鎂鋁水滑石對(duì)紙張性能的影響

鎂鋁水滑石對(duì)紙張性能的影響

羥基滑動(dòng)物（ht）是一個(gè)具有層狀微孔結(jié)構(gòu)的雙羥基金屬配合物。分子的總公式為[p2-1-xmx3+（h）2]（an-1）x-ny2o。其中，m2和3m代表兩個(gè)或三個(gè)金屬離子的價(jià)格。a-1可以在co32、so42和no3之間交換離子，x在0.12和0.80之間，y在0.6之間。Mg與Al摩爾比為3~7均可制得鎂鋁水滑石,其結(jié)構(gòu)如夾心面包,兩邊由二價(jià)和三價(jià)的金屬離子正電荷片組成,中間是陰離子和水分子,其中OH–八面體圍繞著金屬離子,形成“公用橋”,因而鎂鋁水滑石表面呈強(qiáng)堿性,且比表面積大。HT的特殊結(jié)構(gòu)和性能使它具有多種用途:(1)用作塑料、橡膠、化纖等高分子材料的阻燃、穩(wěn)定、絕緣、著色、抗紫外線等多功能填充改進(jìn)劑;(2)用作染料、涂料、油漆、油墨、化妝品等日用化工原材料;(3)用作印染廢水處理劑、放射性廢水處理劑、污染凈化絮凝劑;(4)用作化工催化劑載體和芳構(gòu)化催化劑;(5)用作多種材料的改進(jìn)劑和中間體。HT在造紙工業(yè)中也具有潛在的應(yīng)用前景。HT膠體因鋁對(duì)鎂的同晶置換而帶有永久性正電荷,且具有納米尺度,因而可作為陽(yáng)離子微粒與陰離子聚丙烯酰胺組成陽(yáng)離子微粒助留體系。利用HT膠體作為乳化與穩(wěn)定劑可以制備松香乳液。利用纖維填充技術(shù),可以在纖維的細(xì)胞腔或細(xì)胞壁中原位生成HT來(lái)制備阻燃紙?；趯?duì)HT結(jié)構(gòu)與性能的分析,認(rèn)為HT具有直接作為造紙功能填料使用的可能性,預(yù)期可賦予紙阻燃、保溫、耐光老化、抗靜電等性能,并可望實(shí)現(xiàn)自留著和陰離子垃圾的捕集,從而提高系統(tǒng)封閉程度。本研究著重考察了HT作為造紙阻燃填料使用的可能性以及對(duì)紙及紙板相關(guān)性能的影響。1實(shí)驗(yàn)1.1試劑:陽(yáng)離子聚丙烯酰胺pam漿料:加拿大進(jìn)口漂白針葉木硫酸鹽漿,漿板白度87%,采用ZQS2-23打漿機(jī)打漿至35oSR。試劑:氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、高嶺土均為分析純;滑石粉為化學(xué)純;陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)由Ciba精化(中國(guó))有限公司提供,相對(duì)分子質(zhì)量在800萬(wàn)左右;HT由大連富美達(dá)新材料科技有限公司提供;沉淀碳酸鈣(PCC)由桂林五環(huán)實(shí)業(yè)開發(fā)有限公司提供。1.2配制0.5%濃度的水劑稱取一定量的漿料(以絕干漿計(jì)),放入燒杯中,配成漿濃2%的懸浮液,用電子恒速攪拌機(jī)攪拌3min使?jié){分散均勻,轉(zhuǎn)速為400r/min。將填料分散于水中,配成1%濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),攪拌均勻。提前14h將CPAM配成0.1g/L的溶液。將填料懸浮液搖勻后立即取所需體積,加入紙漿中(根據(jù)需要決定是否添加0.025%的CPAM)攪拌3min,使其混合均勻。在紙樣抄取器ZQJ1-B-Ⅱ上按標(biāo)準(zhǔn)方法抄取紙張。將成形的紙張置于ZQYCⅡ油壓機(jī)上壓榨,一次壓榨3min,二次壓榨2min,壓力控制在0.5MPa左右。將壓榨后的紙張放在照片上光機(jī)上烘干,備用。按GB/T10739—2002標(biāo)準(zhǔn)方法處理紙張。1.3分析與檢測(cè)1.3.1物理分辨率檢測(cè)紙及紙板的定量、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)、灰分等均按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行檢測(cè)。HT的留著率參照文獻(xiàn)的方法計(jì)算。1.3.2氧指數(shù)法測(cè)定氧指數(shù)紙或紙板恒濕24h后,切成120mm×15mm大小,再恒濕24h,采用JF-3氧指數(shù)儀測(cè)定氧指數(shù)。對(duì)紙及紙板來(lái)說(shuō),通常認(rèn)為氧指數(shù)在25%以上即達(dá)到難燃級(jí)。2結(jié)果與討論2.1ht對(duì)紙張性能的影響2.1.1ht添加量不透明的測(cè)試由圖1可以看出,隨著HT添加量的增加,紙的不透明度有所提高,提高了2~5個(gè)百分點(diǎn),不透明度在HT添加量為15%時(shí)達(dá)到峰值,隨后趨于平穩(wěn),當(dāng)鎂鋁水滑石的添加量為45%時(shí),不透明度降低。紙的白度在HT添加量為5%時(shí)最低,隨著HT添加量的增加,白度略有波動(dòng),在HT添加量為25%時(shí)白度達(dá)到峰值,比空白樣的白度提高2個(gè)百分點(diǎn)。2.1.2紙張的抗張和耐破指數(shù)由圖2可以看出,隨著HT添加量的增加,紙張的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)均在不斷降低。HT的加入使纖維-纖維的結(jié)合變成纖維-HT-纖維的結(jié)合,導(dǎo)致強(qiáng)度降低。2.2結(jié)合收率的比較2.2.1風(fēng)-施用法提取ht在合成HT中,Mg與Al的摩爾比可在較大的范圍內(nèi)變化,但因共享邊的Mg(OH)6八面體是不顯電性的,而Al(OH)6八面體帶有正電,HT膠體和纖維、細(xì)小纖維之間具有很強(qiáng)的吸附作用。由圖3可以看出,未加CPAM的情況下,當(dāng)HT的添加量小于15%時(shí),HT的留著率都在82%以上,之后,隨著HT添加量的增加,留著率有所下降。添加CPAM時(shí),HT留著率均在80%以上,當(dāng)HT添加量為5%時(shí),HT幾乎不流失,留著率接近100%。添加量在30%以內(nèi)時(shí),HT的留著率均在90%以上。2.3不同填充材料的使用性2.3.1不同配比對(duì)ht留著率的影響由表1可以看出,當(dāng)填料添加量為15%時(shí),不添加CPAM助留劑,高嶺土和碳酸鈣的留著率很低,只有30%左右。添加CPAM時(shí),留著率能得到提高,高嶺土的達(dá)到80%,碳酸鈣的留著率達(dá)到66%,而滑石粉的自留著性能相對(duì)較好,能達(dá)到67%,添加CPAM能使其留著率提高到80%。相比而言,不添加CPAM助留劑時(shí),HT的留著率達(dá)82%,添加CPAM,HT留著率提高了7個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)填料添加量為45%時(shí),均添加了CPAM,其中滑石粉和碳酸鈣的留著率稍高些,在85%左右,HT比它們約低5個(gè)百分點(diǎn),高嶺土的留著率最低,只有73%。2.3.2鈣、ht用量對(duì)紙質(zhì)的影響從表1可以看出,高嶺土、滑石粉、碳酸鈣、HT的添加都能使紙的不透明度提高,在白度方面,HT的效果不及高嶺土和碳酸鈣,但是也能保持紙張的白度不降低。2.3.3填料的加入量由表1可以看出,滑石粉添加量為15%且添加CPAM時(shí),紙的緊度基本保持不變,其他情況下填料的加入均導(dǎo)致紙的緊度、抗張指數(shù)和耐破指數(shù)降低。綜上所述,HT具有傳統(tǒng)填料的一般性能,對(duì)紙張性能的影響基本與傳統(tǒng)填料相似。2.4添加填充材料或紙的氧指數(shù)的影響2.4.1不同用量中紙氧指數(shù)的變化從圖4可以看出,不添加CPAM時(shí),隨著HT添加量的增大,氧指數(shù)隨之增大,HT添加量為40%時(shí),紙氧指數(shù)達(dá)到25.1%,達(dá)到難燃級(jí)。添加CPAM助留劑時(shí),紙氧指數(shù)隨著HT添加量的增大先是呈增大趨勢(shì),最后略有降低,HT添加量為30%時(shí),氧指數(shù)達(dá)到26.2%,達(dá)到難燃級(jí)。從圖5可以看出,是否添加CPAM基本不影響HT的含量與紙氧指數(shù)的線性關(guān)系。紙氧指數(shù)隨著HT含量的增加而增大。從表2可以看出,不添加CPAM時(shí),HT留著率隨著紙張定量的增大而增大,定量為240g/m2時(shí),達(dá)到紙板級(jí),HT幾乎不流失,留著率達(dá)到100%。不添加HT時(shí),定量對(duì)紙氧指數(shù)影響不大,氧指數(shù)均小于20%,屬于易燃級(jí)。HT添加量為30%時(shí),隨著定量的增大,紙氧指數(shù)先增大,然后趨于平緩,定量為60g/m2時(shí),紙?zhí)幱谝兹技?jí),而當(dāng)定量大于120g/m2時(shí),紙氧指數(shù)均大于25%,達(dá)到難燃級(jí)。定量為240g/m2,HT添加量為20%時(shí),氧指數(shù)接近25%,HT添加量大于20%時(shí),氧指數(shù)將超過(guò)25%,達(dá)到難燃級(jí)。2.4.2不同填充材料對(duì)紙氧指數(shù)的影響從表3可以看出,高嶺土、滑石粉和碳酸鈣均不具有阻燃性能。3風(fēng)-液料-ht添加量的影響3.1添加HT可提高紙張的不透明度,但使紙張的強(qiáng)度降低,這些作用與傳統(tǒng)填料相似。3.2HT具有一定的自留著性能,當(dāng)添加量小于15%時(shí),HT的留著率保持在80%以上,添加0.025%的CPAM可進(jìn)一步提高HT的留著率