傳統(tǒng)的加填工藝由于常用無機填料不能與紙漿纖維產(chǎn)生有效氫鍵結(jié)合，從而導致成紙強度性能的下降，紙品也因此容易產(chǎn)生掉毛掉粉等問題。淀粉或其改性產(chǎn)物如被有效吸附在填料表面并形成包覆體，可依賴分子中含有的大量羥基與紙漿纖維產(chǎn)生氫鍵結(jié)合，從而降低加填帶來的負面影響。
接下來的試驗嘗試采用APAM/CSt/CPAM三
聚合物體系對研磨碳酸鈣(GCC)進行改性，目的是更好地利用聚合電解質(zhì)形成復合物的原理。并利用聚焦光束反射測定儀監(jiān)測了填料改性過程中填料及其聚集體尺度的變化，再將改性后的填料用于加填抄紙并考察改性填料對紙張性能的影響。
填料改性
將CaCO3配制成質(zhì)量分數(shù)為30%的懸浮液，將APAM、CSt、CPAM分別配制成質(zhì)量濃度為18.8、5.5、14.2g/l的溶液，其中CSt需在95℃的恒溫水浴鍋中糊化2h后再冷卻定容。
取CaCO3懸浮液50g，用磁力攪拌器低速攪拌5min后，依次加入所需量的APAM、CSt、CPAM溶液(三者用量折算成絕干助劑質(zhì)量對絕干CaCO3的質(zhì)量分數(shù)分別為0.11%、1.0%和0.056%)，每加入一種助劑均攪拌5min再加入后一種助劑，最后將碳酸鈣稀釋到質(zhì)量分數(shù)為9%，再攪拌5min備用。
APAM/CSt/CPAM改性對填料特性和尺寸的影響
FBRM以激光束掃過粒子結(jié)構(gòu)邊緣兩點間的距離即“弦長”來表示粒子的尺寸。顆粒平均粒徑和平均弦長之間關(guān)系比較復雜，受多種因素的影響，但弦長分布的變化同樣可以反映粒徑分布的變化，相應的監(jiān)測結(jié)果如圖1所示。
從圖1可知，未改性碳酸鈣粒子的平均弦長約為6μm, 2min時添加0.10%APAM及其后續(xù)的2 min內(nèi)，APAM對體系的平均弦長無明顯影響，說明加入APAM對填料絮聚不起作用；4min時添加1.00%CSt后，體系平均弦長明顯變大，平均弦長是原來的7倍粒；6 min時繼續(xù)加入0.06%CPAM，體系平均弦長隨之繼續(xù)增大，8min時的平均弦長是起始CaCO3的9倍，說明CPAM能和負電荷尚有殘余的APAM進一步作用，引起填料粒子的絮聚。
包覆預絮聚改性對紙張性能的影響
對手抄紙的灰分含量和抗張強度進行了測定，結(jié)果如圖2、圖3所示。
由圖2可知，CaCO3/APAM/CSt和CaCO3/APAM/CSt/CPAM體系對紙張灰分的提高很大，分別比未改性CaCO3加填紙?zhí)岣吡?.6倍和2.2倍(其灰分含量分別是13.14%和16.32%)。盡管如此，相對于未改性的CaCO3加填體系，CaCO3/APAM/CSt/CPAM體系手抄紙的抗張指數(shù)得到了維持(圖3)。
利用掃描電子顯微鏡觀測了加填紙張中填料的分布情況，以更直觀地了解填料與紙張纖維間的結(jié)合情況，結(jié)果如圖4所示。
CaCO3體系和CaCO3/APAM體系的加填紙，其填料絮聚不明顯，顆粒大小相對較小，呈相對較好的分散狀態(tài)，主要附著在纖維表面，對纖維之間的結(jié)合影響較大，從而引起紙張強度性能較明顯的下降；CaCO3/APAM/CSt和CaCO3/APAM/CSt/CPAM體系的加填紙中填料的絮聚明顯(其中CaCO3/APAM/CSt/CPAM體系加填紙中填料絮聚體尺寸約為50-100μm),絮聚體較大且主要分布在纖維交織形成的空隙中，或覆蓋在纖維交織形成的網(wǎng)絡(luò)上面，很少直接影響纖維和纖維重疊產(chǎn)生的結(jié)合點。因此，纖維和纖維之間的有效接觸面積得到最大程度的維持。另外，也可以推斷，APAM/CSt或APAM/CSt/CPAM等聚合物復合物與纖維之間也存在有效的氫鍵結(jié)合，也可以對紙張強度產(chǎn)生正面的影響。
結(jié)論
將改性填料用于紙張加填抄造，相比于碳酸鈣直接加填，經(jīng)APAM/CSt/CPAM改性的碳酸鈣加填的灰分提高了2.2倍(灰分含量達16.32%)，且紙張的抗張強度維持不變。
責任編輯：葛
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