滑石粉顆粒尺寸與預(yù)絮聚在提高紙張性能中所起的作用

造紙過程中加入礦物質(zhì)填料可以提高紙張的光學(xué)和印刷性能、降低能源成本。傳統(tǒng)方法加填有一些缺點(diǎn)，比如會(huì)降低紙張強(qiáng)度；填料越細(xì)小，強(qiáng)度損失越大?，F(xiàn)今報(bào)道了多種用于克服或弱化這一缺點(diǎn)的方法和材料，但是成本較高。該文所述方法為解決這一問題提供了經(jīng)濟(jì)可行的解決方案：造紙過程中使用不同用量的兩性淀粉預(yù)絮聚不同顆粒尺寸的天然滑石粉加填。結(jié)果表明：與天然滑石粉相比，使用預(yù)絮聚滑石粉加填提高了填料的留著率、紙張強(qiáng)度和紙張的疏水性；添加同量預(yù)絮聚滑石粉，紙張的光學(xué)性能未發(fā)生改變；與粗大天然滑石粉相比，在紙張灰分含量基本相同的情況下，顆粒相對(duì)細(xì)小的預(yù)絮聚滑石粉可以提高紙張的不透明度和強(qiáng)度。

紙張中添加礦物質(zhì)填料可以降低生產(chǎn)成本、提高紙張的功能特性和光學(xué)性能；然而，填料的添加會(huì)降低紙頁中纖維之間的結(jié)合，導(dǎo)致紙張強(qiáng)度降低，并且這一效應(yīng)隨著填料顆粒尺寸的減小而增大；同時(shí)，填料的添加會(huì)增加施膠化學(xué)品的用量。

研究人員研究開發(fā)了多種技術(shù)以克服傳統(tǒng)方法加填的缺點(diǎn)，也研究了多種方法來提高填料的添加比例，同時(shí)減小對(duì)紙張性能造成的不利影響。這其中包括：使用濕部化學(xué)品（比如專用干強(qiáng)劑）、在纖維內(nèi)腔/細(xì)胞壁中填充填料；通過將填料與細(xì)小纖維/原纖維預(yù)混合或使填料顆粒原位沉淀在細(xì)小纖維/原纖維上使紙漿細(xì)小纖維與填料絡(luò)合；使用新型填料（比如淀粉基生物可降解有機(jī)填料）和具有特殊性能的高長徑比纖維無機(jī)填料對(duì)纖維進(jìn)行改性；以及對(duì)填料進(jìn)行改性/預(yù)處理/預(yù)絮聚等。

研究人員也對(duì)不同等級(jí)填料的改性進(jìn)行了研究。中性和堿法造紙中使用的填料主要有滑石粉、含水高嶺土、煅燒高嶺土、研磨碳酸鈣、沉淀碳酸鈣、二氧化硅和二氧化鈦?，F(xiàn)已報(bào)道了對(duì)高嶺土、研磨碳酸鈣和沉淀碳酸鈣開展的改性研究工作?；垭m然是一種優(yōu)質(zhì)的填料，但是對(duì)滑石粉和滑石粉改性的研究并不多見。原因可能是滑石粉具有較高的留著率，并且由于其顆粒相對(duì)粗大，因此對(duì)強(qiáng)度性能的負(fù)面影響相對(duì)較小，尤其是當(dāng)填料顆粒形狀和填料添加量保持不變時(shí)。

預(yù)絮聚技術(shù)涉及無機(jī)化合物，天然和合成聚合物，表面活性劑、膠乳的使用，疏水化處理，陽離子化處理，表面的納米結(jié)構(gòu)化以及物理改性。有關(guān)滑石粉的預(yù)絮聚及其在造紙中的應(yīng)用研究的報(bào)道尚不多。近來，有研究報(bào)道稱使用陽離子型十二烷基三甲基溴化銨（CDTAB）對(duì)埃及滑石粉改性可以提高滑石粉的結(jié)合能力，并且可以顯著提高紙張的強(qiáng)度；他們還使用鄰苯二甲酸酐對(duì)滑石粉改性，與天然滑石粉相比，改性后的滑石粉用作內(nèi)部施膠劑造紙，提高了紙張的機(jī)械性能和穩(wěn)定性。另有研究報(bào)道了一種方法并已申請(qǐng)專利，該方法通過用鈦鹽和鈦配位劑對(duì)填料改性提高滑石粉填料的光學(xué)性能。還有報(bào)道稱在受控的試驗(yàn)條件下，改性后的滑石粉可以使填料留著率提高約30%。

本研究的目的是探究使用兩性淀粉預(yù)絮聚不同顆粒尺寸滑石粉加填對(duì)紙張性能的影響，同時(shí)在相同灰分含量下，對(duì)比了天然滑石粉和預(yù)絮聚滑石粉加填紙張的性能。

1　試驗(yàn)

1.1紙漿

混合闊葉木化學(xué)漿（50%桉木漿、35%白楊木漿和15%竹漿），使用加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度（CSF）測(cè)試儀按照TAPPI T 227 om-09《紙漿的游離度（加拿大標(biāo)準(zhǔn)方法）》測(cè)得紙漿的初始游離度為620 CSF，在PFI磨中按照TAPPI T 248 sp-00《紙漿的實(shí)驗(yàn)室磨漿（PFI磨漿方法）》磨漿后游離度降低至430 CSF。

1.2化學(xué)品

滑石粉填料，為3種顆粒尺寸分布（PSD）類型的干燥滑石粉粉末，按照顆粒尺寸遞減的順序命名為天然滑石粉1、天然滑石粉2和天然滑石粉3。

兩性淀粉（AS），工業(yè)級(jí)，采用高效液相色譜技術(shù)測(cè)得其相對(duì)分子質(zhì)量為170，取代度為0.04（陽離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)的取代度均為0.02），在溫度95℃下熬煮20 min使固形物含量為1%（m/V），用于預(yù)絮聚滑石粉。

陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），相對(duì)分子質(zhì)量為100×103。

烷基烯酮二聚體（AKD），其固形物含量為18%（m/V），用量固定為0.5%（m/V），用作漿內(nèi)施膠劑。

滑石粉預(yù)絮聚時(shí)，AS的用量有3種：0.1%、0.4%和0.8%。將干CPAM顆粒和溫度為～40℃去離子水加入燒杯中混合，并以300 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌約30 min，制備0.1%（m/V）的溶液。CPAM結(jié)合天然滑石粉和預(yù)絮聚滑石粉使用時(shí)的用量為280 g/t（漿）。采用Mütek粒子電荷測(cè)定儀測(cè)定淀粉懸浮液和CPAM溶液的陰電荷需求量，采用布氏黏度計(jì)測(cè)定1%AS（m/V）和0.1%（m/V）CPAM的黏度（轉(zhuǎn)速100 r/min、溫度25℃下），其測(cè)定結(jié)果見表1。

表1　陽離子聚丙烯酰胺和兩性淀粉的性能

1.3滑石粉填料及其性能

滑石粉是一種鎂質(zhì)硅酸鹽礦物，化學(xué)性質(zhì)不活潑，是自然界中最柔軟的礦物質(zhì)。鑒于其層狀結(jié)構(gòu)、柔軟性、白度、化學(xué)惰性、低磨損性、高導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性、吸油吸脂和低導(dǎo)電性，滑石粉被廣泛用作填料。

式中：磨耗量，g/m2（以單位面積的質(zhì)量損失表示）；W為質(zhì)量損失，g；A為磨損面積（0.000 305 m2）。

填料的晶體結(jié)構(gòu)使用銅Kα（CuKα）輻射采用X射線衍射法確定。10%填料懸浮液的膠體電荷需求量和Zeta電位分別使用Mütek粒子電荷測(cè)定儀和Zeta電位儀測(cè)定。使用300 μm的篩過濾填料懸浮液（10%，m/V），并測(cè)定濾液的pH。借助手扳壓機(jī)將干燥的填料壓入模具中，并使用Datacolor Spectraflash 300白度儀測(cè)定白度。

根據(jù)米氏散射理論使用激光散射PSD分析儀測(cè)定天然和預(yù)絮聚滑石粉的顆粒尺寸分布。將天然和預(yù)絮聚滑石粉的分散懸浮液稀釋至0.1%（m/V）。使用數(shù)滴稀釋后的混合物制備載玻片，風(fēng)干后用于在圖像分析儀上拍取放大40倍的圖像。

1.4滑石粉的預(yù)絮聚

預(yù)絮聚前，在2 000 r/min攪拌速度下將天然滑石粉分散于蒸餾水中30 min，制得固形物含量為10%（m/V）的懸浮液；然后，將攪拌器速度降至500 r/min，向滑石粉懸浮液中逐漸加入不同量的新熬制AS，再攪拌5 min。

1.5手抄片的抄制與檢測(cè)

濃度為～1.2%的打后漿在3 000 r/min攪拌速度下離解5 min，然后轉(zhuǎn)移到一個(gè)燒杯中，加入天然和預(yù)絮聚滑石粉，以400 r/min速度攪拌。為使紙張灰分含量達(dá)到24%～25%，天然滑石粉1、天然滑石粉2和天然滑石粉3等3種填料的添加量分別為48%、61%和71%；然后，將漿料稀釋至濃度為0.4%，并加入CPAM使纖維細(xì)小組分和填料絮聚。按照TAPPI T 205 sp-02《紙張物理性能檢測(cè)用手抄片的制備》制備定量為60 g/m2的手抄片。按照TAPPI T 211 om-93“木制品、紙漿、紙和紙板中的灰分于溫度525℃下燃燒”在溫度525℃馬弗爐中燃燒紙樣，分別采用公式（2）和公式（3）計(jì)算紙中灰分含量和填料單程留著率（FPAR）。檢測(cè)前，手抄片放于22～24℃下恒溫和48%～52%相對(duì)濕度下平衡水分。

紙張各性能，比如抗張指數(shù)、耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)、z向抗張強(qiáng)度（ZDTS）、不透明度、散射系數(shù)、Cobb60和平均接觸角采用相關(guān)TAPPI/ISO方法測(cè)定。試樣一式3份，試驗(yàn)結(jié)果為平均值。

2　結(jié)果與討論

2.1不同滑石粉的物理和化學(xué)性能

1.用人單位及職工五項(xiàng)社會(huì)保險(xiǎn)費(fèi)和機(jī)關(guān)事業(yè)單位養(yǎng)老保險(xiǎn)。實(shí)行按月征收，個(gè)人繳納部分由用人單位代扣繳并連同單位應(yīng)繳納的統(tǒng)籌部分一并繳納入庫。參保單位可委托銀行托收劃繳，或自行存入社會(huì)保險(xiǎn)經(jīng)辦機(jī)構(gòu)在銀行設(shè)立的社會(huì)保險(xiǎn)基金專戶繳交。

對(duì)填料的多種性能，尤其是PSD、形狀、比表面積、光學(xué)性能和離子行為進(jìn)行表征。填料留著和紙張性能受填料顆粒尺寸的影響較大。表2給出了各種滑石粉的物理、化學(xué)和光學(xué)性能。

表2　不同顆粒尺寸天然滑石粉填料的物理、化學(xué)和光學(xué)性能

由表2可見，天然滑石粉的表觀密度和比表面積隨著顆粒尺寸的減小分別呈減小和增大趨勢(shì)。隨著顆粒尺寸減小，Einlehner青銅線磨耗也略有降低。青銅線磨耗量隨著顆粒尺寸減小，由滑石粉1的26.2 g/m2降低至滑石粉2的22.3 g/m2，再降低至滑石粉3的19.7 g/m2。使用X射線衍射儀測(cè)得滑石粉的晶體結(jié)構(gòu)為薄片狀。由其膠體電荷需求量和Zeta電位可以看出所有滑石粉填料帶負(fù)電荷。在所考察范圍內(nèi)，膠體電荷需求量與滑石粉的顆粒尺寸成反比，因有更多氧化表面暴露，所以其隨著顆粒尺寸減小而增大。所有礦物填料本身呈堿性，pH范圍為9.0～9.3。

2.2預(yù)絮聚滑石粉的性能

表3給出了天然滑石粉使用不同用量AS預(yù)絮聚對(duì)滑石粉平均顆粒尺寸的影響。表中：“用0.1%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉2”簡稱為“滑石粉2（0.1%AS）”；“用0.4%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉2”簡稱為“滑石粉2（0.4%AS）”；“用0.8%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉2”簡稱為“滑石粉2（0.8%AS）”；“用0.1%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉 3”簡稱為“滑石粉3（0.1%AS）”；“用0.4%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉3”簡稱為“滑石粉3（0.4%AS）”；“用0.8%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉3”簡稱為“滑石粉3（0.8%AS）”；（下同）。

表3　不同顆粒尺寸的天然和預(yù)絮聚滑石粉填料的性能

由表3可見，天然滑石粉使用AS預(yù)絮聚，顆粒尺寸大幅增大。天然滑石粉2的平均顆粒尺寸為7.1 μm，使用0.1%、0.4%和0.8%用量AS預(yù)絮聚后，平均顆粒尺寸分別增大至9.1、10.4和16.3 μm；顆粒尺寸分別增大了28.2%、46.5%和129.6%。天然滑石粉3填料使用AS預(yù)絮聚也有類似效果，顆粒尺寸分別增大了56.1%、75.4%和182.5%。這些結(jié)果表明，相比粗大滑石粉而言，較細(xì)小滑石粉容易預(yù)絮聚。

天然滑石粉和預(yù)絮聚滑石粉的PSD（圖1）證實(shí)了當(dāng)滑石粉用AS預(yù)絮聚時(shí)，其顆粒尺寸增大。圖中：（a）天然滑石粉1；（b）天然滑石粉 2；（c）滑石粉2（0.1%AS）；（d）滑石粉2（0.4%AS）；（e）滑石粉2（0.8% AS）；（f）天然滑石粉3；（g）滑石粉3（0.1%AS）；（h）滑石粉3（0.4%AS）；（i）滑石粉3（0.8%AS）。

圖1　滑石粉預(yù)絮聚對(duì)顆粒尺寸分布的影響

天然和預(yù)絮聚滑石粉的顯微圖像也證實(shí)了天然滑石粉與預(yù)絮聚滑石粉顆粒尺寸的差異，見圖2。圖中：（a）天然滑石粉1；（b）天然滑石粉2；（c）滑石粉2（0.1%AS）；（d）滑石粉2（0.4%AS）；（e）滑石粉2（0.8% AS）；（f）天然滑石粉3；（g）滑石粉3（0.1%AS）；（h）滑石粉3（0.4%AS）；（i）滑石粉3（0.8%AS）。

圖2　滑石粉填料放大40倍的圖像

圖2顯微圖像清楚地表明：天然滑石粉2和天然滑石粉3的絮體尺寸隨著預(yù)絮聚用AS用量的增加而增大；天然滑石粉填料預(yù)絮聚后絮體尺寸的增大幅度遠(yuǎn)大于顆粒尺寸分析得到的。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是樣品制備和測(cè)量步驟有差異。圖像分析時(shí)，在預(yù)絮聚后立即制備載片可以準(zhǔn)確顯示預(yù)絮聚的影響；而在顆粒尺寸測(cè)量方法中，是先將填料懸浮液稀釋保持合適的透射比，通過在測(cè)量儀器中施加所需的剪切力測(cè)定顆粒尺寸。

由于AS本身也具有陽離子性，因此滑石粉的陽電荷需求量隨著AS用量的增多而減?。ㄒ姳?）。這意味著預(yù)絮聚滑石粉的陰離子性較小，有助于抄片過程中更好地與帶負(fù)電荷的纖維相互作用。預(yù)絮聚滑石粉的FPAR高于天然滑石粉的，其最大值分別高于天然滑石粉2和天然滑石粉3的1.9和3.9。天然滑石粉1的顆粒尺寸與使用0.4%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉2和滑石粉3絮體尺寸基本相當(dāng)（均約為10 μm）（見表3）；但是，預(yù)絮聚滑石粉2和預(yù)絮聚滑石粉3的FPAR遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于天然滑石粉1顆粒的，原因可能是與預(yù)絮聚滑石粉2和預(yù)絮聚滑石粉3絮體相比，手抄片抄制過程中天然滑石粉1顆粒的抗剪切能力較高。

為了將上述結(jié)果更好地應(yīng)用到工業(yè)化造紙過程中，我們研究了以500 r/min攪拌速度產(chǎn)生的剪切作用對(duì)絮體尺寸的影響［在2個(gè)濃度水平（10%和2.5%，均為m/V）分析了使用0.8%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉2的中值顆粒尺寸］，結(jié)果見圖3。

圖3　預(yù)絮聚滑石粉懸浮液的攪拌時(shí)間和攪拌速度對(duì)使用0.8%用量AS預(yù)絮聚滑石粉2的中值顆粒尺寸的影響

由圖3可見：不對(duì)預(yù)絮聚滑石粉2（10%和2.5%，均為m/V）進(jìn)一步攪拌時(shí)，中值顆粒尺寸保持恒定不變（16.0～16.3 μm）長達(dá)240 min（研究時(shí)長）；然而，當(dāng)持續(xù)攪拌預(yù)絮聚滑石粉2（10%，m/V）時(shí)，絮體開始破壞，這由中值顆粒尺寸減小可以看出；在時(shí)間達(dá)到180 min時(shí)，可以觀察到時(shí)間和攪拌所產(chǎn)生的負(fù)面影響，這時(shí)中值顆粒尺寸由16.3 μm減小到12.8 μm；除此之外，顆粒尺寸未受到進(jìn)一步影響。這表明當(dāng)漿料被施以工業(yè)化抄紙過程中剪切程度的剪切作用時(shí)，使用AS預(yù)絮聚的較小滑石粉顆粒的FPAR增大量可能低于手抄片試驗(yàn)研究中的，這在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用前還需要進(jìn)一步研究。

2.3預(yù)絮聚滑石粉對(duì)紙張性能的影響

2.3.1紙張的物理性能

當(dāng)紙張中添加有無機(jī)填料時(shí)，尤其是添加量較高時(shí)，由于纖維間的結(jié)合能力降低，無機(jī)填料的加入會(huì)降低紙張強(qiáng)度。使用碳水化合物基聚合物（比如淀粉）預(yù)絮聚的滑石粉可以在預(yù)絮聚滑石粉表面的羥基與纖維素纖維之間形成結(jié)合鍵，產(chǎn)生較好的纖維-填料-纖維結(jié)合，這有助于提高紙張的物理性能。使用淀粉預(yù)絮聚（無論使用何種淀粉）后的填料可以提高紙張的物理性能。針對(duì)陽離子淀粉在填料預(yù)絮聚過程中的效用開展了多項(xiàng)研究，本文研究AS的效用。文章接下來的部分討論了AS在不同顆粒尺寸滑石粉預(yù)絮聚過程中的作用及其對(duì)紙張各物理性能的影響。

表4給出了天然和預(yù)絮聚滑石粉對(duì)紙張抗張指數(shù)、耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)和ZDTS的影響。

表4　使用不同顆粒尺寸天然和預(yù)絮聚滑石粉填料加填紙張的物理性能

由表4可見，紙張中使用AS預(yù)絮聚滑石粉的加填提高了紙張的抗張指數(shù)。預(yù)絮聚滑石粉增強(qiáng)了纖維與纖維的結(jié)合能力，使得紙張強(qiáng)度提高。出人意料地是，抗張指數(shù)隨著滑石粉預(yù)絮聚用淀粉用量的增加而增大。紙張中添加較小顆粒尺寸的天然滑石粉，其抗張指數(shù)減小。與天然滑石粉1相比，紙張中添加天然滑石粉2和天然滑石粉3，其抗張指數(shù)分別減小約16%和18%；然而，與天然滑石粉1相比，添加預(yù)絮聚滑石粉2使紙張抗張指數(shù)提高3.3%。添加預(yù)絮聚滑石粉3的紙張的抗張指數(shù)與添加天然滑石粉1的基本相當(dāng)。細(xì)小顆粒尺寸的預(yù)絮聚滑石粉可以減小紙張強(qiáng)度損失，原因在于天然滑石粉顆粒尺寸減小。添加顆粒尺寸基本相同滑石粉（天然滑石粉1和使用0.4%用量AS預(yù)絮聚的滑石粉2和滑石粉3）的紙張卻具有不同的抗張指數(shù)。如前述所討論的，預(yù)絮聚滑石粉顆粒在抄紙過程中可能發(fā)生一定程度的破碎，提高紙張中纖維間結(jié)合的能力相對(duì)減弱。

紙張的抗張強(qiáng)度取決于纖維本身的強(qiáng)度、纖維間的結(jié)合能力以及纖維中的可用接觸面積。在我們的試驗(yàn)中，填料添加量和紙張定量相同的情況下，所有填料添加方案中纖維本身的強(qiáng)度相同；因此，抗張強(qiáng)度的增大歸功于紙張中添加淀粉預(yù)絮聚的滑石粉后纖維間結(jié)合能力和結(jié)合面積的增大。

由表4還可見，與抗張指數(shù)相同，紙張的耐破指數(shù)在紙張中添加預(yù)絮聚滑石粉后也增大?；垲A(yù)絮聚用AS的用量越大，耐破指數(shù)增大越顯著。添加預(yù)絮聚滑石粉2和滑石粉3填料紙張的耐破指數(shù)分別增大34.1%和23.4%。與天然滑石粉1加填紙張相比，預(yù)絮聚滑石粉2填料加填紙張具有更高的耐破指數(shù)。使用0.8%用量AS預(yù)絮聚滑石粉3加填的紙張的耐破指數(shù)與天然滑石粉2加填紙張的基本相當(dāng)。

紙張的撕裂強(qiáng)度主要取決于纖維長度和打漿程度。填料加填降低了單位質(zhì)量紙張纖維的可用表面積和有效纖維長度和直徑。這反過來降低了填料加填紙張的撕裂強(qiáng)度。由表4還可見，紙張的撕裂指數(shù)隨著填料添加量的增大而減小，加填用填料顆粒越細(xì)小，撕裂指數(shù)減小越顯著。紙張中添加預(yù)絮聚滑石粉時(shí)，撕裂指數(shù)略有增大，但是影響不大。

ZDTS是一個(gè)決定紙張不同層之間纖維間結(jié)合能力的參數(shù)。填料在紙張厚度方向或z向的分布一般不均勻。由表4可見：與其他物理性能類似，相比添加粗大滑石粉紙張的ZDTS，添加細(xì)小滑石粉紙張的相對(duì)較??；紙張中添加預(yù)絮聚滑石粉時(shí)，其ZDTS增大；填料預(yù)絮聚用AS的用量越大，添加預(yù)絮聚滑石粉紙張的ZDTS增大越顯著；與抗張指數(shù)類似，相比天然滑石粉，細(xì)小滑石粉的預(yù)絮聚在增大ZDTS方面更有效；與相應(yīng)天然滑石粉相比，使用預(yù)絮聚滑石粉2和滑石粉3使ZDTS分別增大4.7%和13.8%。在當(dāng)前試驗(yàn)條件下，預(yù)絮聚滑石粉有助于提高紙張不同層之間纖維間的結(jié)合能力。類似結(jié)果在其他文獻(xiàn)中也有報(bào)道。

2.3.2AS用作干強(qiáng)劑和用作滑石粉預(yù)絮聚劑的影響

漿料中加入滑石粉3（71%，以紙漿質(zhì)量計(jì)）前直接加入AS以考察其作為干強(qiáng)劑和滑石粉預(yù)絮聚劑對(duì)紙張物理性能的影響。淀粉（用于預(yù)絮聚滑石粉）基于滑石粉計(jì)算時(shí)0.8%加入量相當(dāng)于基于紙漿計(jì)算時(shí)的0.57%加入量，影響結(jié)果如圖4所示。

圖4　兩性淀粉用作干強(qiáng)劑和滑石粉預(yù)絮聚劑的影響

AS，無論是加入紙漿中還是填料中，均會(huì)提高紙張的灰分含量和物理強(qiáng)度。在其用于預(yù)絮聚滑石粉時(shí)，對(duì)紙張灰分含量和物理強(qiáng)度性能的提高效果相對(duì)更高。由圖4可見：AS直接加入紙漿中時(shí)，使紙張灰分含量提高0.5百分點(diǎn)；用于預(yù)絮聚滑石粉時(shí)，使灰分含量提高1.5百分點(diǎn)；未加淀粉的紙張的抗張指數(shù)為26.9 N·m/g，紙漿和滑石粉中加入淀粉后，紙張抗張指數(shù)分別增大至29.2 N·m/g和32.7 N·m/g；淀粉直接加入紙漿中時(shí)，耐破指數(shù)由1.37 kN/g增大至1.43 kN/g，而等量淀粉加入滑石粉中用于滑石粉預(yù)絮聚時(shí)，耐破指數(shù)增大至1.69 kN/g；對(duì)于撕裂指數(shù)和ZDTS性能，也觀察到類似變化趨勢(shì)；不過，各性能的增大幅度不同。這些結(jié)果表明了AS在抄紙過程中用作滑石粉預(yù)絮聚劑的效用。

2.3.3紙張的光學(xué)性能

鑒于其較細(xì)小顆粒尺寸和較高白度，無機(jī)填料會(huì)提高紙張的光學(xué)性能（比如，散射系數(shù)、不透明度和白度）。表5給出了天然和預(yù)絮聚滑石粉加填紙張的光學(xué)性能。

由表5可見：天然滑石粉1、天然滑石粉2和天然滑石粉3加填紙張的散射系數(shù)分別增大至48.9、55.6和62.4 m2/kg（未加填紙張的散射系數(shù)為36.1 m2/kg）；天然滑石粉2和天然滑石粉3填料的預(yù)絮聚對(duì)紙張散射系數(shù)、不透明度和白度的影響不顯著。絮體尺寸較大和紙張中灰分含量基本保持未變是預(yù)絮聚滑石粉2填料加填紙張散射系數(shù)略有降低的原因。散射性能受到影響是纖維內(nèi)結(jié)合程度提高和紙張松厚度較低所致。有研究報(bào)道：填料顆粒絮聚會(huì)降低紙張中的光散射程度；填料添加量一定的情況下，使用預(yù)絮聚填料加填紙張的不透明度略有增大。表5中添加預(yù)絮聚滑石粉3填料也得到了類似結(jié)果。散射系數(shù)和不透明度分別由62.4 m2/kg和87.3%增大至65.1 m2/kg和88.4%。由表5還可見，在當(dāng)前試驗(yàn)條件下，滑石粉預(yù)絮聚同樣未對(duì)白度造成影響。

表5　不同顆粒尺寸天然和預(yù)絮聚滑石粉填料加填紙張的光學(xué)性能

2.3.4紙張的疏水性

為了解預(yù)絮聚滑石粉對(duì)紙張施膠性能的影響，向添加了天然和預(yù)絮聚滑石粉的漿料中加入固定量（0.5%）的AKD。表6給出了紙張的Cobb60和平均接觸角。

表6　不同顆粒尺寸天然和預(yù)絮聚滑石粉填料加填紙張的施膠性能

由表6可見：添加較細(xì)小滑石粉紙張的疏水性較低；滑石粉預(yù)絮聚后可以提高紙張的疏水性；隨著紙張中添加預(yù)絮聚滑石粉，Cobb60減小，接觸角增大；其他等級(jí)填料也出現(xiàn)了類似結(jié)果，證明了其預(yù)絮聚對(duì)紙張施膠性能的有利影響。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是滑石粉顆粒使滑石粉中的疏水基團(tuán)傾向于由紙張表面向外伸出的方式定向排列，從而使得Cobb60減小，紙張的接觸角增大。

3　結(jié)論

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明了AS在滑石粉預(yù)絮聚過程中所起的有利作用。滑石粉的顆粒/絮體尺寸隨著AS用量的增大而增大。使用AS預(yù)絮聚后，天然滑石粉2和天然滑石粉3的顆粒尺寸分別增大129.6%和182.5%，這表明相比粗大滑石粉，細(xì)小滑石粉更容易預(yù)絮聚。使用AS預(yù)絮聚的滑石粉顆粒尺寸、離子性能和表面性能的變化歸因于纖維-填料結(jié)合程度增大，因此提高了填料留著率和紙張強(qiáng)度；不過，在工業(yè)化應(yīng)用前還需要開展進(jìn)一步研究。

天然滑石粉通過預(yù)絮聚很好地防止了細(xì)小滑石粉（天然滑石粉2和天然滑石粉3）加填造成的抗張指數(shù)減小。預(yù)絮聚滑石粉2和預(yù)絮聚滑石粉3加填紙張的耐破指數(shù)分別增大了34.1%和23.4%?；垲A(yù)絮聚還有助于增大紙張不同層之間的纖維間結(jié)合程度，由ZDTS結(jié)果可以證實(shí)這一點(diǎn)。淀粉直接加入紙漿中也會(huì)提高紙張灰分含量和物理強(qiáng)度；不過，當(dāng)其用于預(yù)絮聚滑石粉時(shí)，提高紙張灰分含量和物理強(qiáng)度的效果更顯著。與直接加入紙漿中相比，等量淀粉加入滑石粉中使抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和ZDTS分別增大約11%、18%和6%。這些結(jié)果表明了抄紙過程中AS用作滑石粉預(yù)絮聚劑的效用。

滑石粉預(yù)絮聚對(duì)紙張白度的影響不顯著，但是卻提高了紙張的施膠性能。紙張用預(yù)絮聚滑石粉加填，Cobb60減小，接觸角增大。在灰分含量基本相同的情況下，可以使用細(xì)小顆粒尺寸預(yù)絮聚滑石粉代替粗大天然滑石粉以實(shí)現(xiàn)基本相當(dāng)?shù)募垙垙?qiáng)度和更高的光散射性能和不透明度。

（馬倩倩編譯）