鎂鋁水滑石對紙張性能的影響

鎂鋁水滑石對紙張性能的影響

羥基滑動物（ht）是一個具有層狀微孔結(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代表兩個或三個金屬離子的價格。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,兩邊由二價和三價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,因而可作為陽離子微粒與陰離子聚丙烯酰胺組成陽離子微粒助留體系。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),可以在纖維的細胞腔或細胞壁中原位生成HT來制備阻燃紙。基于對HT結(jié)構(gòu)與性能的分析,認為HT具有直接作為造紙功能填料使用的可能性,預期可賦予紙阻燃、保溫、耐光老化、抗靜電等性能,并可望實現(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紙及紙板相關(guān)性能的影響。1實驗1.1試劑:陽離子聚丙烯酰胺pam漿料:加拿大進口漂白針葉木硫酸鹽漿,漿板白度87%,采用ZQS2-23打漿機打漿至35oSR。試劑:氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、高嶺土均為分析純;滑石粉為化學純;陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)由Ciba精化(中國)有限公司提供,相對分子質(zhì)量在800萬左右;HT由大連富美達新材料科技有限公司提供;沉淀碳酸鈣(PCC)由桂林五環(huán)實業(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),放入燒杯中,配成漿濃2%的懸浮液,用電子恒速攪拌機攪拌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)量分數(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上按標準方法抄取紙張。將成形的紙張置于ZQYCⅡ油壓機上壓榨,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上烘干,備用。按GB/T10739—2002標準方法處理紙張。1.3分析與檢測1.3.1物理分辨率檢測紙及紙板的定量、抗張指數(shù)、耐破指數(shù)、灰分等均按國家相關(guān)標準方法進行檢測。HT的留著率參照文獻的方法計算。1.3.2氧指數(shù)法測定氧指數(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)儀測定氧指數(shù)。對紙及紙板來說,通常認為氧指數(shù)在25%以上即達到難燃級。2結(jié)果與討論2.1ht對紙張性能的影響2.1.1ht添加量不透明的測試由圖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個百分點,不透明度在HT添加量為15%時達到峰值,隨后趨于平穩(wěn),當鎂鋁水滑石的添加量為45%時,不透明度降低。紙的白度在HT添加量為5%時最低,隨著HT添加量的增加,白度略有波動,在HT添加量為25%時白度達到峰值,比空白樣的白度提高2個百分點。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,導致強度降低。2.2結(jié)合收率的比較2.2.1風-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、細小纖維之間具有很強的吸附作用。由圖3可以看出,未加CPAM的情況下,當HT的添加量小于15%時,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,HT留著率均在80%以上,當HT添加量為5%時,HT幾乎不流失,留著率接近100%。添加量在30%以內(nèi)時,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ht留著率的影響由表1可以看出,當填料添加量為15%時,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,留著率能得到提高,高嶺土的達到80%,碳酸鈣的留著率達到66%,而滑石粉的自留著性能相對較好,能達到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,HT的留著率達82%,添加CPAM,HT留著率提高了7個百分點。當填料添加量為45%時,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個百分點,高嶺土的留著率最低,只有73%。2.3.2鈣、ht用量對紙質(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,紙的緊度基本保持不變,其他情況下填料的加入均導致紙的緊度、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,隨著HT添加量的增大,氧指數(shù)隨之增大,HT添加量為40%時,紙氧指數(shù)達到25.1%,達到難燃級。添加CPAM助留劑時,紙氧指數(shù)隨著HT添加量的增大先是呈增大趨勢,最后略有降低,HT添加量為30%時,氧指數(shù)達到26.2%,達到難燃級。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,HT留著率隨著紙張定量的增大而增大,定量為240g/m2時,達到紙板級,HT幾乎不流失,留著率達到100%。不添加HT時,定量對紙氧指數(shù)影響不大,氧指數(shù)均小于20%,屬于易燃級。HT添加量為30%時,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,紙?zhí)幱谝兹技?而當定量大于120g/m2時,紙氧指數(shù)均大于25%,達到難燃級。定量為240g/m2,HT添加量為20%時,氧指數(shù)接近25%,HT添加量大于20%時,氧指數(shù)將超過25%,達到難燃級。2.4.2不同填充材料對紙氧指數(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-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,當添加量小于15%時,HT的留著率保持在80%以上,添加0.025%的CPAM可進一步提高HT的留著率