原位沉积法纤维细胞内合成硅酸钙及其在高填料纸中的应用

摘要

随着纸和纸板产量的逐年提升，造纸纤维资源越来越珍贵，造纸工业正不断寻找植物纤维原料的部分替代品。矿物填料，可以赋予纸张新的性能、降低纸张生产成本和能耗，被广泛的加填到纸张中。粉煤灰是燃煤电厂的固体废弃物，做为燃煤大国，我国的粉煤灰排放量大，利用率低，对环境会造成很大危害。新型硅酸钙填料是以粉煤灰的脱硅液与石灰乳为原料合成的填料，可以实现粉煤灰的高值化利用。本文通过原位沉积法，以脱硅液和石灰乳为原料，在纤维悬浮液中合成硅酸钙，使硅酸钙沉积到纤维细胞腔、细胞壁和纤维分丝帚化处，达到充填纤维的目的，并研究了纤维原料、原位合成工艺条件和分散剂对硅酸钙充填效果的影响。
　　经研究发现，用PFI对纤维原料进行打浆，打浆度对针叶木纤维抄造的手抄片的强度性能和光学性能的影响较大，对阔叶木纤维抄造的手抄片的影响较小。随着打浆度的增加，硅酸钙充填量减少、手抄片灰分提高、强度性能下降。在针叶木纤维与阔叶木纤维用量比为1∶1时，针叶木打浆度越低，手抄片中硅酸钙充填量越大，抗张指数与撕裂指数越高，但对撕裂指数的影响较小。脱硅液预浸润可以增加硅酸钙填料的留着，但会降低硅酸钙的充填量，且使手抄片强度性能下降。
　　通过单因素实验，分别研究了在30％、40％、50％加填量下，原位合成硅酸钙工艺条件对充填的影响。
　　加填量为30％，针叶木浆与阔叶木浆的配比为1∶1、反应温度为60℃、浆浓为5％、转速为500r/min时，硅酸钙的充填量达到20.1％、手抄片灰分含量为30.1％、不透明度为89.0％、白度为85.6％ISO、抗张指数为23.5N·m·g-1、耐破指数为1.32kPa·m2·g-1、撕裂指数为6.88mN·m2·g-1。
　　加填量为40％，浆浓为4％，转速为800r/min时，硅酸钙的充填量达到23.7％、手抄片灰分含量为40.1％、不透明度为92.1％、白度为88.2％、抗张指数为11.4N·m·g-1、耐破指数为0.54kPa·m2·g-1、撕裂指数为3.86mN·m2·g-1。
　　加填量为50％，当反应时间在30min时，石灰乳与脱硅液基本反应完全，反应时间在60min时，沉积的硅酸钙基本保持稳定。而转速为600r/min时，石灰乳用量增加，手抄片灰分含量增加，但会降低硅酸钙充填量和手抄片的强度性能。干强剂的使用可以有效改善手抄片的手抄片强度。分散剂的应用可以增加硅酸钙的充填量。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 造纸行业发展现状

1．2 造纸填料的应用与发展

1．2．1 造纸填料的发展

1．2．2 造纸填料的选择

1．2．3 硅酸钙

1．3 高加填纸张

1．3．1 高加填纸的开发

1．3．2 高加填纸遇到的瓶颈

1．3．3 高加填纸的未来发展趋势

1．4 纤维充填技术

1．4．1 纤维充填技术的特点

1．4．2 纤维充填技术的发展

1．4．3 原位合成法在纸张填料加填中的应用

1．5 本研究的目的和意义

1．6 本研究的内容

2 材料与方法

2．1 实验原料及试剂

2．2 实验设备

2．3 实验方法

2．3．1 脱硅液中二氧化硅含量的测定

2．3．2 石灰乳中氧化钙含量的测定

2．3．3 打浆方式

2．3．4 脱硅液预浸润

2．3．5 硅酸钙充填纸的制备

2．3．6 纸张性能检测

2．3．7 硅酸钙充填量的测定

3 结果与讨论

3．1 纤维原料处理对硅酸钙充填纸的影响

3．1．1 打浆度对充填效果的影响

3．1．2 纤维配比对充填效果的影响

3．1．3 脱硅液预浸润对充填效果的影响

3．2 30％加填量下硅酸钙原位合成工艺的研究

3．2．1 纤维配比对手抄片物性的影响

3．2．2 温度对手抄片物性的影响

3．2．3 反应转速对手抄片物性的影响

3．2．4 反应浆浓对手抄片物性的影响

3．3 40％加填量下硅酸钙原位合成工艺的研究

3．3．1 浆浓对充填效果的影响

3．3．2 反应转速对充填效果的影响

3．4 50％加填量下各因素对硅酸钙充填的影响

3．4．1 反应时间

3．4．2 转速

3．4．3 石灰乳用量

3．4．4 分散剂和干强剂的应用

3．5 利用SEM观察硅酸钙填充效果

4 结论

4．1 主要结论

4．1．1 打浆度及脱硅液预浸润对充填效果的影响

4．1．2 30％加填量下硅酸钙最佳充填工艺

4．1．3 40％加填量下浆浓与转速对硅酸钙充填的效果

4．1．4 50％加填量下各工艺条件对充填量的影响

4．2 本论文的创新之处

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢