镁铝水滑石对纸张性能的影响

镁铝水滑石对纸张性能的影响

羟基滑动物（ht）是一个具有层状微孔结构的双羟基金属配合物。分子的总公式为[p2-1-xmx3+（h）2]（an-1）x-ny2o。其中，m2和3m代表两个或三个金属离子的价格。a-1可以在co32、so42和no3之间交换离子，x在0.12和0.80之间，y在0.6之间。Mg与Al摩尔比为3~7均可制得镁铝水滑石,其结构如夹心面包,两边由二价和三价的金属离子正电荷片组成,中间是阴离子和水分子,其中OH–八面体围绕着金属离子,形成“公用桥”,因而镁铝水滑石表面呈强碱性,且比表面积大。HT的特殊结构和性能使它具有多种用途:(1)用作塑料、橡胶、化纤等高分子材料的阻燃、稳定、绝缘、着色、抗紫外线等多功能填充改进剂;(2)用作染料、涂料、油漆、油墨、化妆品等日用化工原材料;(3)用作印染废水处理剂、放射性废水处理剂、污染净化絮凝剂;(4)用作化工催化剂载体和芳构化催化剂;(5)用作多种材料的改进剂和中间体。HT在造纸工业中也具有潜在的应用前景。HT胶体因铝对镁的同晶置换而带有永久性正电荷,且具有纳米尺度,因而可作为阳离子微粒与阴离子聚丙烯酰胺组成阳离子微粒助留体系。利用HT胶体作为乳化与稳定剂可以制备松香乳液。利用纤维填充技术,可以在纤维的细胞腔或细胞壁中原位生成HT来制备阻燃纸。基于对HT结构与性能的分析,认为HT具有直接作为造纸功能填料使用的可能性,预期可赋予纸阻燃、保温、耐光老化、抗静电等性能,并可望实现自留着和阴离子垃圾的捕集,从而提高系统封闭程度。本研究着重考察了HT作为造纸阻燃填料使用的可能性以及对纸及纸板相关性能的影响。1实验1.1试剂:阳离子聚丙烯酰胺pam浆料:加拿大进口漂白针叶木硫酸盐浆,浆板白度87%,采用ZQS2-23打浆机打浆至35ºSR。试剂:氢氧化钠、盐酸、硫酸、高岭土均为分析纯;滑石粉为化学纯;阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)由Ciba精化(中国)有限公司提供,相对分子质量在800万左右;HT由大连富美达新材料科技有限公司提供;沉淀碳酸钙(PCC)由桂林五环实业开发有限公司提供。1.2配制0.5%浓度的水剂称取一定量的浆料(以绝干浆计),放入烧杯中,配成浆浓2%的悬浮液,用电子恒速搅拌机搅拌3min使浆分散均匀,转速为400r/min。将填料分散于水中,配成1%浓度(质量分数),搅拌均匀。提前14h将CPAM配成0.1g/L的溶液。将填料悬浮液摇匀后立即取所需体积,加入纸浆中(根据需要决定是否添加0.025%的CPAM)搅拌3min,使其混合均匀。在纸样抄取器ZQJ1-B-Ⅱ上按标准方法抄取纸张。将成形的纸张置于ZQYCⅡ油压机上压榨,一次压榨3min,二次压榨2min,压力控制在0.5MPa左右。将压榨后的纸张放在照片上光机上烘干,备用。按GB/T10739—2002标准方法处理纸张。1.3分析与检测1.3.1物理分辨率检测纸及纸板的定量、抗张指数、耐破指数、灰分等均按国家相关标准方法进行检测。HT的留着率参照文献的方法计算。1.3.2氧指数法测定氧指数纸或纸板恒湿24h后,切成120mm×15mm大小,再恒湿24h,采用JF-3氧指数仪测定氧指数。对纸及纸板来说,通常认为氧指数在25%以上即达到难燃级。2结果与讨论2.1ht对纸张性能的影响2.1.1ht添加量不透明的测试由图1可以看出,随着HT添加量的增加,纸的不透明度有所提高,提高了2~5个百分点,不透明度在HT添加量为15%时达到峰值,随后趋于平稳,当镁铝水滑石的添加量为45%时,不透明度降低。纸的白度在HT添加量为5%时最低,随着HT添加量的增加,白度略有波动,在HT添加量为25%时白度达到峰值,比空白样的白度提高2个百分点。2.1.2纸张的抗张和耐破指数由图2可以看出,随着HT添加量的增加,纸张的抗张指数和耐破指数均在不断降低。HT的加入使纤维-纤维的结合变成纤维-HT-纤维的结合,导致强度降低。2.2结合收率的比较2.2.1风-施用法提取ht在合成HT中,Mg与Al的摩尔比可在较大的范围内变化,但因共享边的Mg(OH)6八面体是不显电性的,而Al(OH)6八面体带有正电,HT胶体和纤维、细小纤维之间具有很强的吸附作用。由图3可以看出,未加CPAM的情况下,当HT的添加量小于15%时,HT的留着率都在82%以上,之后,随着HT添加量的增加,留着率有所下降。添加CPAM时,HT留着率均在80%以上,当HT添加量为5%时,HT几乎不流失,留着率接近100%。添加量在30%以内时,HT的留着率均在90%以上。2.3不同填充材料的使用性2.3.1不同配比对ht留着率的影响由表1可以看出,当填料添加量为15%时,不添加CPAM助留剂,高岭土和碳酸钙的留着率很低,只有30%左右。添加CPAM时,留着率能得到提高,高岭土的达到80%,碳酸钙的留着率达到66%,而滑石粉的自留着性能相对较好,能达到67%,添加CPAM能使其留着率提高到80%。相比而言,不添加CPAM助留剂时,HT的留着率达82%,添加CPAM,HT留着率提高了7个百分点。当填料添加量为45%时,均添加了CPAM,其中滑石粉和碳酸钙的留着率稍高些,在85%左右,HT比它们约低5个百分点,高岭土的留着率最低,只有73%。2.3.2钙、ht用量对纸质的影响从表1可以看出,高岭土、滑石粉、碳酸钙、HT的添加都能使纸的不透明度提高,在白度方面,HT的效果不及高岭土和碳酸钙,但是也能保持纸张的白度不降低。2.3.3填料的加入量由表1可以看出,滑石粉添加量为15%且添加CPAM时,纸的紧度基本保持不变,其他情况下填料的加入均导致纸的紧度、抗张指数和耐破指数降低。综上所述,HT具有传统填料的一般性能,对纸张性能的影响基本与传统填料相似。2.4添加填充材料或纸的氧指数的影响2.4.1不同用量中纸氧指数的变化从图4可以看出,不添加CPAM时,随着HT添加量的增大,氧指数随之增大,HT添加量为40%时,纸氧指数达到25.1%,达到难燃级。添加CPAM助留剂时,纸氧指数随着HT添加量的增大先是呈增大趋势,最后略有降低,HT添加量为30%时,氧指数达到26.2%,达到难燃级。从图5可以看出,是否添加CPAM基本不影响HT的含量与纸氧指数的线性关系。纸氧指数随着HT含量的增加而增大。从表2可以看出,不添加CPAM时,HT留着率随着纸张定量的增大而增大,定量为240g/m2时,达到纸板级,HT几乎不流失,留着率达到100%。不添加HT时,定量对纸氧指数影响不大,氧指数均小于20%,属于易燃级。HT添加量为30%时,随着定量的增大,纸氧指数先增大,然后趋于平缓,定量为60g/m2时,纸处于易燃级,而当定量大于120g/m2时,纸氧指数均大于25%,达到难燃级。定量为240g/m2,HT添加量为20%时,氧指数接近25%,HT添加量大于20%时,氧指数将超过25%,达到难燃级。2.4.2不同填充材料对纸氧指数的影响从表3可以看出,高岭土、滑石粉和碳酸钙均不具有阻燃性能。3风-液料-ht添加量的影响3.1添加HT可提高纸张的不透明度,但使纸张的强度降低,这些作用与传统填料相似。3.2HT具有一定的自留着性能,当添加量小于15%时,HT的留着率保持在80%以上,添加0.025%的CPAM可进一步提高HT的留着率