钛白粉在装饰原纸中的应用

钛白粉在装饰原纸中的应用

装饰板是一种广泛应用于建筑、家具和装饰的木质装饰板。装饰板的加工已经广泛采用先进的短周期高压三聚氰胺树脂浸渍贴面生产工艺,它以加工工艺简单和成本低的优势得到迅速发展。装饰原纸是生产装饰板的基本材料,因此装饰原纸的性能一方面要满足装饰板材生产过程的需要,即具有一定的湿强度及良好的吸收性;另一方面要有好的外观质量,即较高的白度、优良的覆盖性及表面平整性。目前,国内生产用于高压三聚氰胺树脂浸渍贴面装饰板的装饰原纸的厂家不多,而且生产的原纸存在着灰分含量较低,遮盖能力、吸水能力差和强度低等缺陷,在产量上也不能满足市场的需要,因此我国仍需进口产品。目前国外的装饰原纸正向低定量、高灰分、强度好的方向发展。本研究旨在从我国的装饰原纸技术现状出发,探讨影响装饰原纸性能的因素,为提高我国装饰原纸的质量及技术水平提供理论依据。1原料和方法的实验1.1原材料(1)白色砂浆材料巴西桉木浆、乌克兰针叶木浆(以下简称为乌针);(2)救济措施阴、阳离子型的高分子聚合物;(3)ph值液体硫酸铝,浓度为7.48%(氧化铝计);(4)湿药PPE;(5)阳离子洗剂粉状高分子化合物;(6)钛白粉主要品牌如表1。1.2分散剂和阴离子助留剂用量的确定(1)浆料的打浆:陕西科技大学机械厂生产的23L打浆机;(2)抄片:采用国产的标准抄片器;(3)成纸的定量、裂断长、耐破指数、白度、不透明度、灰分、pH值等均按国家标准方法进行;(4)钛白粉的分散:将己称取好的分散剂加到一定体积的水中,搅拌均匀后再加入已称量好的钛白粉,在一定的搅拌速度下搅拌5~10min。(5)吸水高度的测定:按国家标准采用毛细管吸收速度法进行测量。(6)抄片前浆料的准备流程如图1。其中:分散剂的用量为钛白粉的1.5%(对钛白粉绝干量),阳离子助留剂的用量为0.05%(对绝干浆量),阴离子助留剂的用量为0.07%(对绝干浆量),硫酸铝的用量为将浆料体系pH值调节到5.0左右时的用量。(7)留着率的计算方法:留着率计算公式:D=A+η%(1−C)1+η%D=A+η%(1-C)1+η%RT=(B-A)(1-D-C)(D-A)-1(1-B-C)-1×100式中RT——留着率A——未加填浆料灰分按GB742-79测定B——成纸纸样灰分按TAPPI标准T4130m-85测定((575±25)℃)C——填料的灼烧损失,参照《制浆造纸分析与试验》D——加填后浆的灰分即纸料的灰分η%——加填量(加入填料的量相对于绝干浆的量)2结果与分析2.1不同纤维的组合对钛白粉的留在率和成纸物理性能的影响2.1.1不同纤维配比的纸页性能以往的研究实验表明,生产装饰原纸所用的纤维种类及纤维配比对装饰原纸的性能有非常重要的影响。在抄造装饰原纸时,一般使用阔叶木与针叶木配合的浆料组合,以取得性能与成本的优化。在本实验中,阔叶木选用巴西桉木,针叶木选用乌克兰针叶木。表2为不同纤维配比的抄纸性能结果。从表2可知,随着长纤维比例的增大,纸页强度(裂断长、耐破度)也有所提高,不透明度增大后减少,而对白度的影响较少。综合裂断长、耐破指数、不透明度3个指标,按木浆的比例为70%~80%、乌克兰针叶木的比例为20%~30%较为合适。2.1.2纸页物理性能相关研究表明:短纤维对填料的留着效果往往比长纤维的留着效果好,因为短纤维有着比较好的表面吸收性能,但是由于其纤维较短,成纸强度较低,所以在纤维配比中适当增加一些长纤维,可以保证在较高的填料留着率下有较高的纸页物理性能。表3、表4显示了不同纤维配比下分别加填R244、R902钛白粉的留着率和成纸性能结果,表5为不同纤维配比下的填料留着率的实验结果。并由表3、表4的结果作图2。从表3、表4和图2可知:无论加填哪种钛白粉,随着长纤维含量的增加,纸页强度(裂断长、耐破指数)都有所提高;白度和不透明度的基本趋势都是先增加后降低,但是变化甚微。对纸页的吸水高度几乎没有影响。表5为不同纤维配比下纸页的填料留着率。由表5可知,钛白粉留着率一般随着桉木浆含量的减少而减少。当桉木浆配比低于80%时R902的留着率下降更为明显,考虑到生产效率及成本因素,综合纸页强度和钛白粉留着率,选择桉木浆的比例为80%。2.2金红石、钛矿、板钛矿钛白粉是生产轻型装饰原纸不可缺少的基本原料,对装饰原纸的遮盖性能有决定性的作用,因此,在高钛白粉含量的装饰原纸的抄造过程中,钛白粉的分散好坏直接影响轻型装饰原纸的性能。二氧化钛(titaniumdioxide)俗名钛白或钛白粉,在自然界有金红石、锐钛矿和板钛矿3种矿石。纸张填料一般选用锐钛矿型二氧化钛,它是由钛铁矿用硫酸分解和除杂经水解制取的,相对密度3.84,折射率2.55,平均粒度0.3~0.35μm,且白度极高,价格相对较低。为了探讨钛白粉混合及分散条件对成纸性能的影响,采用四因素三水平的正交实验,试验结果见表6,试验结果统计极差分析见表7,参数优化分析见表8。从表7中可知,在钛白粉分散时,分散温度对裂断长的影响最大,其他依次是分散时间、分散浓度和分散速度;分散(搅拌)速度对灰分或者留着率影响最大,其次是分散时间、分散浓度和分散温度;而耐破指数受分散浓度的影响最大,其次是分散时间、分散温度和分散速度。又从表8的优化结果可知,采取5%的浆浓,在30℃室温下中速搅拌15min的分散工艺可取得较好结果。2.3硫酸铝体系中zeta电位的影响由于纸浆是悬浮液,是液、固、气的三相体系,纤维表面均带有电荷(通常是负电荷),带电荷的表面自然会吸附溶液中的异电离子,在其周围形成由紧密层和扩散层组成的“双电层”结果。当固体运动时,紧密层和扩散层之间会产生界面,此界面上的电位被定义为Zeta电位。实践证明:浆料体系的Zeta电位对填料留着有重要影响。一般而言,在等电点附近,可以取得最佳絮聚即该点留着率最高。因此在本部分实验中用硫酸铝调节浆料pH值,以探讨浆料体系pH值对钛白粉的留着和成纸性能的影响,实验结果见表9、图3。由表9、图3可以看出:对钛白粉加填,加入硫酸铝用量为1.1mL即pH值为5.0时,成纸的强度和留着率均最佳。这是由于纤维和填料在溶液中都带负电荷,相互排斥而难以直接吸附,加入硫酸铝后,产生了带正电荷的水合铝离子,填料粒子吸附铝离子而带有正电荷,因而沉降到带负电荷的纤维上而得以留着。又从表10可知,浆料体系的pH值对钛白粉的留着影响较大,对上述试验采取的助留系统而言,浆料体系的pH值在5.0时,钛白粉的留着率最高。2.4湿纸成形时钛白粉的性能填料的颗粒大小、几何形状以及填料表面电荷等因素都对填料留着效果有较重要的影响。不同种类的填料其留着率的高低与填料的形状有关。非球形填料,由于不易沉淀而易附着在纤维上,在湿纸成形时也易被截留在纸页中,流失较小。颗粒越小,比表面积越大,吸附能力越强。不同厂家生产的钛白粉其性能有所不同。实验比较结果见表11。由表11可以看出:R-902型钛白粉的留着率达到89%,不透明度达到了99.05%,分别是各种试样中最好的,其裂断长略低,这是因为纸页内填料含量增加,使纤维间的接触面积减少,而纸页的强度主要依赖于纤维间的结合力,所以纸页强度会下降。因此,在选择钛白粉时要综合考虑不同厂家钛白粉的质量和成本,尤其是钛白粉的粒径及粒径分布、形状、白度等给成纸带来的影响。2.5水质和水温对纸的性能的影响2.5.1钛白粉的分离纯化当水中含有Fe2O3等物质的时候,在阳光的照射下会使钛白呈现肉红色,且有光色互变现象;如当水中含有MnO2时候,会使钛白呈现灰红色,但无光色互变现象。并且由于Ca2+、Mg2+的存在,当加入钛白粉时,这些离子要与硫酸根离子发生沉淀反应而导致钛白粉沉淀。为了探讨水质对装饰原纸性能的影响,进行了自来水和蒸馏水的比较实验,结果见表12。由表12可知:水质对裂断长、白度、耐破度、留着率的影响都比较大。蒸馏水抄造的纸的裂断长比普通水的略差而耐破指数和留着率则略高,其原因有待深入研究。2.5.2成纸物理性能考虑到装饰用纸的性能及用途,在生产时注意气候的变化对装饰用纸性能的影响,以便于在不同的季节制订生产条件,满足使用者的需要。表13为在18℃和28℃下抄造纸页的成纸物理性能。从表13可见,温度对成纸性能有一定的影响。随着温度的上升,裂断长和耐破指数都有所增加;而且在较高温度下,留着率也较高;温度对白度和不透明度的影响不大。2.6阳离子高分子助剂高分子聚合物的助留作用一般是按照镶嵌机理和桥联机理进行的。由于纤维、填料和助留剂均带负电性,难以有效联接,加入的电荷密度较高的阳离子聚合物,吸附于微粒表面,形成某些局部的强阳电荷区,使阴离子型高分子聚合物助留剂能牢固地吸附于此强阳电荷区,加强纤维?填料?聚合物之间的架桥及补钉作用,从而提高填料的留着。表14为加入阳离子型高分子助剂的成纸性能。由表14可知:添加阳离子高分子化合物助剂有利于纤维强度和留着率的升高,但对纤维光学性能如白度和不透明度的影响并不明显,这是因为加入阳离子助剂后,加强了纸页成形时纤维?填料?聚合物之间的相互作用。由于阳离子高分子化合物对细小纤维的吸附作用,及细小纤维较大的比表面积,增加了纤维间的键合面积,纤维表面的羟基靠得更紧,为更多的氢键结合创造了条件,故不但增强了助留效果,而且增强了成纸强度。因此在抄纸过程中加入阳离子高分子聚合物对成纸性能起到很好的作用。3纤维配比和工艺3.1在钛白粉分散时,分散温度对成纸的裂断长的影响最大,分