凹凸棒石黏土功能填料在造纸中的应用

论文摘要

一维高长径比的凹凸棒石是一种多孔富铝镁硅酸盐，以其为主要组分的凹凸棒石黏土（简称凹土）是一种稀有天然微纳米结构的非金属矿，素有“千土之王”美誉，广泛用于化工、轻工和农林等领域。凹土表面丰富的硅羟基和高长径比的纤维结构使凹土能够与植物纤维有效相容，提升其填充纸品的性能。本文从凹土的水化预处理、有机改性和无机复配对填充纸品的性能影响研究入手，较系统研究了凹土填充纸品可行性，所得实验结论如下所示：一、水化处理对凹土填充纸品性能的影响考察了水化预处理对凹土填充纸品性能的影响。实验发现，充分水化处理可使凹土崩解到微纳米尺度，填充5%充分水化凹土所得纸品的抗张指数达到了13.9N·m·g-1，较未水化凹土加填纸提高了14.9%，平滑度和柔韧性方面较空白纸页也有显著增强。SEM表征及机理分析表明，高效水化是凹土颗粒微纳米化有效途径；凹土的高长径比及易水化特性是其赋予纸品优越性能，突破传统矿物填充纸品只能削弱纸品力学性能的根本原因。二、凹土/壳聚糖复合填料的制备及填充纸品的研究探讨了壳聚糖用量、改性工艺等因素对改性效果的影响。结果表明，壳聚糖可用于凹土的有机包覆改性；改性后凹土表面带正电，能有效提升凹土和细小植物纤维的留着率；壳聚糖改性凹土可使填充纸品的力学性能显著改善。当壳聚糖用量在1%，改性搅拌速度在4000rpm时，改性凹土填充纸品抗张指数可达10.2N·m·g-1，较未改性凹土填充纸品提高了25.9%，纸张其他各项性能也有显著提升，具有较强的经济可行性。综合表征分析可知，壳聚糖是通过静电包覆于凹土表面。三、凹土无机复配填充提高纸品性能的研究考察了凹土与其它无机矿物填料复配对其填充纸品性能的影响。结果表明，凹土与其它填料复配可显著增加该填料的悬浮性。与各单一填料填充纸品相比，复配填料填充纸品的力学性能有明显的提高。SEM表征及机理分析表明，凹土与其它填料可均匀的混合；凹土与其它非金属矿物复配所带来的组成和结构的复杂化及在填充纸品中的取向和堆砌效应是填充纸品性能提升的根本原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外造纸工业的发展现状
• 1.1.1 国外造纸工业的发展现状
• 1.1.2 国内造纸工业的发展现状
• 1.2 国内造纸填料的现状
• 1.2.1 常用的造纸填料
• 1.2.2 凹凸棒石黏土的发展现状
• 1.3 填料的预处理方法
• 1.3.1 填料的表面改性
• 1.3.2 填料的分散及微纳米化
• 1.4 本课题研究的目的和意义
• 1.5 本课题的研究内容
• 第2章 水化处理对凹土填充纸品性能的影响
• 2.1 原料、试剂与仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 化学药品
• 2.1.3 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 纸浆的制备
• 2.2.2 凹土的水化分散处理
• 2.2.3 纸张的抄造
• 2.2.4 分析与检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 水化分散凹土的表征
• 2.3.2 水化分散对凹土填充纸品性能的影响
• 2.3.3 水化分散凹土加填量对填充纸品性能的影响
• 2.4 纸品的 SEM 分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 凹土/壳聚糖复合填料的制备及填充纸品的研究
• 3.1 原料、试剂与仪器
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 化学药品
• 3.1.3 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 纸浆的制备
• 3.2.2 凹土/壳聚糖复合填料的制备
• 3.2.3 纸张的抄造
• 3.2.4 分析与检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 复合填料的表征
• 3.3.2 壳聚糖用量对改性凹土及其填充纸品性能的影响
• 3.3.3 搅拌转速对改性凹土及其填充纸品性能的影响
• 3.3.4 改性凹土加填量对纸品的影响
• 3.3.5 纸品的 SEM 分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 凹土无机复配填充提高纸品性能的研究
• 4.1 原料、试剂与仪器
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 化学药品
• 4.1.3 实验仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 纸浆的制备
• 4.2.2 凹土复配填料的制备
• 4.2.3 纸张的抄造
• 4.2.4 分析与检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 复配填料的表征
• 4.3.2 复配填料种类对纸品性能的影响
• 4.3.3 填料配比对复配填料及纸品性能的影响
• 4.3.4 填料加填量对纸品性能的影响
• 4.4 复配填充纸品的 SEM 分析
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文