填料基本特性对留着和成纸强度的影响
唐泽燕 陈 港 张宏伟 唐爱民
(制浆造纸工程国家重点实验室(华南理工大学) , 广州, 510640)
X
摘 要:本文研究了氧化铝、碳酸钙、进口钛白粉和国产钛白粉四种填料的特性, 及填料特性对留着、纸页强度的影响。研究表明四种填料中以进口钛白粉的留着效果最佳, 同时也较大地削弱了成纸强度。关键词:填料; 留着; 强度
2
我们知道在古代造纸业里一直认为填料削弱了纸张强度, 填料这个词是贬义的, 言外之意就是不能增加任何功能, 因此很多填料都没有在造纸中得到广泛的应用
[1]
准抄纸器中成形, 压榨, 干燥成片。定量:80g/m ; 加填量:20%(对绝干浆和填料的量)
1. 1. 2 纸页物理性能按照5制浆造纸分析与检验6
[4]
。但是, 随着造纸业的不断发展, 新
测量;
产品的出现, 填料受到越来越多的重视, 使用填料不仅可以改善纸张性能, 还可以得到某些特殊的性能, 造纸工作者意识到在浆中加入填料是有利可图的。但同时, 加入填料又会引起新的问题, 如填料在抄造过程中的流失, 加填纸张出现各种各样的弊病, 特别是近年来限制新鲜水在造纸中的用量, 增加了白水封闭循环程度, 更要求减少填料的流失, 达到清洁生产的目的。
近年来湿部化学也聚焦于如何提高填料的留着, 无一例外, 大家都想加入一些化学助剂来达到助留助滤的目的, 由传统的单一助留剂的助留系统发展成为复式助留系统, 以及新的微粒助留系统。化学助剂的研究和开发如火如荼, 却忽视了对填料本身在抄造过程中的行为, 忽视了填料特性对其在浆中留着的影响, 目前对此进行系统研究的工作还比较少, 基于此, 本文从填料特性出发做了一些基础研究。1 试验部分
考虑到短纤维的留着效果较好, 本实验选用了巴西桉木浆, 分别选用了四种填料:氧化铝、碳酸钙、进口钛白粉和国产钛白粉(R-244) 。
浆料:巴西桉木浆, 打浆度35b SR 1. 1 试验方法
1. 1. 1 纸页抄造, 把称好的浆和填料置于塑料杯中, 加水搅匀倒入食品搅拌机中分散均匀, 然后在标
1. 1. 3 加填纸张留着率的计算公式:
RT=(B-A) (1-D-C) (D-A) -1(1-B -C)
-1
@100
1
D=[A+G %(1-C) ](1+G %) -
A ) 未加填浆料灰分%按GB742-79测定B ) 成纸纸样灰分%按TAPPI 标准T4130m -85(575? 25e )
C ) 填料的灼烧损失, 参照5制浆造纸分析与检验6D ) 加填后浆的灰分%(纸料的灰分%) G %) 加填量(加入填料量相对于绝干浆的量) 2 结果与讨论
填料的基本特性如:粒径、形状、Zeta 电位、白度、折射率等都对成纸性能有一定程度的影响。本研究主要着眼于填料的粒径、形状和Zeta 电位对其在纸中留着以及对成纸强度的影响。填料相关特性如表1所示:钛白粉为圆滑球形, 氧化铝为片状, 碳酸钙为棱形; 国产钛白粉和进口钛白粉的粒径差不多, 氧化铝的粒径分布范围较宽, 碳酸钙的粒径也比较大; 四种填料的Zeta 电位由高到低排序为:碳酸钙、氧化铝、国产钛白粉、进口钛白粉。为了研究填料特性对留着率以及纸页性能的影响, 本实验中, 在相同的抄造条件下, 不加入任何助剂, 在桉木浆中分别加填四种填料, 并与空白做对照, 实验结果如表1所示。
X 基金项目:广东省自然科学基金团队项目(20003011) 及国家自然科学基金项目资助
表1
填料氧化铝碳酸钙
试验中氖和填料主要特性与留着率
产地
粒径um
相对密度217
形状片状棱形球形球形
Zeta 电位留着率m V -25197-30. 25-17. 29-20. 56
%2710515. 7756. 6128. 35
在纸张中不管加入何种填料, 纸张强度都有一定程度的削弱, 表2所示:加填纸张的裂断长和耐破度都在不同程度上降低了。
表2
巴西桉木浆对填料留着及成纸性能的影响
定量厚度裂断长g/m 2
mm
km
裂断长下降百分比%/3. 0915. 2732. 702. 32
耐破指数kPa. m 2/g1. 561. 281. 320. 861. 33
耐破指数下降百分%/17. 9515. 3844. 8714. 74
留着率%/27. 0515. 7756. 6128.
35
河南0142-414
[2u 占95%2. 65
3. 94. 2
进口钛白粉美国0. 20-0. 45国产钛白粉重庆0. 15-0. 45
填料
2. 1 不同填料特性对留着的影响
一般认为填料颗粒形状和表面粗糙度对留着率有影响[2]。如:同是球形的颗粒则表面粗糙的比光滑的留着率高。同时, 填料颗粒的表面电荷对填料的留着也同样起重要作用。图1是该加填试验留着
率比较。
空白碳酸钙氧化铝
81. 650. 1622. 97972. 320. 1502. 88776. 680. 1512. 524
进口钛白粉81. 570. 1462. 005R-244
76. 060. 1572. 910
图2 填料对纸张强度的影响
图1 四种填料的留着率
从图2可见:
(1) 进口钛白粉对纸张的强度影响最大, 当然这跟它在纸页中相对留着率最大有关, 同时小的粒径则有大的比表面积, 比表面积越大对于纤维之间的结合越不利。即表明, 填料含量越高, 粒径越小, 强度下降越多。
(2) 氧化铝和国产钛白粉(R-244) 的留着率相差不大, 分别为27. 05%、28. 35%, 但是强度下降相差较大, 加填氧化铝的纸张同空白样相比, 裂断长下降了15. 27%, 而R-244只下降了2. 32%, 其原因可能是片状的氧化铝更容易吸附在纤维表面, 严重阻碍了纤维间氢键的结合, 而圆形的颗粒在抄纸, 压榨, 烘干过程中总是倾向于沉积在纤维间的空隙处因而对强度影响较小[3]
(3) 对于同样都是球形颗粒, 粒径相差不大的进口和国产二氧化钛, 它们在桉木浆中的留着率分别为56. 61%、28. 35%, 加填进口钛白粉的纸张强度下降了32. 7%, 但是加填R-244的纸张裂断长比空白样相比只下降了2. 32%, 排除填料含量不同对强度的影响, 我们还注意到两填料的Zeta 电位也不同, Zeta 电位越高, 对强度影响较小, 由于填料和纤维都是负电性的, 由于静电相斥的作用, 可以使填料不沉积在纤维表面而沉积在纤维间空隙处。国产钛白粉的Zeta 电位较高, 产生的静电(下转第89页)
年 由图1和表1可以得到如下结论:
填料的基本特性:粒径、形状和Zeta 电位对留着有不同程度的影响。整体看来, 粒径小的填料留着率偏高。但对于两种钛白粉, 其粒径和形状都十分相似, 但其留着率相差很大, 进口钛白粉留着率达56161%, 而国产钛白粉的留着率才28135%。这表明Zeta 电位在填料留着中起了非常重要的作用, 电位低则留着高。氧化铝的粒径以及Zeta 电位都不利于留着, 但其留着率却与国产钛白粉相差不大, 这可能是由于其片状的结构有助于吸附在纤维表面。从表1可知碳酸钙的粒径较大, 棱形结构以及偏高的Zeta 电位对于留着都是不利的, 因此其留着率只有15177%。
212 填料特性对成纸强度的影响
众所周知, 强度与留着是两个相互矛盾的因素, 较高的留着则必须有较低的强度。加填纸张中, 由于浆料纤维之间有填料粒子的存在, 减少了纤维间的接触面积, 同时填料粒子会妨碍纤维表面羟基的相互作用, 妨碍在相邻的纤维素间形成氢键, 因而纸页物理强度下降, 如同一纸张中灰分增加1%, 其裂断长将下降3%[3]。图2是加填各种填料和空白样的裂断长比较。
Discussion on Printability of Coated White Board
L i Rong
(Gongdong L ig ht I ndustrial T echnical College Guangzhou, 510300)
Abstract:Coated white board is common raw m aterial of printing, in order to meet the demand of high -speed colorful offset printing, a better printability of coated w hite board is required, this paper mainly discusses the printability of coated w hite board and seeks the optimum matches betw een coated white board and printing. Key words:coated white board; printability; surfacial strength; brightness; gloss
(上接第52页)
斥力较大, 因此具有更多的机会不沉积在纤维表面, 不影响氢键的结合, 因而纸页强度下降较少。3 结论
3. 1 四种填料中以进口钛白粉的粒径最小, 留着率最高, 为56. 61%, 但成纸强度最差, 裂断长降低了32. 70%, 耐破指数降低了44. 87%。
3. 2 片状颗粒有利于留着, 但是对强度不利, 圆形颗粒对强度影响较小。如:氧化铝和国产钛白粉留着率相差不大, 但是加填氧化铝的纸张裂断长下降了15127%, 加填国产钛白粉纸张裂断长仅仅下降了2. 32%。
3. 3 Zeta 电位在填料留着中起着重要作用, 对于同
是球形的二氧化钛, 且他们的粒径也差不多, 但是国产钛白粉的Zeta 电位高于进口钛白粉的Zeta 电位, 因此进口钛白粉的留着率比国产钛白粉的留着率高很多。
参考文献
[1] L. L I, A. Collis and R. Pelton. A new analysis of filler effects on
paper strength. journal of pulp and paper science. 2002, 8(8) :267-273
[2] 聂勋载, 范思齐. 常用非木材纤维造纸使用手册. 中国轻工业
出版社, 91-92
[3] 张光华. 造纸湿部化学原理及其应用. 中国轻工业出版社, 83
-93
[4] 林润惠. 制浆造纸分析与检验. 中国轻工业出版社
The Effect of the Properties of Fillers on Retention and Paper Strength
Tang Zeyan Chen Gang Zhang Hongw ei Tang Aiming
(State Key L ab. o f P ulp and P aper Engineer ing , South China U niversity of T echnolog y Guangzhou, 510640)
Abstract:Four fillers aluminum ox ide, calcum carbonate, titanium o xide(from abroad) and titanium oxide(domestic) were chosen in t he study. T he character i stics of the chosen fillers w ere studied. T he influences of the fillers propert ies on retention and the upgrade paper streng th w ere also discussed. Results showed t hat the imported T iO 2w as the best choice for the retent ion but it weakened the strengt h of the paper.
Key word:filler ; retention; strength