多孔硅酸鈣-纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成及其對(duì)紙張強(qiáng)度的影響.pdf

1、粉煤灰是燃煤火電廠產(chǎn)生的一種粉狀工業(yè)固體廢棄物，產(chǎn)排量大，綜合利用率低，占用土地，污染環(huán)境。研究開(kāi)發(fā)粉煤灰基多孔硅酸鈣填料（FACS）用作造紙加填是粉煤灰資源化利用與新型造紙?zhí)盍祥_(kāi)發(fā)相結(jié)合的重要舉措，同時(shí)對(duì)于節(jié)約土地資源和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。
　　論文通過(guò)與沉淀碳酸鈣（PCC）、研磨碳酸鈣（GCC）對(duì)比研究了 FACS填料的加填特性及填料粒徑、加填方式對(duì)成紙性能的影響。確定了由共磨加填引出 FACS與纖維形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)是 FAC

2、S加填紙?jiān)诟咚珊穸认拢軌虮３州^高強(qiáng)度的原因。研究共磨加填工藝的轉(zhuǎn)數(shù)、填料/纖維質(zhì)量比對(duì)成紙強(qiáng)度性能及復(fù)合結(jié)構(gòu)的影響，采用填料/細(xì)小纖維預(yù)絮聚的加填方式，強(qiáng)化填料/纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)，優(yōu)化預(yù)絮聚加填工藝，并且對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成及強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行探討。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ACS為多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)， GCC呈不規(guī)則塊狀結(jié)構(gòu)， PCC呈現(xiàn)為針形或偏菱形。與 GCC、PCC相比， FACS填料具有多孔、體積大、蓬松質(zhì)輕、設(shè)備磨耗低等特點(diǎn)。在相同填料含

3、量下， FACS填料加填紙的抗張強(qiáng)度比 PCC約低4％，但是松厚度比PCC高出19%，松厚度優(yōu)勢(shì)明顯。此外還研究了不同粒徑 FACS填料的加填特性。FACS0通過(guò)研磨7min、30min、140min，分別得到FACS1、FACS2、FACS3，從 FACS0到 FACS3，加填紙的松厚度逐漸降低，F(xiàn)ACS3的抗張指數(shù)最高，F(xiàn)ACS0次之。
　　探討了加填方式對(duì) FACS加填紙性能的影響。采用共磨加填方式，可以提高成紙的緊度，松厚

4、度下降約0.5cm3/g，成紙強(qiáng)度提高約8N·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(guò) CPAM預(yù)絮聚的加填方式，加填紙松厚度降低較少，而紙張抗張得到明顯改善，提高了將近10 N·m/g。
　　填料與纖維共磨工藝可以形成纖絲纏繞包裹 FACS填料的 FACS/纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)，促進(jìn)成紙強(qiáng)度性能提高。提高共同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)，加填紙的光學(xué)性能顯著提高，松厚度降低，而成紙強(qiáng)度逐漸增加。最優(yōu)的共磨轉(zhuǎn)數(shù)為5000r，抗張

5、指數(shù)為31.6N·m/g，松厚度為2.28cm3/g，白度為83.5I%SO，不透明度為86.3%。增加共磨轉(zhuǎn)數(shù)，有利于提高FACS/纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的數(shù)量及緊密程度。降低共磨漿料懸浮液的填料/纖維比有利于減小 FACS填料的顆粒粒徑、提高紙張緊度、改善成紙強(qiáng)度、提高光學(xué)性能。
　　研究了 FACS/纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。共磨過(guò)程中，F(xiàn)ACS填料粒徑變小，纖維分絲帚化產(chǎn)生纖絲，在這個(gè)過(guò)程中，產(chǎn)生的纖絲通過(guò)纏繞包裹填料，或通過(guò)纖維穿插

6、形成 FACS/纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)。共磨后小顆粒的 FACS填料更易與纖維發(fā)生交織纏繞，形成更多更緊密的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在填料吸附點(diǎn)，纖維可以通過(guò)填料表面的纖絲形成氫鍵結(jié)合，從而促進(jìn)改善成紙強(qiáng)度性能。
　　采用填料/細(xì)小纖維預(yù)絮聚工藝對(duì) FACS/纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化研究。通過(guò)預(yù)絮聚正交試驗(yàn)，得出最優(yōu)水平為細(xì)小纖維用量為11%， CPAM用量為0.05%，攪拌速度為300r/min，絮聚時(shí)間為5min。FACS預(yù)絮聚加填與傳統(tǒng)的漿內(nèi)加填相比，

7、松厚度有所下降，約0.1～0.3cm3/g，而強(qiáng)度和光學(xué)性能優(yōu)勢(shì)明顯，抗張強(qiáng)度提高4～8 Nm/g。從絮聚所產(chǎn)生的細(xì)小纖維/FACS填料復(fù)合結(jié)構(gòu)的數(shù)量及質(zhì)量的角度分析，適宜的細(xì)小纖維用量為6%左右。增加細(xì)小纖維用量，成紙抗張強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、不透明度不斷提高，松厚度、撕裂強(qiáng)度先增大強(qiáng)度呈現(xiàn)后降低的趨勢(shì)。
　　觀察成紙微觀形貌可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)細(xì)小纖維/填料預(yù)絮聚，形成了兩種強(qiáng)化的填料/細(xì)小纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)，一種是細(xì)小纖維與多個(gè)小顆粒填料形