納米碳酸鈣的表面改性及其在造紙中的應(yīng)用
時(shí)間：2016-08-10 15:54:40 瀏覽次數(shù)：5933
摘要：納米碳酸鈣作為一種功能材料，具有優(yōu)良的物化特性，在造紙工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)納米碳酸鈣表面改性方法，以及納米碳酸鈣在造紙工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)研究提供參考。關(guān)鍵詞：納米碳酸鈣表面改性改性劑造紙
納米材料自20世紀(jì)80年代問世以來，在化工、電子、國防、陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用已充分顯示出它在國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的巨大潛力，引起了世界科學(xué)家的極大關(guān)注。納米技術(shù)是在10～100nm尺度空間研究電子、原子、分子性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的高新技術(shù)，已被世界各國，尤其是西方發(fā)達(dá)國家列為21世紀(jì)的重點(diǎn)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究課題。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者羅雷爾曾說過：70年代（上世紀(jì)）重視微米的國家如今都成為發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)在重視納米技術(shù)的國家很可能成為21世紀(jì)的先進(jìn)國家[1]。納米技術(shù)是當(dāng)今世界研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，在我國尚處在起步階段，大部分成果還停留在實(shí)驗(yàn)室里，但納米超細(xì)碳酸鈣是可以進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的少數(shù)幾個(gè)品種之一。納米碳酸鈣因其具有材料來源易得、價(jià)格較低、毒性低、污染小、白度較高、填充量大及混煉加工性能好等特點(diǎn)，是橡膠、塑料、造紙中用量最大的淺色填料之一。
納米碳酸鈣具有粒度小表面能高、極易團(tuán)聚、表面親水疏油和強(qiáng)極性的特點(diǎn)，在有機(jī)介質(zhì)中分散不均勻。納米碳酸鈣直接用于有機(jī)介質(zhì)中存在兩個(gè)缺點(diǎn)：一是分子間力、靜電作用、氫鍵等引起碳酸鈣粉體的團(tuán)聚。納米碳酸鈣的比表面積大，易吸附氣體、介質(zhì)或與其作用，從而失去原來的表面性質(zhì)，導(dǎo)致粘連與團(tuán)聚，或因其表面能極高和接觸界面較大，使晶粒生長的速度加快；另外因納米碳酸鈣的量子隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合，使其發(fā)生相互作用和因固相反應(yīng)而團(tuán)聚。二是納米碳酸鈣為親水性無機(jī)化合物，其表面有親水性較強(qiáng)的羥基，呈強(qiáng)堿性，使其與有機(jī)高聚物的親和性變差，易形成聚集體，造成在高聚物中分散不均勻，導(dǎo)致兩材料間界面缺陷，直接應(yīng)用效果不好。隨著納米碳酸鈣用量的增大，這些缺點(diǎn)更加明顯，過量填充甚至?xí)怪破窡o法使用[2～4]。因此，需要對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性，使其表面能減小，分散性提高，表面呈親油性，從而增大納米碳酸鈣與高聚物的親和性。本文對(duì)納米碳酸鈣表面改性方法，以及納米碳酸鈣在造紙工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)研究提供參考。
1納米碳酸鈣的表面改性
納米碳酸鈣的表面改性是通過物理或化學(xué)方法將表面處理劑吸附（或反應(yīng)）在納米碳酸鈣的表面，形成包膜，使其表面活化，從而改善納米碳酸鈣的表面性能。通過對(duì)納米碳酸鈣的表面進(jìn)行改性，可以達(dá)到以下幾個(gè)方面的目的[5～8]：(1)降低顆粒間的內(nèi)聚力，改善和提高納米碳酸鈣的分散性；(2)提高納米碳酸鈣的表面活性；(3)改善納米碳酸鈣與其他物質(zhì)的相容性；(4)提高納米碳酸鈣的耐酸性；(5)制備特定晶形的納米碳酸鈣，用于不同的行業(yè)。目前表面處理劑根據(jù)其結(jié)構(gòu)與特性可以分為表面活性劑、偶聯(lián)劑、聚合物和無機(jī)物。
1.1表面活性劑
王昌建等[9]研究了各類表面活性劑對(duì)納米碳酸鈣的防團(tuán)聚作用，結(jié)果表明表面活性劑對(duì)分散性的改善效果優(yōu)劣順序?yàn)殛庪x子、非離子、陽離子、高分子，表面活性劑復(fù)配物的改善效果優(yōu)于單一類型表面活性劑。目前應(yīng)用較多的表面活性劑有脂肪酸(鹽)、高分子化合物及磷酸酯(鹽)。
1.1.1脂肪酸(鹽)
用于納米碳酸鈣表面處理的脂肪酸主要是含有羥基、氨基的脂肪酸、或芳烷基的脂肪酸鹽[10]。關(guān)于脂肪酸(鹽)對(duì)納米碳酸鈣的作用機(jī)理，Vold提出的模型認(rèn)為，脂肪酸(鹽)在粒子外圍形成一層殼，增大了兩粒子之間最接近的距離，減小了范德華引力的相互作用，使分散體系得以穩(wěn)定[11]。目前使用最多、效果最好的脂肪酸(鹽)是硬脂酸(鹽)。杜振霞等[12]對(duì)用硬脂酸改性的納米碳酸鈣進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)改性劑吸附在納米碳酸鈣表面，并以離子鍵方式結(jié)合。透射電子顯微鏡分析表明，改性納米碳酸鈣在環(huán)己烷中的分散性明顯改善，顆粒呈單分散狀態(tài)，其親油性增強(qiáng)，在非極性介質(zhì)中的分散性提高。韓躍新等[13]利用硬脂酸對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性的研究，通過IR分析表明硬脂酸與碳酸鈣之間形成了牢固的化學(xué)鍵。朱步瑤和顧惕人[14]的二階段模型對(duì)改性碳酸鈣活性含量與改性劑用量S型曲線的解釋較為成功。第一階段是個(gè)別的改性劑分子或離子通過范德華引力與固體表面直接相互作用而被吸附。第二階段中，改性劑分子或離子通過碳?xì)滏滈g的疏水相互作用形成表面膠團(tuán)使吸附急劇上升，這時(shí)第一階段的吸附單體形成了表面膠團(tuán)的中心。根據(jù)該模型理論，表面活性劑的基本物理化學(xué)特征之一是在一定濃度以上的水溶液中生成膠團(tuán)。吸附在碳酸鈣表面的改性劑分子并未改變其兩親性，碳?xì)滏溔匀伙@示疏水效應(yīng)。在一定濃度以上，這些吸附在碳酸鈣表面的兩親性分子參與疏水締合物形成，并使更多的改性劑固定在其界面上，導(dǎo)致吸附量上升[11]。章正熙等[15]人的試驗(yàn)所得的吸附等溫線存在快速上升的階段，進(jìn)一步驗(yàn)證了二階段模型。
1.1.2高分子化合物
一般來說，可用的高分子化合物多含有磺酸基團(tuán)或羧酸基團(tuán)等，基本上都是一些可電離的基團(tuán)。這些基團(tuán)與納米微粒中的某一種元素形成強(qiáng)烈的離子鍵，因而對(duì)微粒的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。另外，大多數(shù)極性分子也可以起到相似的保護(hù)作用[16]。劉引烽等[17～19]采用帶有羥基、胺基、羰基及羧基等極性較強(qiáng)基團(tuán)的高分子化合物作為分散劑同樣獲得了較好的效果。與帶可電離基團(tuán)的高分子化合物相比，極性高分子化合物還具有一些獨(dú)特的優(yōu)越性。陳慧娟等[20]的研究表明，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量為3000～4000時(shí)，聚丙烯酸鈉對(duì)納米碳酸鈣的分散穩(wěn)定作用效果較好。張娜等[21]和任俊等[22]分別自行設(shè)計(jì)和合成的高分子分散劑ND和ND426具有無色、無味的特點(diǎn)，對(duì)超細(xì)碳酸鈣懸浮液的分散性和流變性較好，且對(duì)白色粉體的白度沒有影響，有利于超細(xì)碳酸鈣質(zhì)量的提高。此外，采用高分子化合物作為分散劑不僅在于它的保護(hù)作用，更希望利用高分子化合物本身良好的光學(xué)特性及優(yōu)異的物理性能，使納米材料與高分子化合物復(fù)合后，可以具有新的光電特性及優(yōu)異的加工成型特性。
1.1.3磷酸酯(鹽)
用磷酸酯對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性主要是磷酸酯與納米碳酸鈣表面的鈣離子反應(yīng)生成磷酸鹽沉積或包覆于納米碳酸鈣粒子的表面，從而使納米碳酸鈣的表面呈疏水性[23]。以磷酸酯作為納米碳酸鈣表面改性劑，不僅可以使復(fù)合材料的加工性能和物理性能顯著提高，而且對(duì)耐酸性和阻燃性的改善效果也較明顯。陳小萍等[24]研究了系列磷酸酯表面活性劑對(duì)納米碳酸鈣的改性效果，結(jié)果表明，改性納米碳酸鈣表面均由親水性變?yōu)橛H油性，從而顯著降低了納米碳酸鈣與鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)糊的粘度，減小了納米碳酸鈣的吸油值；單酯的改性效果優(yōu)于雙酯。嚴(yán)海彪等[25]研究了PVC/新型磷酸酯改性納米碳酸鈣復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和物理性能，發(fā)現(xiàn)改性納米碳酸鈣對(duì)PVC復(fù)合材料具有明顯的增韌作用，可提高物理性能。張華等[26]研究指出，在選取改性劑時(shí)，應(yīng)根據(jù)所要填充高聚物體系分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇與之相似的改性劑。
1.2偶聯(lián)劑
偶聯(lián)劑分子中的一部分基團(tuán)可與礦物表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵；另一部分基團(tuán)可與有機(jī)高分子材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞，從而將礦物與有機(jī)體兩種差異很大的材料牢固地結(jié)合起來，即借助偶聯(lián)劑在納米碳酸鈣表面形成分子橋，從而使納米碳酸鈣與有機(jī)高分子材料的相容性得到提高[3]。錢知勉等[27]認(rèn)為，偶聯(lián)劑在無機(jī)物的表面發(fā)生吸附，或者在某些功能鍵的作用下發(fā)生作用，使得偶聯(lián)劑能夠在無機(jī)填料表面形成包覆層。鄭水林[28]認(rèn)為改性劑主要是和無機(jī)填料表面Ca2+、羥基等活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)吸附或物理吸附，包覆于填料表面的。偶聯(lián)劑還可增大填料的用量，改善體系的流變性能。湯志松等[29]通過考察改性過程中的具體路線，提出了活化-取向-平衡吸附假設(shè)，即偶聯(lián)劑在分散到納米碳酸鈣懸濁液中后，與游離的OH-發(fā)生吸附，并按特定的方向吸附在納米碳酸鈣表面，最終使兩個(gè)吸附過程達(dá)到平衡。由于在納米碳酸鈣表面的吸附形成膠團(tuán)，吸附阻力較大，因此在納米碳酸鈣表面的吸附占有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。目前用于納米碳酸鈣的偶聯(lián)劑主要有鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑及復(fù)合偶聯(lián)劑。
1.2.1鈦酸酯偶聯(lián)劑
1974年美國Kenrich公司首先發(fā)明的鈦酸酯偶聯(lián)劑是碳酸鈣等無機(jī)填料廣泛應(yīng)用的表面改性劑，對(duì)橡膠和熱塑性塑料等的改性效果較好。1977年MonteSJ等[31～33]提出了鈦酸酯偶聯(lián)劑能在填料表面形成單分子層排列。HanCD等[33，34]提出鈦酸酯偶聯(lián)劑在填充體系中具有增塑作用和界面黏合作用，經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑改性后，納米碳酸鈣表面覆蓋一層單分子膜，從而使納米碳酸鈣的表面性質(zhì)發(fā)生根本的改變[35]。根據(jù)分子及偶聯(lián)劑的作用機(jī)理，至今實(shí)際應(yīng)用的鈦酸酯偶聯(lián)劑主要有單烷氧基型、單烷氧基焦磷酸酯型、鰲合型和配位體型。鈦酸酯偶聯(lián)劑改性效果較好，已得到了廣泛應(yīng)用，但其對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響已越來越引起發(fā)達(dá)國家的重視，美國已對(duì)鈦酸酯偶聯(lián)劑在橡膠奶嘴和玩具等制品中的含量做出了嚴(yán)格規(guī)定。國內(nèi)也對(duì)鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行了大量的研究，翟雄偉等[36]采用鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ2101，NDZ2201和NDZ2311改性納米碳酸鈣填充硬質(zhì)PVC，當(dāng)納米碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3時(shí)，復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度比未加偶聯(lián)劑的試樣分別提高56%，36%和46%。羅士平等[37]采用鈦酸酯偶聯(lián)劑TSC改性輕質(zhì)碳酸鈣填充NR，當(dāng)輕質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，膠料的拉伸強(qiáng)度由未改性時(shí)的17.4MPa提高到19.4MPa，與白炭黑填充膠(19.9MPa)接近。王訓(xùn)遒等[38]人作的復(fù)合偶聯(lián)劑，采用鈦酸酯和硬脂酸進(jìn)行復(fù)合改性，改性后碳酸鈣在二甲苯中能夠穩(wěn)定分散，為其在涂料中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，從而可以大大拓寬納米CaCO3的應(yīng)用領(lǐng)域。
1.2.2鋁酸酯偶聯(lián)劑
1986年章文貢等[39]發(fā)明了鋁酸酯偶聯(lián)劑。鋁酸酯分子中易水解的烷氧基與納米碳酸鈣表面的自由質(zhì)子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分子的另一端基團(tuán)與高聚物分子鏈發(fā)生纏繞或交聯(lián)。國內(nèi)生產(chǎn)的鋁酸酯偶聯(lián)劑主要有DL2411和DL2451系列。任重遠(yuǎn)等[40]采用鋁酸酯偶聯(lián)劑DL24112A改性納米碳酸鈣填充PVC發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的拉斷伸長率和抗沖擊強(qiáng)度均較未改性納米碳酸鈣有明顯提高。林美娟等[41]采用鋁酸酯偶聯(lián)劑DL24112D改性納米碳酸鈣，其吸油值和吸水率減小，在有機(jī)介質(zhì)中的分散性較好。此外，徐偉平等[42]研究大分子偶聯(lián)劑對(duì)納米碳酸鈣的表面改性，結(jié)果表明大分子偶聯(lián)劑可以明顯改善填充體系的加工性能。
1.3聚合物
聚合物可定向地吸附在碳酸鈣的表面，使碳酸鈣具有電荷特性，并在其表面形成物理和化學(xué)吸附層，阻止碳酸鈣粒子團(tuán)聚結(jié)塊，改善分散性。一般認(rèn)為，聚合物包膜碳酸鈣可分為兩類:一類是先把聚合單體吸附在碳酸鈣表面，然后引發(fā)其聚合，從而在其表面形成極薄的聚合物膜層；另一類是將聚合物溶解在適當(dāng)溶劑中再加入碳酸鈣，當(dāng)聚合物逐漸吸附在碳酸鈣表面時(shí)排除溶劑形成包膜�，F(xiàn)在利用聚合物的這種分散作用已經(jīng)合成了一些大小均勻、分散性好的納米微粒[43]。聚合物PMMA包裹處理納米碳酸鈣后可達(dá)到納米分散級(jí)，對(duì)PP起到增韌、增強(qiáng)作用[44]。何濤波等[45]人用聚甲基丙烯酸甲酯包覆納米碳酸鈣，經(jīng)過測(cè)試表明，PMMA是通過與CaCO3表面的C原子發(fā)生作用后接枝上的。此外，用烷氧基苯乙烯-苯乙烯磺酸共聚物對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面處理，也能提高納米碳酸鈣的分散性。聚烯烴低聚物對(duì)納米碳酸鈣等無機(jī)填料有較好的浸潤、黏合作用。馬來酸酐接枝改性的聚丙烯、聚丙烯酸(鹽)、烷氧基苯乙烯、聚乙二醇及反應(yīng)性纖維素等均能較好地改善納米碳酸鈣的潤濕特性。這類極性低聚物可以定向地吸附在納米碳酸鈣的表面，使其具有電荷特性并形成吸附層，阻止團(tuán)聚現(xiàn)象，從而提高其分散性。
1.4無機(jī)物
無機(jī)電解質(zhì)分散劑在納米碳酸鈣表面吸附，一方面可以顯著提高納米碳酸鈣表面電位的絕對(duì)值，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的雙電層靜電排斥作用；另一方面，吸附層可誘發(fā)很強(qiáng)的空間排斥效應(yīng)。同時(shí)無機(jī)電解質(zhì)也可增強(qiáng)納米碳酸鈣表面對(duì)水的潤濕程度，從而有效地防止納米碳酸鈣在水中的團(tuán)聚這類無機(jī)物有縮合磷酸、鋁酸鈉、硅酸鈉、明礬等[3]。由于納米碳酸鈣存在耐酸性差、表面pH值大等缺點(diǎn)，限制了其使用范圍的擴(kuò)大。采用縮合磷酸對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面處理，在其表面形成縮合磷酸的包裹層，從而提高其耐酸性[46]。李凱奇等[47]研究了一種新型分散劑A型沸石，它在與三磷酸鈉配合使用時(shí)對(duì)納米碳酸鈣有較好的分散效果。該分散劑不溶于水，在干燥時(shí)沒有黏合性，對(duì)解決納米碳酸鈣的干燥問題有很好的幫助。
2納米碳酸鈣在造紙中應(yīng)用
2.1碳酸鈣作為造紙?zhí)盍?/span>
隨著造紙工藝過程由酸性施膠向中堿性施膠轉(zhuǎn)變，為納米碳酸鈣的應(yīng)用提供了一個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)。使用納米碳酸鈣加填具有很多優(yōu)點(diǎn)[50]：①具有高的蔽光性、高亮度，能提高紙制品的白度和蔽光性。②能使造紙廠使用較多的填料而少用紙漿，能大幅度地降低生產(chǎn)成本。③納米碳酸鈣粒度細(xì)且均勻，對(duì)紙機(jī)的磨損小，并且能使生產(chǎn)的紙制品更加均勻、平整。④納米碳酸鈣的吸油值高，能提高彩色紙的顏料牢固性。⑤采用納米碳酸鈣填充中性紙或紙板時(shí)，能夠提高紙或紙板的緊密度。因此，用納米碳酸鈣作填料的紙張具有較高的松密度，良好的可塑性和柔軟性，紙張的表面細(xì)膩，可大大改善紙張性能。可以達(dá)到至填充率系數(shù)更高的水平。用量可高達(dá)近30%。主要用于生產(chǎn)更高品級(jí)的不透光紙以降低生產(chǎn)成本，使造紙企業(yè)獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
2.2碳酸鈣在表面施膠中的應(yīng)用
納米碳酸鈣具有白度高、比表面積大、表面活性高、強(qiáng)度和硬度高等優(yōu)良特性。在表面施膠劑中加入納米碳酸鈣，可以得到高光澤度和高油墨吸收性的紙張，并改善紙張的平滑度[52]。納米碳酸鈣作為紙張表面施膠顏料的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)重要的物化指標(biāo)：（1）提高了IGT拉毛強(qiáng)度；（2）改善紙張白度；（3）提高K&N油墨吸收性；（4）改善紙張的平滑度。趙傳山等[53]人利用超細(xì)碳酸鈣進(jìn)行顏料化表面施膠，改進(jìn)了紙張質(zhì)量。張恒、陳克復(fù)等[54，55]研究納米級(jí)CaCO3對(duì)涂料以及涂布紙性能影響，適當(dāng)?shù)募{米CaCO3用量能夠提高涂布紙性能的表面強(qiáng)度和油墨吸收性，但用量過大，若分散不佳，粒子的團(tuán)聚將導(dǎo)致涂布紙性能下降。肖仙英等[56]通過將納米碳酸鈣用于造紙涂布實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，在同樣的膠黏劑、分散劑用量的情況下，向普通的涂料配方中摻入少量的納米碳酸鈣，可以提高涂層的強(qiáng)度、平滑度，同時(shí)對(duì)油墨的吸收性能也有一定的改善。
3結(jié)束語
納米碳酸鈣是目前最大宗的納米材料之一，而我國的納米碳酸鈣產(chǎn)品比較單一，產(chǎn)品質(zhì)量也比較低。因此，加強(qiáng)研制開發(fā)高檔碳酸鈣，加大發(fā)展超細(xì)、超純納米級(jí)碳酸鈣具有重要的意義，利用我國資源豐富這一有利條件，對(duì)原有生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣的廠家進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)和工藝改造，進(jìn)一步提高碳酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量�？梢灶A(yù)見，超重力技術(shù)使納米碳酸鈣的產(chǎn)品質(zhì)量提高，而生產(chǎn)成本大大降低，納米碳酸鈣的開發(fā)與改性研究的進(jìn)一步深入，納米碳酸鈣的更多優(yōu)異性能會(huì)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，從而使納米碳酸鈣具有更為廣闊的市場(chǎng)前景。聲明：
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目前圓網(wǎng)紙機(jī)利用廢紙為原料生產(chǎn)衛(wèi)生紙和紙板的工廠，全化纖針刺毛毯的單耗很高，毛毯不是因磨損，而是因污染物沉積在毛毯上，致使脫水不良，造成壓潰及壓花等紙病，使毛毯無法繼續(xù)使用而早下機(jī)。一項(xiàng)良好的洗毯措施，可以做到最大限度地減少上述間題的發(fā)生。
解決堵毯的間題單依靠機(jī)械法是不夠的，必須是機(jī)械處理和化學(xué)處理并用。
在紙和紙板的抄造過程中，廢紙中的膠粘物是毛毯沾污的主要原因，因此所用的化學(xué)藥品必須具有極強(qiáng)的脫膠能力，才能削弱膠粘劑與毛纖維、毛孔堵塞物的粘聯(lián)力，進(jìn)而乳化溶解膠粘物，為沖洗毛孔中的堵塞物創(chuàng)造條件。
堿能與油脂、油墨、松香膠和多種助劑起皂化反應(yīng)，脫除能力很強(qiáng)，在初期使用時(shí)效果很好。但有許多不溶性的粘接劑仍殘留在毛毯內(nèi)，隨著逐步積累，毛毯受壓板結(jié)，毛孔堵塞，單使用堿是不夠的，必須加入具有滲透、潤濕、增溶、乳化和分散作用比較強(qiáng)的表面活性劑.如何衡量表面活性劑的優(yōu)劣，除在實(shí)際應(yīng)用中作比較，也可以從表面活性劑的性能特征方面作判斷:①表面張力:較低的表面張力具有較好的濕潤性能，使溶液迅速滲透到膠粘劑內(nèi)部.②增溶作用:表面活性劑必須具有對(duì)膠粘物有潤濕、滲透、乳化、分散等作用，其僧水性微粒被表面活性劑的膠束所增溶，形成透明穩(wěn)定的溶液.③電荷相斥:在水溶液中纖維帶負(fù)電，膠粘物大多帶負(fù)電，使用陰離子表面活性劑使負(fù)電荷密度增加，毛纖維與膠粘劑之間的斥力增大，從而加速了從毛毯中洗出，故采用陰離子表面活性劑.陰離子表面活性劑碳?xì)滏湹拈L短對(duì)去污能力有影響，鏈長的去污能力強(qiáng)，但相對(duì)來說鏈長者潤濕、滲透能力差，這是陰離子表面活性劑不足之處。非離子表面活性劑能兩者兼顧，性能比陰離子表面活性劑優(yōu)越.以下配方供參考:非離子型活性劑，如聚氧乙烯磺化醚，或TX-10(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚一10)0.3500.氫氧化鈉500，水94.“%，配成水溶液，溫度不低于500C。因膠粘物在較高溫度下更易溶于水而且容易乳化，水的粘度也較低，在真空箱下更易脫水.在使用中特別強(qiáng)調(diào)要讓清洗液滲透到毛毯中去，一般是20分鐘后再?zèng)_洗。對(duì)嚴(yán)重臟污而下機(jī)的聲毯，使用清洗劑浸泡2小時(shí)可再次上機(jī)使用。
因原料及紙機(jī)千差萬別，在制訂清洗方案中，首先要查明堵塞毛毯孔眼的沉積物的類型。再通過最佳機(jī)械與化學(xué)處理的試驗(yàn)，確定最佳方案，以決定化學(xué)藥品的用量和時(shí)間。實(shí)踐表明，臟污的毛毯經(jīng)過清洗，紙機(jī)車速可提高5緯，汽耗費(fèi)用降低500，成品率正品上升，減少了停機(jī)時(shí)間，給紙廠帶來了利潤。聲明：
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摘要：對(duì)卡伯值為17.1的桉木速生材硫酸鹽漿進(jìn)行DQP和(DQ)P漂白。結(jié)果表明，在有效氯用量為4.0％、H2O2用量為2.5％時(shí)，DQP漂白漿白度達(dá)到85.4％，(DQ)P漂白漿白度達(dá)到85.3％；且(DQ)段的pH值在2～4之間變化對(duì)紙漿的白度影響不大。兩種漂白漿的強(qiáng)度都很好，在相同打漿度下DQP漂白漿有更高的裂斷長和耐破指數(shù)；而(DQ)P漂白漿則具有更高的撕裂指數(shù)，并且所需要的打漿能耗也較少。
關(guān)鍵詞：桉木硫酸鹽漿；DQP漂白；(DQ)P漂白
中圖分類號(hào)：TS74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0254-508X(2007)06-0065-02
多段漂白設(shè)備投資高，耗水和耗能較多，使紙漿的漂白成本居高不下。本實(shí)驗(yàn)對(duì)常規(guī)桉木硫酸鹽漿進(jìn)行了(DQ)P兩段漂白(即在D段漂中加入DTPA，將D、Q兩段合并)，探討了(DQ)段有效氯用量和終點(diǎn)pH值對(duì)漂白漿白度的影響；并研究了DQP3段漂中D段有效氯用量對(duì)漂終白度的影響。
1實(shí)驗(yàn)
1.1原料
桉木由廣東雷州林業(yè)局提供，由巨桉(EucalyptusGrandis)和赤桉(EucalyptusCamaldulensis)雜交而成，樹齡為6年。原料切成30mm×20mm×5mm的木片，篩選后風(fēng)干儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/span>
1.2蒸煮
采用改進(jìn)的美國M/K609-2-10型計(jì)算機(jī)控制蒸煮器。常規(guī)硫酸鹽法蒸煮條件為：裝鍋量1000g(絕干)，活性堿用量23％(以NaOH計(jì))，硫化度25％，液比1:4，最高溫度165℃，升溫時(shí)間125min，保溫時(shí)間120min。所得漿料的卡伯值17.1，白度33.1％，黏度909mL/g，細(xì)漿得率50.4％。
1.3漂白
在聚乙烯塑料袋中漂白，漿濃10%。漿料和藥品加入袋中揉搓均勻后密封，放入恒溫水浴中反應(yīng)，漂后漿料用去離子水洗凈。
D段：有效氯用量2.5％~4.0％，70℃，45min，終點(diǎn)pH值3.5~4.0。
Q段：有DTPA用量0.3％，70℃，30min，終點(diǎn)pH值4左右。
(DQ)段：有效氯用量2.5％~4.0％，DTPA用量0.3％，70℃，45min。
P段：H2O2用量2.5％，NaOH用量1.5％，MgSO4用量0.05％，90℃，240min
1.4磨漿、抄紙和檢測(cè)
用PFI磨分別對(duì)兩種漂白漿進(jìn)行磨漿，磨漿濃度為10％。磨漿后在標(biāo)準(zhǔn)紙張成形器上抄紙，按國家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定紙張性能。
2結(jié)果與討論
2.1DQP和(DQ)P漂白有效氯用量的優(yōu)化
前期研究表明[1]，非木漿采用DQP漂序，在較低的有效氯和H2O2用量下，可將麥草漿、葦漿、蔗渣漿和竹漿漂至80％以上的白度。表1為相同的Q、P條件下，有效氯用量對(duì)桉木硫酸鹽漿性能的影響。
由表1可知，在相同的有效氯用量下，(DQ)P漂白漿的白度均可達(dá)到或略高于DQP漂白漿的白度。兩種漂白漿的白度穩(wěn)定性都較好，有效氯用量的增加能提高漂白漿的白度穩(wěn)定性。(DQ)P完全可以達(dá)到與DQP相同的漂白效果。兩段漂的設(shè)備投資、動(dòng)力消耗和運(yùn)行成本比3段漂少，因此，具有明顯的優(yōu)勢(shì)和潛在的應(yīng)用前景。
2.2(DQ)段終點(diǎn)pH值的優(yōu)化
pH值對(duì)DTPA螯合處理和ClO2作用效果有顯著的影響。有效氯用量為4.0％時(shí)，(DQ)段終點(diǎn)pH值對(duì)紙漿性能的影響見表2。
由表2可知，在有效氯用量為4.0％時(shí)，將(DQ)段的終點(diǎn)pH值從2.02提高到3.97，漂白漿的白度幾乎不變，只是返黃值略有增大。較低的pH值會(huì)使DTPA對(duì)金屬離子的螯合能力減弱，但酸性條件下ClO2具有很強(qiáng)的氧化性，能夠氧化金屬離子，對(duì)后續(xù)的P段漂白有利。因此，(DQ)段漂終pH值在2~4時(shí)不會(huì)對(duì)漂白漿的白度有很大的影響；建議(DQ)段的終點(diǎn)pH值為4左右。
2.3DQP和(DQ)P漂白漿磨漿抄紙性能的比較
對(duì)有效氯用量為4.0％的DQP和(DQ)P漂白漿進(jìn)行磨漿，表3為不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)下的紙漿性能。
由表３看出，經(jīng)磨漿后兩種漂白漿的各項(xiàng)強(qiáng)度性能均有提高，其中裂斷長和耐破指數(shù)隨著打漿度的增大而升高，打漿度到達(dá)48oSR以后這種趨勢(shì)開始減弱；經(jīng)打漿后兩種漂白漿的撕裂指數(shù)也明顯增大，而后保持不變或略有降低。在相同的打漿度下，DQP漂白漿的裂斷長和耐破指數(shù)要高于(DQ)P漿；而當(dāng)打漿度大于30oSR時(shí)，(DQ)P漂白漿具有更高的撕裂指數(shù)�？偟膩碚f，經(jīng)打漿后兩種漂白漿的強(qiáng)度性能都很好。要達(dá)到相同的打漿度，(DQ)P漂白漿所需要的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)低于DQP漂白漿，即需要較低的磨漿能耗。
3結(jié)論
3.1卡伯值為17.1的未漂桉木硫酸鹽漿在有效氯用量為4.0％、H2O2用量為2.5％時(shí)，DQP和(DQ)P漂白漿均能達(dá)到85％以上的白度，且具有較好的白度穩(wěn)定性。(DQ)段的終點(diǎn)pH值為4左右較好。
3.2在相同打漿度下，DQP漂白漿的裂斷長和耐破指數(shù)要高于(DQ)P漂白漿；打漿度高于30oSR時(shí)，(DQ)P的撕裂指數(shù)則高于DQP；要達(dá)到相同的紙漿打漿度，(DQ)P漂白漿磨漿能耗較低。聲明：
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紙漿是以某些植物為原料加工而成的，它是造紙的基本原料。通常用以制漿原料的植物可分為4大類：莖干纖維類、韌皮纖維類、種毛纖維類和木材纖維類。其中尤以木材纖維類為最重要。目前我國木材資源遠(yuǎn)不能滿足日益發(fā)展的制漿造紙工業(yè)的需要。為了彌補(bǔ)原料的不足，每年要從國外進(jìn)口相當(dāng)數(shù)量的紙漿。
造紙制漿工藝流程
制漿是指利用化學(xué)方法、機(jī)械方法或兩者結(jié)合的方法，使植物纖維原料離解變成本色或漂白紙漿的生產(chǎn)過程。
紙漿種類及用途
1.機(jī)械木漿(MECHANICALWOOD-PULP)
機(jī)械木漿亦稱磨木漿，是利用機(jī)械方法磨解纖維原料制成的紙漿。它在造紙工業(yè)中占有重要的地位。它的生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，成紙的吸墨性強(qiáng)，不透明度高，紙張軟而平滑。適宜印刷上的要求。但由于纖維短，非纖維素組份含量高，所以成紙強(qiáng)度低。另外由于木材中的木素和其他非纖維素絕大部分未被除去，用其生產(chǎn)的紙張易變黃發(fā)脆，不能長期保存。
機(jī)械木漿通常指白色機(jī)械木漿和褐色機(jī)械木漿兩種。白色機(jī)械木漿主要用于生產(chǎn)新聞紙，也可配入其他紙漿中抄制書寫紙和印刷紙；褐色機(jī)械木漿多用于生產(chǎn)包裝紙和紙板，特別是工業(yè)用紙板。
2.硫酸鹽木漿(SULPHATEWOODPULP)
硫酸鹽木漿是采用氫氧化鈉和硫化鈉混合液為蒸煮劑。在蒸煮過程中，因?yàn)樗幰鹤饔帽容^和緩，纖維未受強(qiáng)烈侵蝕，故強(qiáng)韌有力，所制成的紙，其耐折、耐破和撕裂強(qiáng)度極好。它一般可分為漂白和未漂兩種。未漂硫酸鹽木漿可供制造牛皮紙、紙袋紙、牛皮箱板紙及一般的包裝紙和紙板等。漂白硫酸鹽木漿可供制造高級(jí)印刷紙、畫報(bào)紙、膠版紙和書寫紙等。
3.亞硫酸鹽木漿(SULPHITEWOODPULP)
亞硫酸鹽木漿是以亞硫酸和酸性亞硫酸鹽的混合液為蒸煮劑。該漿的纖維較長，性質(zhì)柔軟，韌性好，強(qiáng)度大，容易漂白，并有極好的交織能力。依其精制程度可分為未漂、半漂和漂白三種。
未漂漿因含少量木素和有色雜質(zhì)，所以呈黃色，纖維也較硬，多用于抄造中等印刷紙、薄包裝紙以及半透明紙和防油紙。
半漂漿中含有大量的多縮戊糖，因此抄造透明的描圖紙和仿羊皮紙等。
漂白漿的纖維潔白，質(zhì)地純潔而柔軟，但由于經(jīng)過漂白處理，纖維強(qiáng)度低于未漂漿。此種漿多用以抄造各種高級(jí)紙。
4.廢紙紙漿(WASTEPAPERPULP)
廢紙紙漿系利用使用過的廢紙或印刷廠裁切下的紙邊為原料，經(jīng)過機(jī)械力量攪拌并經(jīng)漂白或脫墨處理而制成的。
廢紙紙漿的纖維強(qiáng)度和性能，是廢紙所用的紙漿種類決定的。但是由于纖維再次遭受藥液侵蝕，或受機(jī)械力的損傷，所以較原來纖維性質(zhì)為差。根據(jù)廢紙紙漿原廢紙的質(zhì)量高低，分別用于抄造印刷紙、書寫紙、紙板及較低檔的紙張。
除上述介紹的幾種紙漿外，還有稻草漿、葦漿、蔗渣漿、竹漿、棉漿、麻漿及合成紙漿等。
紙漿成分
紙漿中構(gòu)成纖維的主要成分為纖維素，另外還有不同程度的半纖維素、木素、樹脂、色素、果膠和灰分等物質(zhì)。其中纖維素和半纖維素是紙漿需要的基本成分，而其它成分均屬除掉之列。
紙漿主要性能指標(biāo)
紙漿的性能指標(biāo)甚多，概括起來可分為物理和化學(xué)性能兩大類。而物理性能是判斷紙漿價(jià)值的重要指標(biāo)，其中抗張強(qiáng)度、耐破強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度是進(jìn)口紙漿的主要考核指標(biāo)。目前進(jìn)口量較大的是漂白硫酸鹽木漿、未漂硫酸鹽木漿、漂白亞硫酸鹽木漿和機(jī)械木漿。
檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
進(jìn)口紙漿檢驗(yàn)主要包括銷售重量檢驗(yàn)和物理性能檢驗(yàn)，所涉及的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有美國標(biāo)準(zhǔn)(TAPPI)、國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)、北歐標(biāo)準(zhǔn)(SCAN)、澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)(APPITA)、加拿大標(biāo)準(zhǔn)(CPPA)等。聲明：
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甘公安備: 62012102000025號(hào)