纳米二氧化硅包裹瓷土复合粒子的合成与应用

论文摘要

在涂布原纸的抄造过程中,大量的涂布损纸重新回用,其所带的颜料粒子如瓷土和碳酸钙对原纸的物理性能和光学性能产生的一定的影响。颜料粒子会减少纤维与纤维之间的相对结合面积和氢键结合力,导致纸张强度的下降。同时,涂层中颜料粒子又影响到涂布纸涂层强度以及涂布纸性能。本研究通过对普通瓷土粒子的改性,合成了新型的造纸颜料-纳米二氧化硅包裹瓷土复合粒子,分析其对原纸性能和涂布纸性能的影响。主要研究内容包括以下几个方面：采用溶胶-凝胶法,运用DOE实验设计方法合成纳米二氧化硅包裹瓷土复合粒子。通过Plackett-Burman筛选实验设计,初步筛选出影响合成二氧化硅／瓷土复合粒子的显著因子：聚丙烯酸钠、氨水、温度和转速。再通过全因子实验确定了影响二氧化硅／瓷土复合粒子的留着率和表面强度主要关键因子：聚丙烯酸钠和温度。利用扫描电镜、透射电镜、红外光谱等对Si02/瓷土复合粒子进行分析检测,包括对Si02/瓷土复合粒子的表面形态、表面特性、表面结构和性能研究。通过应用实验,研究了颜料回用对原纸性能的影响；对比分析了普通瓷土与纳米二氧化硅包裹瓷土复合粒子对涂料和涂布纸性能的影响。研究发现：通过P-B筛选实验和全因子实验确定了合成纳米二氧化硅包裹瓷土复合粒子的关键因子是聚丙烯酸钠和温度。建立了关键合成工艺的数学模型：灰分留着率=-0.397+0.888聚丙烯酸钠+0.0144温度-0.024聚丙烯酸钠*温度。利用统计方法和溶胶-凝胶法溶液聚合合成方法,确定了以正硅酸乙酯、瓷土、乙醇、聚丙烯酸钠、氨水为原料合成二氧化硅／瓷土复合粒子的最佳工艺条件是：聚丙烯酸钠0.8g、温度28℃、氨水6ml、正硅酸乙酯12ml、乙醇110ml、时间3h、转速350r/min。二氧化硅／瓷土复合粒子与普通未改性的瓷土相比,应用在原纸抄造中,能够大幅度提高纸张的留着率,同时耐破指数、抗张指数、表面强度等指标下降幅度低；能改善原纸的白度、不透明度和光泽度等。二氧化硅／瓷土复合粒子的粒径分布较未改性的瓷土相比较均匀,特征粒径较小,比表面积大,同时具有良好的润湿性能。利用纳米二氧化硅包裹瓷土复合粒子与普通瓷土配置的涂料相比,改性瓷土颗粒细小,保水性好,低剪切粘度高,有利于涂料的贮存和输送。改性瓷土进行涂布后能改善涂布纸张的白度、不透明度、印后光泽度和IGT表面强度等。但是油墨吸收性不及未改性瓷土。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的选题依据
• 1.2 核壳结构纳米颗粒的研究进展
• 1.2.1 核壳结构纳米粒子简介
• 1.2.2 核壳结构纳米粒子的制备方法
• 1.2.2.1 溶胶凝胶法
• 1.2.2.2 反相微乳液法
• 1.2.2.3 气溶胶高温分解法
• 1.2.3 形成机理
• 1.3 纳米颜料
• 1.3.1 纳米二氧化硅的优点及分散性
• 1.4 核壳纳米复合粒子合成技术的研究动态
• 1.5 实验设计方法（DOE）
• 1.5.1 实验设计的目的
• 1.5.2 实验设计的原则
• 1.5.3 实验设计的三个阶段
• 1.5.4 实验设计的类型
• 1.6 研究目的和内容
• 1.6.1 研究的目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 本研究特色与创新
• 2/瓷土复合粒子的制备'>第二章 纳米SIO₂/瓷土复合粒子的制备
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 二氧化硅包裹瓷土复合粒子合成方法
• 2.2.4 二氧化硅/瓷土复合粒子应用方法
• 2.2.5 阳离子淀粉糊化
• 2.2.6 阳离子聚丙烯酰胺的配制
• 2.2.7 抄片
• 2.2.8 纸性的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 影响二氧化硅/瓷土复合粒子的显著因子筛选
• 2.3.1.1 Plackett—Burrman实验拟合因素分析
• 2.3.1.2 影响合成二氧化硅/瓷土复合粒子的显著因子确定
• 2.3.1.3 小结
• 2.3.2 全因子实验
• 2.3.2.1 影响复合粒子的关键因子分析
• 2.3.2.2 因子的主效应图和交互效应图
• 2.3.2.3 因子的等值线图和曲面图
• 2.3.2.4 小结
• 2粒子的成核机理'>2.3.3 溶胶-凝胶法合成SiO₂粒子的成核机理
• 2.3.4 单因素实验
• 2.3.5 影响复合粒子关键因子的水平优化
• 2.3.5.1 回归模型的建立
• 2.3.5.2 回归模型的验证
• 2.3.5.3 小结
• 2/瓷土复合粒子的结构表征'>第三章 SIO₂/瓷土复合粒子的结构表征
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 2/瓷土复合粒子表面形态测试'>3.2.3.1 SiO₂/瓷土复合粒子表面形态测试
• 2/瓷土复合粒子表面特性测试'>3.2.3.2 SiO₂/瓷土复合粒子表面特性测试
• 2/瓷土复合粒子性能测试'>3.2.3.3 SiO₂/瓷土复合粒子性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 扫描电镜分析
• 3.3.2 透射电镜分析
• 3.3.3 粒径分析
• 3.3.4 比表面积分析
• 3.3.5 红外光谱分析
• 3.3.6 润湿性能分析
• 3.4 小结
• 2/瓷土复合粒子的应用实验'>第四章 SIO₂/瓷土复合粒子的应用实验
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.3.1 纸样的抄取
• 4.2.3.2 涂布实验
• 4.2.3.3 纸性的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 浆内添加
• 4.3.1.1 加填对成纸耐破指数的影响
• 4.3.1.2 加填对成纸抗张指数的影响
• 4.3.1.3 加填对成纸表面强度的影响
• 4.3.1.4 加填对纸张灰分留着率的影响
• 4.3.1.5 加填对纸张白度的影响
• 4.3.1.6 加填对纸张不透明度的影响
• 4.3.1.7 加填对纸张光泽度的影响
• 4.3.2 涂布实验
• 4.3.2.1 涂布配方
• 4.3.2.2 瓷土物理性质比较
• 4.3.2.3 涂料物理性能的比较
• 4.3.2.4 涂布纸物理性能
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract