紙頁中填料量增長(zhǎng)而發(fā)生的對(duì)紙張強(qiáng)度性能的負(fù)面影響．

　　2．3加填包覆礦物纖維/GCC在紙張中留著及對(duì)紙張性能的影響

　　

　　表1是礦物纖維與GCC為1∶1、加填量為10%(對(duì)盡干漿)條件下紙張中填料留著及紙張性能變化．由表中的試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)明，加填后紙張白度有提高，但變更不大;加填包覆礦物纖維比加填未包覆礦物纖維的紙張灰分更高，由原礦物纖維的6.58%提高到7.25%和8.37%，提高了10．2%和27.2%，包覆水平高的礦物纖維Ⅱ其紙頁灰分相對(duì)更高表明其留著更好．對(duì)加填紙而言，填料對(duì)紙張Zui大的影響就是導(dǎo)致紙張強(qiáng)度性能的明顯下降，加填量越大，填料留著越高，對(duì)紙張強(qiáng)度的影響越嚴(yán)重．由表1的試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)明加填包覆礦物纖維的紙張?jiān)诩堩摶曳痔岣叩耐瑫r(shí)不僅未影響到紙張的強(qiáng)度性能，而且比加填原礦物纖維紙張其抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)均略有提高，其中加填包覆礦物纖維Ⅱ的紙張盡管其填料留著比包覆礦物纖維Ⅰ的紙張更高，但也基礎(chǔ)未影響到紙張的強(qiáng)度性能，這是造紙常用填料所無法比較的．纖維間的聯(lián)合是紙的強(qiáng)度發(fā)生的原因，造紙常用的填料如重質(zhì)碳酸鈣(GCC)、輕質(zhì)碳酸鈣(PCC)、滑石粉等加填后導(dǎo)致紙張強(qiáng)度顯明降低，這是由于紙張中的填料與纖維之間幾乎沒有聯(lián)合力，同時(shí)填料的參加影響了纖維

　　間的結(jié)合．包覆礦物纖維由于其表面存在很多納米級(jí)碳酸鈣顆粒(見圖1)，當(dāng)其加填到紙張中后，會(huì)增加其與纖維間的結(jié)合面積，尤其是分絲帚化的纖維部分會(huì)與包覆礦物纖維表面的渺小粒子相互纏結(jié)在一起，增加其與纖維間的相互作用，結(jié)果不僅提高了填料在紙張

　　中的留著，同時(shí)也使紙張的強(qiáng)度性能有所改善．試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)包覆后礦物纖維在紙張中的留著提高，且對(duì)紙張強(qiáng)度性能影響較小;合適包覆量的礦物纖維，不僅能提高填料在紙張中的留著，而且能使紙張堅(jiān)持良好的強(qiáng)度性能．

　　2．4助留體系對(duì)礦物纖維/GCC留著及紙張性能的影響

　　

　　助留劑是造紙主要的化學(xué)助劑，其不僅能更好地實(shí)現(xiàn)填料在紙張中的留著，而且能使白水中渺小固體物的含量有所降低，同時(shí)幻想的助留體系還有助于成紙質(zhì)量的改良．本節(jié)以包覆礦纖Ⅱ/GCC1：1為填料，在加填量為10%(對(duì)盡干漿)的條件下，研討不同助留系統(tǒng)對(duì)填料留著及紙張性能的影響．表2是助留系統(tǒng)對(duì)填料留著及紙張性能的影響．由表中的實(shí)驗(yàn)成果可知，不同的助留體系對(duì)填料留著及紙張性能有較大的影響．比擬A和B兩個(gè)樣本可知，在添加CPAM的基本上增加硅溶膠，可提高填料的留著，紙頁灰分提高了91%;C樣本助留劑為陽離子淀粉、CPAM及硅溶膠，紙頁灰分到達(dá)了8.37%，分辨比A和B提高了15.8%和6.1%．隨著填料在紙頁中留著的提高，紙張的強(qiáng)度性能逐漸降落，但降落幅度不大，尤其是C樣本，盡管其填料留著比B樣本高，但對(duì)紙張強(qiáng)度性能影響甚小，其原因可能是陽離子淀粉在起助留作用的同時(shí)，也增添了纖維間的相互作用，在必定水平上補(bǔ)充了因填料留著多而對(duì)紙張強(qiáng)度的喪失．表2成果表明，選擇多元助留體系可到達(dá)進(jìn)步紙張中填料留著同時(shí)仍堅(jiān)持良好強(qiáng)度性能的目標(biāo)。

　　2.5 包覆礦物纖維與GCC配比對(duì)填料留著及紙張性能的影響

　　表3是包覆礦纖與GCC不同配比其填料在紙中留著及對(duì)紙張性能的影響．由表中的試驗(yàn)成果可知，包覆礦物纖維添加比例對(duì)紙張的白度影響不大．隨著填料中包覆礦物纖維比例減小，紙張灰分逐漸降落，表明填料在紙中的留著逐漸下降;當(dāng)填料僅為GCC時(shí)，紙張灰分為5．73%;當(dāng)填料為包覆礦纖Ⅱ/GCC=1∶1時(shí)，紙張灰分為8．37%，進(jìn)步了46．1%．由于紙張中填料留著高，紙張的強(qiáng)度性能隨著填料留著的增添而減小，抗張指數(shù)由31.78N.m/g減小到28.51N.m/g，耐破指數(shù)由2.14kPa.m2/g減小1.72kPa.m2/g，撕裂指數(shù)由6.20mN.m2/g減小到5.50mN.m2/g，分辨減小了10.3%、19.6%和11.3%，降低幅度較?。畬?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，填料中添加必定量的包覆礦物纖維不僅可以提高填料在紙張中的留著，而且可使加填紙張仍堅(jiān)持良好的強(qiáng)度性能．

　　

　　3結(jié)論

　　(1)SEM研究表明，通過CaCl2-CO2-H2O將CaCO3沉淀在礦物纖維表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物纖維的表面包覆．包覆礦物纖維表面附著很多渺小的CaCO3顆粒，顆粒大小在納米級(jí)，隨著包覆量的增長(zhǎng)，原礦物纖維顆粒表面的細(xì)紋、棱角被填充及包覆．包覆后的礦物纖維表

　　面成分及形態(tài)的轉(zhuǎn)變可在一定程度上減小其對(duì)紙機(jī)的磨蝕。(2)與原礦物纖維/GCC加填紙比擬，加填包覆礦物纖維/GCC的紙張灰分更高，但其對(duì)紙張強(qiáng)度性能影響甚小．在本研究所應(yīng)用的兩種包覆礦物纖維中，包覆量相對(duì)較大的包覆礦物纖維Ⅱ在紙張灰分提高27.2%的同時(shí)，紙張強(qiáng)度性能未受到影響。(3)助留系統(tǒng)影響填料留著及加填紙性能，在本研究范疇內(nèi)，以陽離子淀粉、CPAM硅溶膠的助留體系對(duì)包覆礦物纖維/GCC留著高，對(duì)紙張的強(qiáng)度性能影響相對(duì)較小。(4)在雷同加填量條件下，隨著填料中包覆礦物纖維配比的提高，不僅紙張中填料留著明顯增長(zhǎng)，而且對(duì)紙張強(qiáng)度性能的負(fù)面作用相對(duì)較小。

　　

　　


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