微硅礦物粉性能分析及用做造紙?zhí)盍系目尚行匝芯?/span>

Property Analysis of Microsilicon Mineral Powder and Feasibility Study of Its Use as Paper Filler

劉建安¹ 董曉斌¹ 樊慧明¹ 齊亞楠¹ 高達(dá)¹

陳世盛²

(1、華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州，510640；

2、廣東利盈投資集團(tuán)有限公司有限公司，廣東清遠(yuǎn)，511600)

摘要：微硅礦物粉是一種新型的無(wú)機(jī)材料。本文分析了微硅礦物粉的基本性能，對(duì)比GCC和滑石粉，初步研究了微硅礦物粉加填對(duì)紙頁(yè)性能的影響。結(jié)果表明微硅礦物粉具有做為造紙?zhí)盍系幕拘阅?，其?duì)紙張性能的影響與GCC類似，但由于其白度低，適合于抄造白度要求不高的紙種。

關(guān)鍵詞：微硅礦物粉；填料；紙頁(yè)性能

Abstract: Microsilicon mineral powder is a new inorganic material. The paper analyzed basic properties of microsilicon mineral powder. Compared with GCC and talc, the effect of microsilicon mineral powder on the properties of paper was studied preliminarily. The results showed that the microsilicon mineral powder had the basic properties as the filler for papermaking. Its effect on the properties of paper is similar to that of GCC. However, because of its low whiteness, it is more suitable for paper species with low whiteness requirements.

Key words：Microsilica mineral powder; Filler; Paper propersity

填料是紙張中的第二大組分^[1]，加填可以改善紙頁(yè)的光學(xué)性質(zhì)和印刷適性，滿足紙張某些特殊性能的要求；另一方面，填料的相對(duì)密度較大，價(jià)格便宜，在紙中可以代替部分纖維，從而可以節(jié)省纖維原料，降低生產(chǎn)成本。

微硅礦物粉是研發(fā)出來(lái)的一種新材料，本文通過(guò)分析微硅礦物粉的基本性能及初步的加填結(jié)果，研究其做造紙?zhí)盍系目尚行浴?/span>

1、實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原料

微硅礦物粉：廣東蓋特奇新材料科技有限公司

漂白針葉漿板：取自廣州造紙有限公司

陽(yáng)離子聚丙烯酰胺：分析純，天津市科密化學(xué)試劑有限公司

聚丙烯酰胺：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司

瓜爾膠：工業(yè)純，取自牡丹江恒豐紙業(yè)有限公司

重質(zhì)碳酸鈣（GCC）、滑石粉：取自廣東亞太森博漿紙有限公司

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

打漿機(jī)（PL4-2 中國(guó)咸陽(yáng)）；紙頁(yè)手抄機(jī)（MESSMER 255 美國(guó)）；抗張強(qiáng)度儀（L&W CE062 瑞典L&W公司）；L&W耐破度測(cè)定儀（L&W CE180瑞典L&W公司）；L&W撕裂度儀（L&W 009 瑞典L&W公司）；耐折度儀（MIT/U21B 美國(guó)）；L&W白度儀（Elrepho 070 瑞典L&W公司）；塵埃勻度儀（2D LAB F/SENSOR 德國(guó)）；L&W紙張表面粗糙度儀（L&W CE165 瑞典L&W公司）；L&W厚度儀（L&W250 瑞典L&W公司）；可勃吸水性測(cè)試儀（ZB-Cobb125 杭州）；SZP 06流動(dòng)電位法ZETA電位儀（SZP-06 德國(guó)）；粒度分析儀 (Malvern Master sizer 3000 英國(guó)）；掃描電鏡（ZEISS EVO 18 德國(guó)）

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1 基本性能測(cè)試

分別對(duì)微硅礦物粉進(jìn)行白度、密度、燒失量、粒徑分布、晶體結(jié)構(gòu)、孔隙率、Zeta電位等基本性能進(jìn)行測(cè)試。

1.3.2 加填性能測(cè)試

微硅礦物粉加填性能試驗(yàn)方案如表1所示。

表1 加填性能試驗(yàn)方案

將漂白針葉木商品漿板用打漿機(jī)打漿至43⁰SR，然后稀釋，依次加入施膠劑、增強(qiáng)劑、填料和助留劑，在抄片器上抄出所需要的紙樣。

對(duì)抄造的紙樣按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法分別檢測(cè)其抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐破度、耐折度、白度、表面粗糙度和表面強(qiáng)度（以拉毛速度表示）。

2、結(jié)果與討論

2.1 微硅礦物粉基本性能

微硅礦物粉基本性能檢測(cè)結(jié)果如表2和圖1、圖2所示。

表2 微硅礦物粉基本性能檢測(cè)結(jié)果

圖1 X射線多晶衍射儀分析結(jié)果

圖2 ZEISS掃描電鏡圖

從上述的結(jié)果可以看出，微硅礦物粉晶相中確定存在石英相SiO₂（FOM=0.8），可能存在莫來(lái)石相Al₂O₃-SiO₂（FOM=17）和硅線石Al2[SiO4]O相（FOM=16.8）。常見(jiàn)的滑石粉和高嶺土等填料均含有一定量的上述晶相^[2]。

通過(guò)ZEISS掃描電鏡檢測(cè)，可以明顯觀測(cè)到顆粒表面不光滑，吸附小型顆粒，這種形態(tài)加填在紙張中更有利于這種填料與纖維之間的結(jié)合。

微硅礦物粉在580°C馬弗爐中4小時(shí)，燒失量低于1%，顯然在紙張的生產(chǎn)條件下不會(huì)分解，同時(shí)在紙張灰分測(cè)定過(guò)程中基本不影響測(cè)量值。

2.2 與造紙常用填料性能對(duì)比

微硅礦物粉和造紙常用填料性能對(duì)比如表3所示。

表3 微硅礦物粉和造紙常用填料性能對(duì)比

說(shuō)明：

（1）白度是干粉狀態(tài)下的白度；

（2）Zeta 電位，電導(dǎo)率，pH三項(xiàng)指標(biāo)在各種填料20%固含量的懸浮液中測(cè)量，纖維0.5%濃度下測(cè)量。

從表3中可以看出，微硅礦物粉除了白度較低以外，折射率、密度、pH、吸油值（%）等指標(biāo)均與GCC和滑石粉近似，Zeta電位較高，有利于填料懸浮液中顆粒的分散和輸送^[3]。

2.3 加填性能

2.3.1 強(qiáng)度性能

微硅礦物粉與GCC、滑石粉加填對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響如圖2~圖5所示。

圖2 不同填料對(duì)紙張抗張強(qiáng)度的影響圖3 不同填料對(duì)紙張撕裂強(qiáng)度的影響

圖4不同填料對(duì)紙張耐破強(qiáng)度的影響圖5 不同填料種類對(duì)紙張耐折度的影響

從圖2至圖5可以得知，微硅礦物粉加填對(duì)紙張強(qiáng)度的影響與常用填料GCC和滑石粉較為接近，沒(méi)有明顯的差別。隨著加填量的增加，紙張的強(qiáng)度性能均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2.3.2 印刷性能

微硅礦物粉與GCC、滑石粉加填對(duì)紙張印刷性能的影響如圖6~圖8所示。

圖6不同填料對(duì)紙張白度的影響圖7 不同填料對(duì)紙張表面粗糙度的影響

（樣品灰分約20%，使用高濃油墨，其中最大拉毛速度2m/s，拉力700N，單位：m/s）

圖8 不同填料對(duì)紙張表面強(qiáng)度的影響

從圖7、圖8可以看出，微硅礦物粉對(duì)紙張表面粗糙度的影響好于GCC和滑石粉，但對(duì)于紙張表面強(qiáng)度的影響不如滑石粉，與GCC差不多。

結(jié)論

1、微硅礦物粉其元素組成、晶相結(jié)構(gòu)、密度、折射率等與常見(jiàn)的造紙?zhí)盍项愃?，具有做為造紙?zhí)盍系幕拘阅堋?/span>

2、以針葉木漿為原料，所做的加填對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，所做的加填料對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，新型微硅礦物粉對(duì)紙張撕裂強(qiáng)度的影響類似碳酸鈣，優(yōu)于滑石粉，低灰分條件下，對(duì)耐折度的影響優(yōu)于滑石粉喝碳酸鈣，對(duì)其它的強(qiáng)度性能的影響與滑石粉喝碳酸鈣接近，從印刷性能的角度來(lái)看，微硅礦物粉對(duì)紙張表面粗糙的影響好于GCC喝滑石粉，但對(duì)于紙張表面的強(qiáng)度的影響不如滑石粉，與GCC差不多，微硅礦物粉對(duì)于紙張的強(qiáng)度性能、印刷性能的影響與造紙常用填料GCC和滑石粉接近，可以代替GCC等填料用于造紙加填中。

3、微硅礦物粉的白度為79%ISO，明顯低于常用造紙?zhí)盍?，因此微硅礦物粉更適合用于對(duì)于白度沒(méi)有要求或要求比較低的紙種，如包裝紙、砂管紙和新聞紙等。

參考文獻(xiàn)

[1] 何北海. 造紙?jiān)砼c工程[M]. 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2010.

[2] 余開(kāi)明, 江超, 余少華. 氧化鋁泡沫多孔陶瓷的制備[J]. 中國(guó)陶瓷, 2014(2):51-53.

[3] 周景輝. 紙張結(jié)構(gòu)與印刷適性[M]. 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2013.