疏水改性填料用于纸张施胶

摘要

施胶可为纸张提供适当的抗水性能，加填则为纸张提供适当的光学性能、表观性能和印刷适性，并降低纸张的抄纸成本。然而，两者均对纸张强度有一定损伤。本研究尝试对填料进行表面疏水改性，使施胶和加填合二为一，以此缓解两者对纸张强度的损伤。首先利用具有疏水性和成膜性的苯丙胶乳对滑石粉和绢云母进行了改性和施胶作用的研究。发现滑石粉相对绢云母能吸附更多的苯丙胶乳，其施胶作用也相对较高，但苯丙胶乳改性滑石粉和绢云母均不能赋予纸张足够高的施胶度。故此，采用石蜡对滑石粉和绢云母进行疏水改性后用于纸张施胶，结果显示，在常规加填量下，石蜡改性的滑石粉、绢云母能满足纸张的抗水要求，滑石粉比绢云母能够吸附更多的石蜡，相应的纸张施胶度更高。绢云母、滑石粉对石蜡的吸附能力随着改性温度、搅拌时间和速度的增加而增加。在不降低纸张施胶度的前提下，石蜡改性滑石粉施胶与分别利用石蜡乳液施胶和滑石粉加填相比，纸张抗张强度明显提高。 鉴于石蜡改性填料良好的浆内施胶效果，本文继而研究了滑石粉的AKD改性及其浆内施胶作用。结果表明，AKD对滑石粉的最佳改性工艺条件为：改性温度60℃，搅拌速度8000rpm，搅拌时间5min，改性pH6。改性时AKD与滑石粉质量比越高，在同样加填量下，纸张的施胶度越高，且AKD吸附于滑石粉上，并未降低AKD的施胶效果，纸张抗张强度却明显提高。AKD改性滑石粉浆内施胶时，最佳浆料pH值为8.0，与一般AKD乳液最佳施胶pH值相同。AKD改性滑石粉浆内施胶的纸张随放置时间的延长会有一定的施胶逆转现象。同时，本文还研究了绢云母的AKD改性及其浆内施胶作用，其最佳改性工艺条件与AKD改性滑石粉相同。绢云母对AKD完全吸附的质量比为AKD：绢云母=1：15，要小于滑石粉对AKD的吸附量，滑石粉对AKD完全吸附的质量比为AKD：滑石粉=1：5。在pH值为6.0的弱酸性条件下改性的AKD改性绢云母浆内施胶的纸张几乎没有施胶逆转现象，AKD吸附于绢云母上的稳定性要优于吸附于滑石粉上。 本文还利用红外、XPS、静态接触角测定等手段分析了AKD改性填料及其浆内施胶机制。结果表明，在AKD改性填料中，AKD主要以非晶态的形式通过物理吸附沉积在滑石粉和绢云母上。在改性填料悬浮液的放置过程中，吸附于绢云母上比吸附于滑石粉上的AKD水解速度慢，且其内酯环基团与绢云母表面的活性基团发生了某种化学结合。AKD改性填料通过提高填料疏水性并使疏水填料均布于纤维表面而为纸张提供了适当的疏水性能，其中也不排除纸张在干燥过程中部分结合于填料上的AKD与纤维素羟基发生了酯化反应。随着纸张放置时间延长，少部分AKD从填料表面解吸，使纸张施胶度有所下降。但随着放置时间的进一步延长，从填料表面解吸的AKD慢慢迁移到纸张纤维素表面并与其发生酯化反应，纸张施胶度又有小幅度回升，到AKD从填料表面的迁移和与纤维表面的反应达到平衡后，纸张施胶度趋于稳定。 最后，针对目前纸板生产中利用表面施胶代替浆内施胶的发展趋势，研究了AKD改性滑石粉和绢云母与氧化淀粉、苯丙胶乳联合使用的表面施胶性能。结果表明，表面施胶剂的最佳配比为：AKD改性填料/氧化淀粉/苯丙胶乳的质量比为1：4：1，两面涂布表面施胶，纸张施胶度高达60s，并且没有施胶逆转现象。AKD改性填料与氧化淀粉、苯丙胶乳混合表面施胶后，可以显著提高纸张的抗张强度，撕裂度和耐折度也有所改善。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1填料改性方法

1.1.1包覆改性法

1.1.2沉淀反应改性法

1.1.3表面化学改性法

1.1.4机械力化学改性法

1.1.5高能改性方法

1.1.6胶囊化改性

1.2造纸用填料

1.2.1滑石粉

1.2.2绢云母

1.3施胶剂

1.3.1苯丙胶乳

1.2.2石蜡

1.2.3烷基烯酮二聚体(AKD)

1.4课题研究的目的及意义

第2章 苯丙胶乳、石蜡改性填料用于纸张施胶

2.1实验部分

2.1.1实验原料

2.1.2实验仪器

2.1.3实验方法

2.2结果讨论

2.2.1苯丙胶乳改性填料的施胶性能

2.2.2填料对石蜡的吸附性能

2.2.3石蜡改性填料的施胶性能

2.2.4石蜡改性填料的X-射线衍射分析

2.2.5硫酸铝对手抄片施胶度的影响

2.2.6石蜡改性填料对纸张强度的影响

2.3结论

第3章 AKD 改性滑石粉用于纸张施胶

3.1实验

3.1.1实验原料

3.1.2实验仪器

3.1.3实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1 AKD改性滑石粉的制备工艺的确定

3.2.2 AKD改性滑石粉的施胶性能

3.2.3不同的浆料pH值对纸张施胶度的影响

3.2.4不同AKD改性滑石粉浆内加填量对纸张施胶度的影响

3.2.5高AKD/滑石粉质量比的AKD改性滑石粉的浆内施胶

3.2.6 PAE对AKD改性滑石粉施胶的促进作用

3.2.7 AKD改性滑石粉液放置时间对施胶度的影响

3.2.8 AKD改性滑石粉浆内施胶效果随时间的变化情况

3.2.9 AKD改性滑石粉对纸张强度的影响

3.3结论

第4章 AKD改性绢云母用于纸张施胶

4.1实验

4.1.1实验原料

4.1.2实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1.AKD改性绢云母的制备工艺的确定

4.2.2 AKD改性绢云母的施胶性能

4.2.3浆料pH值对纸张施胶度的影响

4.2.4AKD改性绢云母浆内加填量对施胶效果的影响

4.2.5高AKD/绢云母质量比的AKD改性绢云母的浆内施胶

4.2.6 PAE对AKD改性绢云母施胶的促进作用

4.2.7 AKD改性绢云母液放置时间对施胶作用的影响

4.2.8 AKD改性绢云母浆内施胶的逆转

4.2.9 AKD改性绢云母对纸张强度的影响

4.3结论

第5章 AKD改性填料及其浆内施胶机制分析

5.1实验

5.1.1实验原料

5.1.2实验仪器

5.1.3实验方法

5.2结果与讨论

5.2.1 AKD与填料的吸附方式分析

5.2.2 AKD改性填料的浆内施胶机制分析

5.3结论

第6章 AKD改性填料表面施胶的初步探讨

6.1实验

6.1.1实验原料

6.1.2实验方法

6.2结果与讨论

6.3结论

第7章总结

7.1结论

7.2论文创新之处及对为未来工作的建议

7.2.1创新之处

7.2.2 对未来工作的建议

参考文献

致 谢

在学期间主要科研成果