纤维水镁石与硅灰石在造纸工业中的应用试验研究

论文摘要

纸张是人类生产和生活的必需品，通常是以木浆和草浆等植物纤维原料生产的，需要消耗大量木材，生产过程中还排出大量的“废液”污染环境。随着社会经济的快速发展，寻找价格低廉可以部分代替植物纤维，改善纸品性能又不污染环境的新的造纸原料，成为造纸业梦寐以求的事情。本论文对纤维水镁石与硅灰石的试样特性，纤维水镁石分散提纯与硅灰石改性的工艺条件，矿物纤维与植物纤维复合抄纸进行了试验研究。通过对纤维水镁石的分散提纯实验，得出实现其良好分散提纯的最佳工艺条件：选用阴离子表面活性剂OT为分散剂，配制1％浓度的水镁石浆料，水镁石与分散剂OT质量比为1：0.10，浸泡20h，用高速分散机以1000r／min的转速搅拌40min。静置一段时间，离心脱水、烘干。硅灰石与植物纤维复合前，选用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)对硅灰石进行改性，降低了硅灰石的表面(电位，增强了与植物纤维的结合强度。矿物纤维与植物纤维的复合抄造试验结果表明：碳酸钙、滑石粉等填料的加入，使纸张的强度明显降低，留着率较低。未改性硅灰石的加入同样降低了纸张的强度性能，留着率也较低。改性硅灰石与植物纤维复合后，大大提高了硅灰石在纸张的留着率，强度指标也有所提高，其添加量可以达到40％左右。水镁石纤维的加入，与加入的碳酸钙、滑石粉填料相比，其耐折度、撕裂度、留着率等均有较大提高，加入量为30％以下时，耐折度比添加改性硅灰石的要好，留着率相对都较高，综合考虑水镁石的添加量可以达到30％左右。纤维水镁石／改性硅灰石的添加，除伸长率降低外，其它指标相对较高。纤维水镁石／海泡石与植物纤维的复合，除耐折度较小外，其它指标都较高，尤其是留着率大大提高。当纤维水镁石或海泡石的添加量达到80％时纸张的烧失量都较小，因此可以用来生产耐高温纸。从纸片的SEM扫描电镜照片可以看出，矿物纤维与植物纤维搭结成网络结构，良好地交织在一起，因此可以提高与植物纤维的结合强度和留着率。通过对复合纤维抄纸性能的机理研究，得出不同界面有着不同的界面机理。改性硅灰石与植物纤维之间主要是靠静电力和氢键力起作用，水镁石与植物纤维复合以及FB／海泡石与植物纤维复合主要靠纤维间的交织力等。鉴于矿物纤维在复合造纸方面的优良特性，可替代部分植物纤维造纸，将有非常广泛的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 非植物纤维在造纸工业中的应用
• 1.1.2 造纸工业对环境的影响
• 1.1.3 矿物复合纤维用于造纸的研究意义
• 1.1.4 矿物纤维在造纸中的应用现状
• 1.1.5 纤维水镁石的国内外研究现状
• 1.2 本课题研究的目的、意义和研究内容
• 1.2.1 研究目的和意义
• 1.2.2 研究内容
• 第2章 试验原料、设备及研究方法
• 2.1 试验原料
• 2.2 试验药剂
• 2.3 试验设备
• 2.4 试验流程
• 2.5 试验研究方法
• 2.5.1 矿物纤维的提纯、分散及评价方法
• 2.5.2 矿物纤维的改性与评价方法
• 2.5.3 抄纸试验
• 2.5.4 纸片性能测试
• 第3章 试样特性研究
• 3.1 纤维水镁石
• 3.1.1 纤维水镁石的晶体结构
• 3.1.2 纤维水镁石的性质及应用
• 3.1.3 纤维水镁石的化学组成
• 3.1.4 纤维水镁石的矿物组成
• 3.1.5 纤维水镁石的表面电性
• 3.1.6 纤维水镁石的形貌特征
• 3.2 硅灰石
• 3.2.1 硅灰石的晶体结构
• 3.2.2 硅灰石的理化特性
• 3.3 海泡石的形貌特征
• 3.4 植物纤维
• 3.4.1 植物纤维的主要成分与分子结构
• 3.4.2 植物纤维的理化性能
• 3.4.3 植物纤维形貌分析
• 3.5 小结
• 第4章 矿物纤维的分散提纯与改性
• 4.1 纤维水镁石的分散提纯
• 4.1.1 分散剂种类的确定
• 4.1.2 分散剂用量的影响
• 4.1.3 搅拌速度的影响
• 4.1.4 搅拌时间的影响
• 4.1.5 浸泡时间的影响
• 4.1.6 超声波对纤维分散效果的影响
• 4.2 硅灰石改性
• 4.2.1 硅灰石的超细粉碎
• 4.2.2 硅灰石的改性研究
• 4.3 小结
• 第5章 矿物纤维与植物纤维的复合抄纸与性能测试
• 5.1 矿物纤维原料与植物纤维复合的试验流程
• 5.1.1 纤维原料
• 5.1.2 实验流程
• 5.2 矿物纤维与植物纤维复合抄纸的实验室试验
• 5.2.1 单一植物纤维及添加填料的实验室试验
• 5.2.2 硅灰石与植物纤维的复合
• 5.2.3 纤维水镁石与植物纤维的复合
• 5.2.4 纤维水镁石/硅灰石与植物纤维的复合
• 5.2.5 纤维水镁石/海泡石与植物纤维的复合
• 5.2.6 纤维水镁石耐高温纸的初步试验研究
• 5.3 SEM扫描电镜分析
• 5.4 小结
• 第6章 分散、改性与复合的机理探讨
• 6.1 OT渗透剂对纤维水镁石的分散机理
• 6.2 硅灰石改性机理
• 6.3 界面作用机理
• 第7章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录