淺析硫酸鈣晶須加填對薄頁紙性能的影響

馬千嶺 牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司 黑龍江 牡丹江（157013）

硫酸鈣晶須是硫酸鈣的纖維狀單晶體(又稱石膏晶須，CalciumSulfateWhisker，國際商品名稱為ONODA－GPF)，是一種性能優(yōu)良且價(jià)格低廉的優(yōu)質(zhì)礦物材料［1］。具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫性能優(yōu)異、白度高、親和性好等優(yōu)點(diǎn)。在膠體助劑存在的條件下，有很強(qiáng)的吸附性，能和植物纖維（木漿、草漿）很好地結(jié)合在一起，可抄造出性能優(yōu)良的紙張［2-3］。使用硫酸鈣晶須，可減少天然植物纖維的消耗，并可改善紙張的白度、強(qiáng)度、透氣性、韌性、印刷適性、掉毛掉粉現(xiàn)象等［4-5］。硫酸鈣晶須集超細(xì)無機(jī)材料和增強(qiáng)纖維的優(yōu)勢于一身，作為紙張的增強(qiáng)材料加填，具有很好的發(fā)展前景，且硫酸鈣晶須價(jià)格在各類晶須中最低，有其他晶須無可比擬的性價(jià)比，其在造紙工業(yè)中的推廣使用必將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益［6］。

本實(shí)驗(yàn)通過對相同配比與叩解度的漿料進(jìn)行硫酸鈣晶須不同加填量的對比，重點(diǎn)分析硫酸鈣晶須加填對薄頁紙緊度、透氣度、抗張強(qiáng)度和不透明度的影響，討論硫酸鈣晶須在抄造薄頁紙時(shí)的最佳用量。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料及填料

原料:(1)漂白針葉木槳:烏針漿

(2)漂白闊葉木漿:金魚漿

填料:硫酸鈣晶須

1.2 儀器與設(shè)備

奧地利PTI公司RK2-KWT抄片器；梅特勒-托利多儀器公司MS303S/01電子天平；博瓦特-凱希（中國）有限公司A20透氣度測試儀；瑞典Lffamp;W公司051厚度測試儀；瑞典Lffamp;W公司062抗張強(qiáng)度測試儀；杭州輕通儀器開發(fā)公司YQ-Z-48A白度顏色測定儀；瑞典Lffamp;W公司160彎曲挺度測試儀；日本奧林巴斯公司BX51TF系統(tǒng)顯微鏡。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 漿料準(zhǔn)備

(1)打漿:用槽式打漿機(jī)分別對針葉木漿板和闊葉木漿板進(jìn)行打漿處理，打漿濃度為1.5%，打漿壓力為10kg，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)打漿，制得打漿度為71oSR的針葉木漿和闊葉木漿各2kg備用。

(2)打漿度測定方法:按照國家GB/T3332—1982標(biāo)準(zhǔn)采用ZDJ100型紙漿打漿度測定儀測定打漿度。

(3)漿料水分測定:漿料的水分含量決定了在抄紙的同時(shí)所需漿料的質(zhì)量的變化。精確稱取1～2g試樣(精確至0.0001g)，于一潔凈的已烘干至質(zhì)量恒定的扁形稱量瓶中，置于105℃烘箱中烘4h，將稱量瓶移入干燥器中，冷卻0.5h時(shí)稱重而后將稱量瓶再移入烘箱，繼續(xù)烘1h，冷卻稱重如此重復(fù)，直至質(zhì)量恒定為止。

1.3.2 紙張抄片制備

(1)紙張抄片方法:采用國家標(biāo)準(zhǔn)QB/T3703－1999，定量34.5g/m2

(2)填料加填量:0%、5%；10%；15%

(3)配漿比例：40%針葉木漿，60%闊葉木漿

2 硫酸鈣晶須的特性與形貌

硫酸鈣晶須：CaSO4含量≥98%，水溶性(20℃)小于1.2g·L-1，抗張強(qiáng)度20.5GPa，抗張模量178GPa，白度≥80%，莫氏硬度3.5，平均直徑1μm~4μm，平均長度5μm~200μm，耐熱性1000℃，四川某公司提供。

3 結(jié)果與討論

3.1 硫酸鈣晶須對緊度的影響

由圖1可知，添加硫酸鈣晶須以后，手抄頁片的緊度變化不大，尤其是加填量在10%和15%時(shí)，手抄頁片的緊度與不加填時(shí)的空白樣相同，說明硫酸鈣晶須對薄頁紙的緊度基本無影響。

硫酸鈣晶須100倍圖

硫酸鈣晶須200倍圖

硫酸鈣晶須500倍圖

硫酸鈣晶須1000倍圖

圖1硫酸鈣晶須加填對手抄頁緊度的影響

圖2硫酸鈣晶須加填對手抄頁透氣度的影響

圖3硫酸鈣晶須加填對手抄頁強(qiáng)度的影響

圖4硫酸鈣晶須加填對手抄頁不透明度的影響

由圖2可知，隨著硫酸鈣晶須添加量的增加，手抄頁片的透氣度在逐漸呈現(xiàn)上升趨勢。雖在加填量達(dá)到10%時(shí)，透氣度指標(biāo)較加量5%時(shí)略有降低，但與空白樣相比，透氣度值還是上升的，說明添加硫酸鈣晶須以后，在不影響紙頁緊度的情況下，有提高薄頁紙透氣度的作用。

由圖3可知，隨著硫酸鈣晶須添加量的增加，手抄頁片的抗張強(qiáng)度指標(biāo)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，進(jìn)一步說明了硫酸鈣晶須能和植物纖維（木漿、草漿）很好地結(jié)合在一起，適量的加填可以改善紙張的強(qiáng)度、透氣性等。當(dāng)加量超過15%以后，硫酸鈣晶須便會(huì)影響薄頁紙的結(jié)合強(qiáng)度，出現(xiàn)抗張強(qiáng)度指標(biāo)逐漸下降的趨勢。

由圖4可知，隨著硫酸鈣晶須添加量的增加，手抄頁片的不透明度指標(biāo)逐漸上升，趨勢與透氣度相近。說明加填硫酸鈣晶須后，在薄頁紙中形成了纖維與纖維、纖維與空氣、纖維與填料、填料與填料之間光線的折射空間，從而可以提高不透明度。

4 結(jié)論

1）加填硫酸鈣晶須對薄頁紙的緊度影響不大。

2）加填硫酸鈣晶須可以提高薄頁紙的不透明度。

3）硫酸鈣晶須具有改善紙頁抗張強(qiáng)度和透氣度的作用。

4）硫酸鈣晶須可以替代部分纖維原料進(jìn)行薄頁紙抄造，且硫酸鈣晶須加填量在10%~15%時(shí)作用最佳。

【1】石巖，謝來蘇.一種新型造紙?jiān)鲜辔⒗w［J］.西南造紙，2002，(6):18

【2】楊雙春,由宏軍,潘一.改性硫酸鈣晶須對印染廢水的脫色研究[J].印染助劑,2006，（8）：34-37.

【3】王宇斌,袁致濤,韓躍新 等.硫酸鈣晶須表面改性及水化機(jī)理研究[J].化工礦物與加工,2008，（6）：1-8.

【4】田立鵬,王麗君,王力.硫酸鈣晶須制備過程中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].化學(xué)工程師,2006，（8）：12-14.

【5】黃哲元,董發(fā)勤,張偉.硫酸鈣晶須的制備進(jìn)展[J].無機(jī)鹽工業(yè),2009，（8）：6-8.

【6】丁大武.中國石膏工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展走向[J].中國建材，2001，(3):76－78.