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硫酸铝在阳离子分散松香胶中的应用

作者:gymyjs     时间:2017-12-23 13:57

    硫酸铝在阳离子分散松香胶中的应用

    利用皂化松香胶和硫酸铝进行浆内施胶获得成功至今,铝盐是各种松香胶施胶中不可缺少的媒介物质,只是铝盐由最初的硫酸钾铝改用为更为有效的硫酸铝。迄今,有4种不同类型的铝化合物用于造纸:首先被采用的是明矾;第2种被采用的铝化合物是铝酸钠;最近聚合氯化铝作为一种高正电荷密度的铝源已经被引入造纸;第4种是氯化铝,它已被用于不希望存在硫酸盐离子的特种工业用纸。随着中性松香施胶技术的发展,后来又尝试过采用其他金属盐类和有机媒介物质,如各种聚胺和氨基化的木素衍生物等,效果都不如硫酸铝。

    硫酸铝在造纸中的应用主要包括:

     (1)通过Al3+水解调节pH;

     (2)细小纤维、染料、填料和胶乳的助留剂,即把松香固着在纤维或细小纤维上,并且保持施胶效果;在施胶过程中,硫酸铝可提供酸性环境和正电荷,使松香胶吸附在纸浆纤维上;pH为4.2~4.6时,铝盐的阳离子性对皂化松香胶的溶解性和吸附性起主导作用;

     (3)作为助滤剂;

     (4)通过固着干强剂提高纸张的干强度;

     (5)成形助剂;

     (6)树脂控制剂;

     (7)湿强树脂熟化的催化剂。

     主要研究了硫酸铝对阳离子分散松香胶的作用。

     1实验

     1.1原料

     漂白麦草浆和针叶木浆均取自山东某造纸公司,麦草浆的打浆度为26ºSR,针叶木浆在实验室Valley打浆机中打浆到55ºSR,备用。阳离子分散松香胶由实验室自制,w(阳离子分散松香胶)=35%,Zeta电位为+19mV;硫酸铝为分析纯的十八水合硫酸铝;其他药品均为分析纯试剂。

     1.2方法

     1.2.1松香胶膜与水接触角的测量

     松香胶膜与水的接触角用JC2000C1静滴接触角测量仪测定,胶膜为二者分别在盖玻片上的风干膜,厚度约0.1mm。

     1.2.2手抄纸的制备及施胶度的测定

     漂白麦草浆与针叶木浆(质量比为1∶1)经纤维疏解机疏解30000转后稀释至质量分数为1%,取200mL纸浆加入至1000mL塑料量筒中,在低速搅拌(300r/min)的情况下,依次加入硫酸铝和分散松香胶,继续搅拌,1min后迅速用自来水稀释至800mL,然后在PTI圆形抄片器上抄片、干燥。其中,施胶pH为6.6左右,为近中性施胶。

     手抄纸的施胶度采用液体渗透法测定,其检测方法参见GB/T5405-1985。

     1.2.3阳离子分散松香胶表面形态的观察

     将纸样镀金后利用Quanta200环境扫描电子显微镜观察加入硫酸铝的阳离子分散松香胶颗粒的存在情况。

     1.2.4硫酸铝在纸张中分布的观察

     将施胶纸样用三氟乙醇(TFE)处理后,用热场发射电子纤维镜观察硫酸铝及阳离子分散松香胶在纸张中的分布情况。

     2结果与讨论

     2.1硫酸铝的加入对阳离子分散松香胶施胶效果的影响

     为了研究硫酸铝对阳离子分散松香胶施胶度的影响,笔者用阳离子松香胶对针叶木浆与麦草浆(质量比为1∶1)进行了施胶。结果如图1所示。

     由图1可以看出,当硫酸铝用量一定时,随着胶料用量的增加,手抄纸的施胶度逐渐提高,当胶料用量由0.5%增加至1.0%时,施胶度变化较大;而当胶料用量提高至1.5%,如胶料用量的继续增加(2.0%),对施胶效果的影响相对有所减弱。这可能是由于当胶料用量达到一定时,纸料对胶料的吸附已接近或达到饱和状态,用量的进一步增加不再显著增加胶料粒子在纸张纤维表面的吸附量,因此施胶度变化减缓。

     2.2硫酸铝加入比例对阳离子分散松香胶膜与水接触角的影响

     把硫酸铝与阳离子分散松香胶以不同的质量比混合,然后涂覆在载玻片上,测量阳离子分散松香胶膜与水的接触角,结果如图2所示。

     由图2可知,无论胶膜处理与否,加入硫酸铝后,松香胶膜与水的接触角随着硫酸铝与松香胶质量比的增加而减小,并在比值小于1.5时均好于不加硫酸铝的情况。这可能是因为胶液是直接涂覆在玻璃片上的,少量的硫酸铝已经能对松香分子起到很好的定向作用,而加硫酸铝过多时,导致硫酸铝裸露,降低了松香胶膜的表面疏水性。

     2.3硫酸铝/阳离子分散松香胶胶体膜形态

     图3和图4分别为松香胶膜SEM图像和松香胶与硫酸铝(质量比为1∶1)膜SEM图像。 

     从图3和图4可以看出,风干的松香胶膜香胶主要以聚集的球形粒子形式存在;当加入硫酸铝后,松香胶膜中的松香颗粒由于硫酸铝而黏一起,形成连续的胶膜。这就说明硫酸铝能使胶颗粒成为有效的絮聚,从而留着于纸张纤维,干燥部的熔融、铺展,达到施胶的目的。

     2.4硫酸铝在纸张纤维上的分布

     为了观察硫酸铝及松香胶在纸张表面的分况,用FE-SEM观察了阳离子分散松香胶对针浆施胶纸样。施胶纸样首先经过TFE改性。TFE只与纸张中纤维上及松香胶上羧基反应,可以观察松香在纸张表面的分布。其中,阳离香胶及硫酸铝用量均为2%。

     图像中松硫酸附到松香经过布情叶木由于因此子松图7氟元素场发射扫描电镜图

     由图5、6和7可知,硫酸铝均匀分布在纸张纤维表面,松香胶则主要分布在长根纤维上。这就说明硫酸铝的分布不是集中在松香胶颗粒的周围。

     3结论

     胶料加入硫酸铝后,随着硫酸铝用量的增加,纸样的施胶度也随之提高。加入一定量后,施胶度提高的趋势减缓。

     硫酸铝的加入可以显著提高阳离子分散松香胶的施胶效果,同时提高了阳离子分散松香胶的表面疏水性;同时还发现硫酸铝是均匀分布于纤维纸张纤维上的,而松香胶则主要分布在长根纤维上。

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