多孔硅酸钙/纤维复合结构的形成及其对纸张强度的影响

摘要

粉煤灰是燃煤火电厂产生的一种粉状工业固体废弃物，产排量大，综合利用率低，占用土地，污染环境。研究开发粉煤灰基多孔硅酸钙填料（FACS）用作造纸加填是粉煤灰资源化利用与新型造纸填料开发相结合的重要举措，同时对于节约土地资源和保护环境具有重要意义。
　　论文通过与沉淀碳酸钙（PCC）、研磨碳酸钙（GCC）对比研究了 FACS填料的加填特性及填料粒径、加填方式对成纸性能的影响。确定了由共磨加填引出 FACS与纤维形成的复合结构是 FACS加填纸在高松厚度下，能够保持较高强度的原因。研究共磨加填工艺的转数、填料/纤维质量比对成纸强度性能及复合结构的影响，采用填料/细小纤维预絮聚的加填方式，强化填料/纤维复合结构，优化预絮聚加填工艺，并且对复合结构的形成及强化机理进行探讨。
　　实验结果发现，FACS为多孔蜂窝状结构， GCC呈不规则块状结构， PCC呈现为针形或偏菱形。与 GCC、PCC相比， FACS填料具有多孔、体积大、蓬松质轻、设备磨耗低等特点。在相同填料含量下， FACS填料加填纸的抗张强度比 PCC约低4％，但是松厚度比PCC高出19%，松厚度优势明显。此外还研究了不同粒径 FACS填料的加填特性。FACS0通过研磨7min、30min、140min，分别得到FACS1、FACS2、FACS3，从 FACS0到 FACS3，加填纸的松厚度逐渐降低，FACS3的抗张指数最高，FACS0次之。
　　探讨了加填方式对 FACS加填纸性能的影响。采用共磨加填方式，可以提高成纸的紧度，松厚度下降约0.5cm3/g，成纸强度提高约8N·m/g，白度和不透明度也得到一定改善。采用 FACS填料与细小纤维通过 CPAM预絮聚的加填方式，加填纸松厚度降低较少，而纸张抗张得到明显改善，提高了将近10 N·m/g。
　　填料与纤维共磨工艺可以形成纤丝缠绕包裹 FACS填料的 FACS/纤维复合结构，促进成纸强度性能提高。提高共同磨浆转数，加填纸的光学性能显著提高，松厚度降低，而成纸强度逐渐增加。最优的共磨转数为5000r，抗张指数为31.6N·m/g，松厚度为2.28cm3/g，白度为83.5I%SO，不透明度为86.3%。增加共磨转数，有利于提高FACS/纤维复合结构的数量及紧密程度。降低共磨浆料悬浮液的填料/纤维比有利于减小 FACS填料的颗粒粒径、提高纸张紧度、改善成纸强度、提高光学性能。
　　研究了 FACS/纤维复合结构的形成机理。共磨过程中，FACS填料粒径变小，纤维分丝帚化产生纤丝，在这个过程中，产生的纤丝通过缠绕包裹填料，或通过纤维穿插形成 FACS/纤维复合结构。共磨后小颗粒的 FACS填料更易与纤维发生交织缠绕，形成更多更紧密的复合结构，在填料吸附点，纤维可以通过填料表面的纤丝形成氢键结合，从而促进改善成纸强度性能。
　　采用填料/细小纤维预絮聚工艺对 FACS/纤维复合结构进行强化研究。通过预絮聚正交试验，得出最优水平为细小纤维用量为11%， CPAM用量为0.05%，搅拌速度为300r/min，絮聚时间为5min。FACS预絮聚加填与传统的浆内加填相比，松厚度有所下降，约0.1～0.3cm3/g，而强度和光学性能优势明显，抗张强度提高4～8 Nm/g。从絮聚所产生的细小纤维/FACS填料复合结构的数量及质量的角度分析，适宜的细小纤维用量为6%左右。增加细小纤维用量，成纸抗张强度、内结合强度、不透明度不断提高，松厚度、撕裂强度先增大强度呈现后降低的趋势。
　　观察成纸微观形貌可以发现，通过细小纤维/填料预絮聚，形成了两种强化的填料/细小纤维复合结构，一种是细小纤维与多个小颗粒填料形成大粒径的絮聚团，一种是细小纤维粘连填料和长纤维的复合结构，结构更加紧密，纤维间有效结合点更多，有效的提高 FACS填料加填纸的成纸强度。

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1造纸填料应用及发展现状

1.2粉煤灰基硅酸钙填料研究进展

1.3填料加填方式对纸张强度的影响

1.4课题研究的目的、意义及研究内容

2 FACS填料加填特性与成纸性能研究

2.1 前言

2.2 实验材料及方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 FACS /纤维复合结构的形成及其对成纸性能的影响

3.1 前言

3.2 实验材料及方法

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

4 FACS/纤维复合结构的强化及其对成纸性能的影响

4.1前言

4.2实验材料及方法

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5 结论

5.1 主要结论

5.2 本论文的创新点

5.3 不足之处及对今后工作的建议

致谢

参考文献

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