阳离子淀粉预絮聚新型硅酸钙填料的应用效果研究

采用阳离子淀粉(CS)预絮聚粉煤灰联产新型硅酸钙(FACS)的方法对FACS填料进行改性,对比了浆内添加CS至含FACS纸料(常规加填)和CS预絮聚FACS加填(预絮聚加填)方式下纸料的留着率、滤水性能和成纸性能。结果表明,CS是一种较好的填料预处理助剂;与常规加填相比,预絮聚加填可以较好地改善纸料的滤水性能,提高纸料留着率和成纸强度;FACS在纤维间的分布更均匀;纸张物理性能相近时,预絮聚加填的CS用量相对较低。

填料和助剂预絮聚对填料留着和成纸抗张强度的影响

利用两个纸厂的浆料,在填料和助剂预絮聚工艺条件及模拟实际生产工艺条件下进行实验,研究了不同工艺条件下,手抄片中细小纤维含量与纸张灰分、抗张强度之间的关系,通过扫描电子显微镜(SEM)对纸张表面形貌进行了观察。实验结果表明,在填料和助剂预絮聚后进行的加填,与实际生产工艺条件相比,成纸的灰分分别从10.8%、9.0%提高到12.2%、10.3%;成纸的抗张指数分别从21.6、23.4 N.m/g提高到22.2、27.6 N.m/g;填料和助剂预絮聚工艺条件下的加填,相对于普通生产工艺,在纤维交织所形成的毛细孔中的填料含量明显增加。

预絮聚技术

简要介绍早期预处理技术及其发展,闪急混合工艺的出现,并由此延伸出的预絮聚工艺流程,以及预絮聚技术发展的趋势。

AKD预絮聚工艺对纸张施胶效果的影响

为了促使施胶剂烷基烯酮二聚体(AKD)在浆料系统中获得更高的留着率,提高与纤维发生反应的几率,采用造纸系统中常用的助留剂组分阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、阳离子淀粉(CS)以及膨润土(BN)对AKD进行预絮聚,以达到提高施胶效率的目标。通过改变3种助留剂的添加顺序,得到3种AKD预絮聚工艺(E、F、G),考察了不同预絮聚工艺对AKD絮聚体粒径、比表面积、体系浊度、Zeta电位,以及纸张施胶效果的影响。实验结果表明:预絮聚使AKD胶粒尺寸显著增大,工艺E、F、G所得AKD絮聚体的中值粒径分别为223.144、 310.461和263.026μm,体系浊度明显降低。3种AKD预絮聚工艺中,工艺浆料-E-PCC中先加膨润土和CS进行静电吸附,再进行CPAM的架桥作用,AKD絮聚体与纤维的结合作用更强,吸附10 min时,纤维对AKD的吸附量达到2.151 mg/g。工艺E所得AKD絮聚体与PCC共混施胶加填时,纸张可勃值(Cobb)降低到20.15 g/m~2,填料留着率达90.51%,40天施胶逆转率降低到5.49%。

PCC预絮聚体形成机理探讨

通过对沉淀碳酸钙(PCC)絮聚体形成过程及在纸张中的留着进行观察,比较了PCC预絮聚和实际加填的差异,研究了PCC絮聚体粒径及Zeta电位的变化情况,探讨了用静电场理论解释PCC+CS(阳离子淀粉)+CP3(阴离子有机微聚物)絮聚体的形成机理。将絮聚体理想化为中空的球体,由静电场理论分析可知,在垂直于由PCC粒子和CS形成的絮聚体微小平面空隙的方向上存在电场梯度,在电场力的作用下,CP3可进入絮聚体的类球体内并对外球面产生相互吸引作用而可能产生收缩,这种电场作用力可使絮聚体结合更牢固,抗剪切能力增强。

细小纤维对PCC预絮聚技术影响研究

分析针叶木浆和苇浆的纤维长度分布情况,比较了5种工艺条件下抄纸所得纸张的抗张指数、撕裂指数以及灰分含量.实验得出苇浆细小纤维含量高于针叶木浆,其所抄造纸页抗张指数和撕裂指数均较低,但细小纤维含量高有助于填料PCC留着.采用预絮聚加填,填料絮聚体主要留着在纤维交织空隙及毛细管处,较少影响纸页抗张强度,并且增加填料留着率.分析认为:采用PCC预絮聚技术,PCC絮聚体的留着位置对纤维之间的氢键结合影响较小;细小纤维缠绕及截留,有助于絮聚体在流送过程中的留着,从而对纸页的相关性能产生影响.

碳酸钙预絮聚加填技术研究

造纸湿部预絮聚加填技术完全不同于直接加填技术,实验表明在预絮聚条件下成纸强度性能增大,填料留着增加,达到90%以上;本实验研究过程中的第二组工艺(PCC+CS+CP3+CPAM+AKD)制备的预絮聚体稳定性好,粒径大小合适。在制备絮聚体时药品的添加顺序,添加量以及剪切速率是主要影响因素,主要影响絮聚体的粒径大小和抗剪切能力。

双助留体系下预絮聚加填对纸张性能的影响

采用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、皂土双组分助留体系预絮聚烷基烯酮二聚体(AKD)和沉淀碳酸钙(PCC),探究各组分添加顺序对纸张施胶效果、填料留着率及纸张物理性能的影响。对比传统加填工艺发现,采用[PCC+CPAM+皂土+CS+AKD]的预絮聚加填工艺时,纸张的物理性能提高最为明显,纸张抗张指数提高22.4%,耐破指数提高52.0%,同时,纸张的匀度指数从111.9降低至69.0,匀度显著改善。将AKD提前加入浆料中,然后采用[PCC+CS+CPAM+皂土]的预絮聚加填工艺时,纸张的施胶度和填料留着率明显提高,相比传统纸张加填工艺,Cobb60值降低了24.8%,填料留着率提高了3.7%。但所有预絮聚加填工艺由于增大了PCC的颗粒大小,使得纸张白度、不透明度、透气度都有所降低。

阳离子淀粉与碳酸钙预絮聚加填技术研究及生产应用

采用一定取代度的阳离子淀粉与碳酸钙进行预絮聚,通过控制预絮聚体的粒径,可获得具有良好稳定性的预絮聚体。将该预絮聚体用于文化用纸的加填,由于淀粉覆盖在碳酸钙表面,增加了其结合性能,纸张的表面强度及填料留着率均得到一定程度改善。填料留着率平均提高了24.2个百分点。

合成硅酸钙预絮聚加填研究

采用阳离子淀粉预絮聚的方法改性合成硅酸钙(CaSiO_3)填料,分析阳离子淀粉预絮聚改性对合成硅酸钙填料预絮聚体颗粒粒度、抗剪切性能和纸张强度性能的影响。结果表明:合成CaSiO_3填料经过阳离子淀粉预絮聚改性之后,颗粒粒径增大,跨距减小,粒径分布均一性得到较大改善;填料的留着率以及纸张的强度性能也得到显著的提高。

混合填料预絮聚加填对纸张性能的影响

研究PCC、GCC及二者混合填料的预絮聚体随预絮聚剂用量的变化,考察了混合填料不同预絮聚方式对加填纸张性能的影响。结果表明:PCC的预絮聚性能优于GCC的预絮聚性能,预絮聚体的粒径随阳离子淀粉(CS)的用量呈先增大后减小的趋势;预絮聚加填纸张的抗张强度和耐折度与预絮聚体的粒径有关,粒径越大,抗张强度和耐折度越高;不同的预絮聚加填方式中,填料PCC、GCC分别预絮聚后加填对纸张的抗张强度和耐折度的改善作用最强。

阳离子淀粉用量对PCC絮聚体稳定性的影响

采用阳离子淀粉(CS)与沉淀碳酸钙(PCC)进行预絮聚,对不同CS用量下絮聚体的形貌进行了观察比较.预絮聚后的絮聚体在湿部的尺寸及稳定性直接影响到成纸后填料聚集体在纤维网络中分布进而影响到纸张性能.研究了不同CS用量下PCC絮聚体在不同剪切模式下的抗剪切与再絮聚行为,并对其絮聚机理进行了分析.研究表明,随着CS用量增大,CS大分子桥连对絮聚体稳定性有所改善,但经超声波处理后,以桥连机理形成的絮聚体再絮聚能力较弱.