硅对苛化白泥碳酸钙性能影响及其机理研究

摘要

草浆苛化白泥碳酸钙（ CCC）由于硅含量高，其应用性能受到影响，如与商品碳酸钙（PCC）相比，其加填纸张白度较低；对造纸湿部微生物的生长以及设备表面生物膜的形成有促进作用；用于加填时导致 AKD施胶剂用量大，等等。针对这些问题，以往的研究主要集中在如何去除硅以及精制白泥碳酸钙用作造纸填料等方面，而硅对于草浆 CCC的影响及机理鲜有研究报道。本文研究了硅对草浆CCC及其所加填纸张性能的影响，以期为草浆 CCC的回收利用提供理论指导。
　　草浆碱回收绿液苛化反应除生成碳酸钙外，还伴随有硅酸钙的生成。通过 X衍射、SEM分析可见，无论硅含量多少，苛化生成的白泥碳酸钙晶型均为方解石型，说明生成的硅酸钙自身没有产生聚合，形成晶体，而是 Si原子替代碳酸钙中的部分 C原子，产生同晶替代作用。可是，由于 Si-O与 C-O键长不同，随着 CCC中硅含量的增大，草浆 CCC的形貌逐渐从规则的方形变为无规则形状，其比表面积也从5.68m2/g增大到18.64m2/g，比表面积显著增加。不同硅含量的草浆 CCC均带有负电荷，并且随着硅含量的增大，草浆 CCC的表面负电荷量逐渐增大，当硅含量从0.31％增大到6.40%时，CCC的表面负电荷量从0.60eq/g增大到1.94eq/g，增大了约200%。随着硅含量的降低，草浆 CCC的平均粒径大体呈先减小后增大的趋势，但从粒径分布来看，当硅含量为0.31%，即除硅率最大时，草浆 CCC的粒径分布与商品 PCC最接近。另外，随着硅含量的降低，草浆 CCC的白度逐渐升高，但升高幅度不大；草浆 CCC的吸油值随着硅含量降低而逐渐降低；另外，草浆 CCC的沉降体积也随着硅含量的减小而逐渐减小。
　　当不同硅含量草浆 CCC用于纸张加填时，随着 CCC中硅含量的降低，纸张的不透明度几乎不变，白度略为升高；Cobb值则显著下降，施胶效果明显改善，当 CCC中硅含量降到3.20%时，纸张的 Cobb值为27.7 g/m2，达到了普通文化用纸的施胶度要求。撕裂强度随着除硅率的提高逐渐上升，但抗张强度逐渐下降。草浆 CCC与研磨碳酸钙（ GCC）混合加填时对纸张的性能影响如下：在总加填量为20%的前提下，随着草浆 CCC加入比例的增大，纸张的白度与不透明度逐渐升高，施胶效果逐渐变差，抗张强度逐渐增大，相反撕裂度逐渐减小。
　　我们还研究了草浆 CCC加填时硅对 AKD施胶的影响机理。发现随着硅含量增大，草浆 CCC对 AKD的吸附量逐渐增加，并且草浆CCC的形貌逐渐趋于片状无规则化，比表面积也逐渐增大，加大了AKD在 CCC上的吸附；随着草浆 CCC中硅含量增大，CCC的表面负电荷量逐渐增大，因而负电荷越来越强的草浆 CCC对带正电的AKD的吸附也越来越多。当草浆 CCC中硅存在时对 AKD施胶的主要影响机理是：随着草浆 CCC中硅含量增大，草浆 CCC的比表面积增大，以及其表面较高的负电荷量所致。
　　在不同苛化工艺条件下，比起除硅的草浆 CCC，硅的存在使草浆 CCC的形貌趋于无规则化，也使其平均粒径呈现出无规律性。

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1 绪论

1.1非木材纤维原料制浆造纸变迁、难点与发展

1.2草浆碱回收白泥碳酸钙

1.3草浆碱回收白泥碳酸钙中硅的来源及影响方式

1.4本课题的目的意义、研究内容及技术路线

2硅对草浆CCC结构性能影响研究

2.1 前言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4 本章小结

3苛化工艺对草浆CCC性能影响研究

3.1 前言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4 硅对草浆CCC加填纸张质量性能影响研究

4.1 前言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5草浆CCC加填硅对AKD施胶影响机理的研究

5.1前言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.4本章小结

6 总结

6.1结论

6.2创新点

6.3展望

致谢

参考文献

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