幾種新型造紙?zhí)盍系难芯窟M(jìn)展

李春，唐栩靚，劉萃瑩

（國家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心杭州市化工研究院有限公司，浙江杭州310014）

幾種新型造紙?zhí)盍系难芯窟M(jìn)展

李春，唐栩靚，劉萃瑩

（國家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心杭州市化工研究院有限公司，浙江杭州310014）

對近年來我國造紙?zhí)盍项I(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，主要介紹了幾種新型造紙?zhí)盍系难芯楷F(xiàn)狀，并對其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

新型填料；造紙?zhí)盍希谎芯窟M(jìn)展

在造紙過程中應(yīng)用造紙?zhí)盍?，通常可以提高紙張的平滑度、透氣度和柔軟性；改善紙張的光學(xué)性能（不透明度、白度和光澤度）、印刷性能和書寫性能（油墨吸收性、勻度和減少透?。惶畛浼埛欣w維間的空隙，改善紙頁成形，改善紙張的尺寸穩(wěn)定性；賦予紙張?zhí)厥獾墓δ苄裕▽?dǎo)電性、阻燃性、磁性和抗菌性等）[1]。常用的造紙?zhí)盍嫌刑妓徕}、高嶺土、滑石粉和二氧化鈦等。然而，隨著加填量的增加，紙張的強(qiáng)度、松厚度及挺度降低，紙機(jī)磨損程度增加，施膠劑的使用效果降低，白水循環(huán)體系中細(xì)小組分的含量增加，印刷過程中容易出現(xiàn)掉毛掉粉等現(xiàn)象[2]。

隨著造紙工業(yè)的發(fā)展，作為一個(gè)新型的極具潛力的研究領(lǐng)域——新型造紙?zhí)盍系难芯颗c開發(fā)，逐漸引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。新型造紙?zhí)盍项I(lǐng)域的相關(guān)研究，對于改善當(dāng)前造紙?zhí)盍显诟呒犹顟?yīng)用中所產(chǎn)生的相關(guān)負(fù)面影響，改善紙張性能和豐富填料品種具有重要意義。

本文綜述了目前國內(nèi)研究較多的幾種新型造紙?zhí)盍?，以期為相關(guān)研究與開發(fā)提供借鑒和參考。

1 幾種新型造紙?zhí)盍?/h2>

1.1粉煤灰

1.1.1 粉煤灰的基本性質(zhì)

粉煤灰是一種工業(yè)固體廢棄物，是煤炭中的灰分經(jīng)過分解、燒結(jié)、熔融及冷卻等過程后形成的固體顆粒，表面呈球形，具有質(zhì)輕、粒細(xì)、比表面積大和吸水性強(qiáng)的特點(diǎn)[3]。粉煤灰因煤源不同，鍋爐技術(shù)不同，其化學(xué)成分及物化性質(zhì)參差不齊[4]4。粉煤灰的主要化學(xué)成分是二氧化硅和三氧化二鋁，約占80%，其他成分為Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O和P2O5等[5]。粉煤灰對漿料中的細(xì)小纖維具有較強(qiáng)的吸附性，可以減輕白水負(fù)荷。粉煤灰作為造紙?zhí)盍?，為粉煤灰的高值化使用做出了新的嘗試，但是粉煤灰的白度相對較低，這使得粉煤灰在造紙?zhí)盍项I(lǐng)域的應(yīng)用有較大的局限性[6]2-3。

1.1.2 粉煤灰在造紙中的應(yīng)用

范玉敏等通過采用對粉煤灰篩分、浮選除碳及與碳酸鈣混用等方法，提高了粉煤灰的白度，以便探索粉煤灰用作造紙?zhí)盍系倪m應(yīng)性[7-8]。適當(dāng)提高紙漿打漿度可提高粉煤灰纖維的留著率，針葉木漿打漿度為51° SR時(shí)，粉煤灰纖維留著情況最佳；闊葉木漿打漿度為45° SR時(shí)，粉煤灰纖維留著情況最佳。用硅酸鈣包覆改性粉煤灰纖維，在一定范圍內(nèi)，加填包覆改性粉煤灰纖維的復(fù)合紙光學(xué)性能及物理性能均高于加填未改性粉煤灰纖維的復(fù)合紙。

1.2粉煤灰基新型硅酸鈣填料（FACS）

吳盼等研究發(fā)現(xiàn)FACS呈多孔蜂窩狀聚集體結(jié)構(gòu)，且?guī)в休^強(qiáng)的負(fù)電荷[6]28,50-51,[9]。隨著FACS加填量的增加，其漿料的Zeta電位呈負(fù)增長，但是由于FACS有較好的吸附性能，所以其加填紙具有更好的松厚度。陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）和CPAM-膨潤土體系對留著的改善最為顯著，且后者對FACS加填紙的濾水性能也有所改善。采用陽離子淀粉（CS）對FACS進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)改性后的FACS有助于改善漿料的濾水性能，且成紙強(qiáng)度提高。FACS加填紙的AKD施膠效率較低。FACS用量小于30%時(shí)，加填紙張的不透明度提高，抗張指數(shù)降低，撕裂指數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。當(dāng)加填量為30%，定量為60 g/m2時(shí)，與輕鈣（PCC）相比，加填紙的白度和抗張指數(shù)基本相當(dāng)，不透明度低5.1%，撕裂指數(shù)高1.3 mN·m2/g。

郝寧也研究開發(fā)了多孔蜂窩狀FACS用作造紙?zhí)盍?，該填料具有體積大、蓬松質(zhì)輕、設(shè)備磨耗低等特點(diǎn)[4]。在相同填料含量下，F(xiàn)ACS加填紙的抗張強(qiáng)度比PCC約低4%，但是松厚度比PCC高出19%，松厚度優(yōu)勢明顯。采用共磨加填方式，可以提高成紙的緊度，松厚度下降約0.5 cm3/g，成紙強(qiáng)度提高約8 N·m/g，白度和不透明度也得到一定改善。采用FACS填料與細(xì)小纖維通過CPAM預(yù)絮聚的加填方式，加填紙松厚度降低較少，而紙張抗張強(qiáng)度得到明顯改善，提高了將近10 N·m/g。

宋順喜等研究的FACS填料平均粒徑為21.6 μm，比表面積為121 m2/g，堆積密度為0.31 g/cm3，白度為91.5%ISO[10-11]。FACS填料在改善成紙松厚度方面優(yōu)勢明顯，當(dāng)加填量為15%時(shí)，與未加填紙張相比，松厚度可提高約40%，在輕型紙領(lǐng)域具有較大優(yōu)勢。CPAM可明顯提高FACS加填漿料的濾水速度，粒徑較小的FACS填料其濾水性能相對較差。采用FACS-細(xì)小纖維-CPAM共絮聚的方法制備高松厚度高強(qiáng)度紙張。結(jié)果表明，細(xì)小纖維用量對紙張結(jié)構(gòu)性能、強(qiáng)度性能及光學(xué)性能影響顯著。當(dāng)細(xì)小纖維含量為8%，填料含量為17%時(shí)，與常規(guī)加填方式相比，其加填紙張的抗張指數(shù)提高了8.4%，撕裂指數(shù)提高了11.5%，不透明度提高了1.2%。

1.3 硅灰石

硅灰石的結(jié)構(gòu)式為：Ca3Si3O9，是一種具有獨(dú)特纖維狀外形的鏈狀偏硅酸鹽礦物，能夠與植物纖維相互交織在一起，形成“植物纖維-礦物纖維”網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

熊剛研究了硅灰石加填對紙頁性能的影響，在相同加填量下（如20%，相對于絕干纖維），硅灰石在紙頁中的留著率為74.27%，比GCC要高，在相同灰分條件下，硅灰石加填紙頁強(qiáng)度比GCC加填紙頁高[12]。采用聚合氯化鋁（PAC）、硫酸鋁和聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷（PAE）3種陽離子試劑對硅灰石進(jìn)行改性用于提高硅灰石在紙頁中的留著率，同時(shí)將CPAM作為陽離子助留劑加入到造紙?bào)w系中，探討了添加方法對硅灰石留著率的影響。結(jié)果表明：在相同用量下，CPAM作為陽離子改性劑加入填料中，比其作為助留劑加入漿料中留著率要高。同時(shí)也采用了海藻酸鈉和羧甲基纖維素（CMC）2種聚糖類化合物對硅灰石進(jìn)行有機(jī)涂覆改性，在相同化學(xué)品用量下，改性硅灰石留著率大小是：海藻酸鈉／氯化鈣／CPAM三元改性＞海藻酸鈉／氯化鈣二元改性＞海藻酸鈉單獨(dú)改性，而加填紙頁強(qiáng)度大小是：海藻酸鈉／氯化鈣／CPAM三元改性＜海藻酸鈉／氯化鈣二元改性＜海藻酸鈉單獨(dú)改性。

常建棟用陽離子淀粉（CS）和聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMAC）對硅灰石做了表面包覆改性處理，其分子與纖維之間形成氫鍵作用力，提高了纖維間結(jié)合力，在一定程度上改善了由于加填所引起的強(qiáng)度下降問題[13]。當(dāng)陽離子淀粉用量為5%時(shí)，手抄片的耐折強(qiáng)度提高了50%～60%，抗張強(qiáng)度提高了7.2%～7.4%，裂斷長提高了10.3%～16.5%，白度略有下降，不透明度略有提高，抗水性能變化不大。當(dāng)聚胺用量為5%時(shí)，手抄片的耐折強(qiáng)度提高了50%～60%，抗張強(qiáng)度提高了6.6%～6.8%，裂斷長提高了9.5%～15.8%，白度略有下降，不透明度略有提高，抗水性能變化不大。

王淑梅等研究了不同粒徑的未改性硅灰石和改性硅灰石對紙頁灰分和物理性能的影響[14]。結(jié)果表明：紙頁灰分隨著硅灰石用量的增加而提高，灰分最大可達(dá)25%，改性與否和粒徑大小對灰分的影響不大；硅灰石配抄在針葉木漿中，紙頁物理強(qiáng)度隨著硅灰石用量的增加而降低，粒徑大小是影響紙頁強(qiáng)度的主要因素，當(dāng)硅灰石添加量為20%時(shí)，紙頁的抗張指數(shù)為32 N·m/g，耐破指數(shù)為2 kPa·m2/g，撕裂指數(shù)為8～10 mN·m2/g；未改性硅灰石的紙頁白度要比改性的高，粒徑小的硅灰石紙頁白度高于粒徑大的；添加硅灰石的紙頁平滑度比空白紙頁高。

劉焱等研究了硅灰石替代部分木漿造紙時(shí)，硅灰石的加填量及紙漿打漿度等工藝條件對紙張強(qiáng)度性能以及硅灰石留著情況的影響[15]。結(jié)果表明：隨著硅灰石加填量的增加，紙張強(qiáng)度性能和硅灰石留著率下降；而隨著紙漿打漿度的提高，紙張強(qiáng)度性能和硅灰石留著率先增大后降低。當(dāng)加填量為40%時(shí)，硅灰石留著率可達(dá)74.6%；紙漿打漿度為52°SR時(shí)，硅灰石留著情況最佳。

1.4水滑石

鎂鋁水滑石(HT)俗稱水滑石，是最常見的層狀雙金屬氫氧化物,是一種固體堿性層狀材料，具有層間離子可交換性、吸附性等優(yōu)點(diǎn),具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

李賢慧等考察了HT用作造紙阻燃填料的可能性及其對紙張性能的影響[16-17]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)紙張定量為240 g/m2、HT添加量為20%時(shí)，當(dāng)添加0.025%CPAM和30%HT時(shí)，當(dāng)僅添加HT 40%時(shí)，紙張皆可基本達(dá)到難燃級。HT能提高紙張的不透明度和白度,但使紙張的強(qiáng)度有一定程度的降低。HT捕集陰離子垃圾（DCS）的效果遠(yuǎn)優(yōu)于沸石和蛋白石等常見多孔填料。隨著AKD用量的增加，HT加填紙的Cobb值持續(xù)減小。當(dāng)填料添加量為10%、AKD用量為0.4%時(shí)，加填紙的Cobb值降至30 g/m2。

1.5 白云石

車元?jiǎng)撞捎脻穹ㄑ心スに囍苽湓旒執(zhí)盍稀自剖?，主要考察了研磨時(shí)間、分散劑用量、礦漿濃度、研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比等因素對微粒粒徑的影響[18-19]。結(jié)果表明：研磨時(shí)間為45 min，分散劑用量為0.5%，礦漿濃度為60%，研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比為6∶1時(shí)，研磨后的微粒粒徑較小。使用研磨得到的白云石微粒加填紙張，隨著加填量的增加，其留著率和紙張強(qiáng)度性能降低，但紙張光學(xué)性能提高。用羧甲基纖維素改性白云石，當(dāng)硫酸鋁用量為10%，羧甲基纖維素用量為4%時(shí)，所得改性填料的銅網(wǎng)磨耗量最低，包覆效果最好。用改性白云石加填新聞紙的強(qiáng)度性能和留著率比加填未改性白云石均有所提高，原因是改性后的白云石聚集物，顆粒粒徑變大，可以與紙漿纖維有效地吸附和結(jié)合。

1.6硅藻土

硅藻土是一種硅質(zhì)巖石，主要化學(xué)成分是SiO2，化學(xué)式SiO2·nH2O。硅藻土具有孔隙度大、吸附性強(qiáng)、化學(xué)性能穩(wěn)定和無毒等特點(diǎn)，可作為功能性填料廣泛應(yīng)用于紙張，如吸水保鮮包裝紙、裝飾紙、輕質(zhì)紙、膠印紙、阻燃吸音紙、油封紙和卷煙紙等等[20]。

李金寶等對比了4種硅藻土的物化性能指標(biāo)和加填紙張的各項(xiàng)物理指標(biāo)，并以此為依據(jù)優(yōu)選出了最佳的硅藻土填料試樣，還對比考察了硅藻土的加入量對加填紙張物理性能的影響[21]。

2 展望

隨著造紙工業(yè)的發(fā)展，對新型、多功能型造紙?zhí)盍系拈_發(fā)不應(yīng)僅僅局限于提高紙品灰分，降低生產(chǎn)成本，而應(yīng)該考慮以使用造紙?zhí)盍显黾蛹埰返墓δ苄詾橹饕康摹Ｑ兄崎_發(fā)出具有高附加值的造紙?zhí)盍袭a(chǎn)品，對于造紙行業(yè)具有重大的意義。

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10．13752／j．issn．1007－2217．2016．04．002

2016-09-10