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纸张中的填料会对施胶有多大的影响?

来源:网络

编辑:智桥小编

浆内施胶的目的是改善纸张对液体( 主要是水)渗透的抵抗能力,以便在纸张的加工过程中( 如表面施胶和涂布) 尽量减少对液体的吸收,或赋予成品纸憎水性。


然而,造纸填料的应用对浆内施胶剂的施胶效率往往会产生负面影响,所以如何改善加填纸的施胶效果是一个亟待解决的问题。


一般而言,施胶剂要得到良好的施胶效果,需要在纸张中具有较好地留着、均匀地分布、在纤维表面正确地定向,并且通过某种结合键固着在纤维表面,这4 个条件缺一不可。填料性能对加填纸施胶的影响也可以主要从这4个方面加以考虑。


填料的粒径和比表面积


前面已经提到,在纸张中添加填料不仅可以降低造纸原料成本,节省蒸汽消耗,还能使纸张获得某些特殊性质。从这点出发,当然是希望纸张中所加的填料越多越好。然而,由于填料具有较大的比表面积,对施胶剂的吸附能力远远大于纤维,使得相当部分的施胶剂吸附在填料上。


一方面,填料的颗粒较小,一般在几到十几微米之间,所以在网部脱水时易受到抽吸和其他作用而流失,于是吸附在填料上的施胶剂也随之流失。另一方面,即使填料能够全部留着下来,在纸张定量相同时,填料因为比表面积较大,达到相同施胶度时所需要的施胶剂用量也会明显高于植物纤维,因而在相同施胶剂用量时施胶效果就会下降。


此外,大部分施胶剂要通过与纤维反应固着到纤维上才能产生施胶作用,部分施胶剂被填料吸附后,减少了施胶剂在纤维上的吸附和反应,故达不到原有的施胶效果。而且小粒径的填料在纸张中产生更多、更细的毛细管,也在一定程度上提高了纸张的液体渗透性能,影响施胶效果。


填料的亲水亲油性


不同填料具有不同的亲水、亲油( 疏水) 性能。在一定的填料含量下,当所用填料的粒径和比表面积相近时,加填纸所用填料的亲水性越好,纸张的施胶难度越大,要达到一定的施胶度时所需要的施胶剂用量也越大。反之,如果填料的亲油( 疏水) 性越好,加填纸就相对越容易施胶,要达到一定施胶度时所需要的施胶剂用量也会较小。


当然,这一结论在填料留着率低的造纸体系就不一定成立,因为亲油疏水、比表面积大的填料会比亲水、比表面积小( 相对于填料) 的纤维更多地吸附亲油性施胶剂,如石蜡、AKD等,在填料留着率低时,也会相应降低施胶剂的留着率,从而给加填纸的施胶过程带来负面影响。


一般而言,含有层状硅酸盐的滑石粉、绢云母,对疏水有机物如石蜡、AKD具有很强的吸附性,属于亲油疏水类填料;而含有大量羟基的水洗高岭土则属于亲水疏油类填料。在其他条件均相同时,使用水洗高岭土为填料的纸张会比使用滑石粉、绢云母为填料的纸张,施胶难度更大。


填料的颗粒形态


填料的形态一般与填料的类型直接相关,TiO2、硅石和塑料填料一般形成球形颗粒; 高岭土和滑石粉由于其晶体结构的原因一般呈扁平状;PCC的颗粒形状由其生产过程控制; 研磨碳酸钙(GCC) 形状不规则。一般而言,填料的形态主要会影响它的光散射方式,从而影响纸张的光散射性能。不过也有研究表明,某些填料的特殊形态也会对纸张的施胶度产生影响。


随着纸张干燥温度的提高( 82 ~132℃) ,PCC加填纸的初始HST值( 大力士施胶度检测法) 逐渐降低,而GCC加填纸开始时初始HST值不断提高,到最大值后保持不变。


原因在于AKD蜡的流动性会随温度的升高而加强,大部分液态AKD会渗入到具有多孔结构的偏三角面体PCC的微孔中。而GCC是实心颗粒,温度升高时并不会对施胶产生影响。


填料的碱度


在相同pH值下,不同溶液对AKD的水解影响不同,而这正是由于碱度的不同造成的。一般来说,可溶性碱度是保持稳定的系统pH值、增加AK 施胶效率和减少明矾负面影响的最容易的方法,CaCO3作为AKD施胶纸张的填料时能够将碱度调到最佳范围( 如50~200mg/L) 。


然而如果由于不充分的CO2或其他技术原因使最后的中和作用不完全,则过量的Ca(OH)2将导致很高的碱度,从而导致施胶逆转。


填料与施胶剂的反应


CaCO3可赋予纸张各种使用性能,如较高的白度、较好的光散射系数和油墨吸收性等,是造纸工业理想的填料。


然而由于传统的松香-明矾施胶系统呈酸性,CaCO3会分解放出CO2而产生大量泡沫;松香皂还会与Ca2 + 反应产生沉淀,严重影响施胶效果和纸机的正常运行。另外,涂布纸和中性纸均含有大量CaCO3,由于废纸和再生纤维的大量回用,使CaCO3被带入抄纸系统,在酸性施胶中会导致施胶困难。


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