纤维水镁石与硅灰石在造纸工业中的应用试验研究

摘要

纸张是人类生产和生活的必需品，通常是以木浆和草浆等植物纤维原料生产的，需要消耗大量木材，生产过程中还排出大量的“废液”污染环境。随着社会经济的快速发展，寻找价格低廉可以部分代替植物纤维，改善纸品性能又不污染环境的新的造纸原料，成为造纸业梦寐以求的事情。 本文对纤维水镁石与硅灰石的试样特性，纤维水镁石分散提纯与硅灰石改性的工艺条件，矿物纤维与植物纤维复合抄纸进行了试验研究。通过对纤维水镁石的分散提纯实验，得出实现其良好分散提纯的最佳工艺条件：选用阴离子表面活性剂OT为分散剂，配制1％浓度的水镁石浆料，水镁石与分散剂OT质量比为1：0.10，浸泡20h，用高速分散机以1000r/min的转速搅拌40min。静置一段时间，离心脱水、烘干。硅灰石与植物纤维复合前，选用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)对硅灰石进行改性，降低了硅灰石的表面ζ电位，增强了与植物纤维的结合强度。 矿物纤维与植物纤维的复合抄造试验结果表明：碳酸钙、滑石粉等填料的加入，使纸张的强度明显降低，留着率较低。未改性硅灰石的加入同样降低了纸张的强度性能，留着率也较低。改性硅灰石与植物纤维复合后，大大提高了硅灰石在纸张的留着率，强度指标也有所提高，其添加量可以达到40％左右。水镁石纤维的加入，与加入的碳酸钙、滑石粉填料相比，其耐折度、撕裂度、留着率等均有较大提高，加入量为30％以下时，耐折度比添加改性硅灰石的要好，留着率相对都较高，综合考虑水镁石的添加量可以达到30％左右。纤维水镁石/改性硅灰石的添加，除伸长率降低外，其它指标相对较高。纤维水镁石/海泡石与植物纤维的复合，除耐折度较小外，其它指标都较高，尤其是留着率大大提高。当纤维水镁石或海泡石的添加量达到80％时纸张的烧失量都较小，因此可以用来生产耐高温纸。 从纸片的SEM扫描电镜照片可以看出，矿物纤维与植物纤维搭结成网络结构，良好地交织在一起，因此可以提高与植物纤维的结合强度和留着率。通过对复合纤维抄纸性能的机理研究，得出不同界面有着不同的界面机理。改性硅灰石与植物纤维之间主要是靠静电力和氢键力起作用，水镁石与植物纤维复合以及FB/海泡石与植物纤维复合主要靠纤维间的交织力等。鉴于矿物纤维在复合造纸方面的优良特性，可替代部分植物纤维造纸，将有非常广泛的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1概述

1.1.1非植物纤维在造纸工业中的应用

1.1.2造纸工业对环境的影响

1.1.3矿物复合纤维用于造纸的研究意义

1.1.4矿物纤维在造纸中的应用现状

1.1.5纤维水镁石的国内外研究现状

1.2本课题研究的目的、意义和研究内容

1.2.1研究目的和意义

1.2.2研究内容

第2章 试验原料、设备及研究方法

2.1试验原料

2.2试验药剂

2.3试验设备

2.4试验流程

2.5试验研究方法

2.5.1矿物纤维的提纯、分散及评价方法

2.5.2矿物纤维的改性与评价方法

2.5.3抄纸试验

2.5.4纸片性能测试

第3章 试样特性研究

3.1纤维水镁石

3.1.1纤维水镁石的晶体结构

3.1.2纤维水镁石的性质及应用

3.1.3纤维水镁石的化学组成

3.1.4纤维水镁石的矿物组成

3.1.5纤维水镁石的表面电性

3.1.6纤维水镁石的形貌特征

3.2硅灰石

3.2.1硅灰石的晶体结构

3.2.2硅灰石的理化特性

3.3海泡石的形貌特征

3.4植物纤维

3.4.1植物纤维的主要成分与分子结构

3.4.2植物纤维的理化性能

3.4.3植物纤维形貌分析

3.5小结

第4章 矿物纤维的分散提纯与改性

4.1纤维水镁石的分散提纯

4.1.1分散剂种类的确定

4.1.2分散剂用量的影响

4.1.3搅拌速度的影响

4.1.4搅拌时间的影响

4.1.5浸泡时间的影响

4.1.6超声波对纤维分散效果的影响

4.2硅灰石改性

4.2.1硅灰石的超细粉碎

4.2.2硅灰石的改性研究

4.3小结

第5章 矿物纤维与植物纤维的复合抄纸与性能测试

5.1矿物纤维原料与植物纤维复合的试验流程

5.1.1纤维原料

5.1.2实验流程

5.2矿物纤维与植物纤维复合抄纸的实验室试验

5.2.1单一植物纤维及添加填料的实验室试验

5.2.2硅灰石与植物纤维的复合

5.2.3纤维水镁石与植物纤维的复合

5.2.4纤维水镁石/硅灰石与植物纤维的复合

5.2.5纤维水镁石/海泡石与植物纤维的复合

5.2.6纤维水镁石耐高温纸的初步试验研究

5.3 SEM扫描电镜分析

5.4小结

第6章 分散、改性与复合的机理探讨

6.1 OT渗透剂对纤维水镁石的分散机理

6.2硅灰石改性机理

6.3界面作用机理

第7章结论

致谢

参考文献

附录