凹土在造纸中的微粒助留性能研究
无机微粒与高分子量聚合物构成的二元微粒助留体系应用于造纸行业中，能显著提高滤水性能、成纸灰分和灰分留着率。本文以膨润土/聚丙烯酰胺微粒助留体系为参照，将凹土与阳离子聚丙烯酰胺构筑成凹土/聚丙烯酰胺微粒助留体系，碳酸钙为填料，考查凹土添加量、添加方式、种类以及提纯对助留性能的影响。研究结果显示凹土能够与阳离子聚丙烯酰胺组成微粒助留体系；微粒的添加方式对其助留性能有一定的影响，较优的方式为先加CPAM后加凹土；凹土/膨润土添加量在2%以内时，其微粒助留性能随着添加量的增加而提高；凹土的种类和提纯对其微粒助留性能有较大影响，助留性能由高至低依次为高黏凹土、膨润土、大白土、纯化凹土和普通凹土。关键词 凹土，造纸，微粒助留
目 录
1 引言 1
1.1 微粒助留体系 1
1.2 凹土可作为造纸微粒助留体系的依据 5
1.3 本实验研究的目的与意义 6
2 实验 6
2.1 技术路线 7
2.2 实验仪器与药品 7
2.3 纸张的抄造 8
2.4 实验部分 9
2.5 检测方法 9
3 实验结果与讨论 10
3.1 添加方式对其微粒助留性能的影响 10
3.2 凹土/膨润土微粒种类和添加量对其助留性能的影响 11
结 论 15
致 谢 16
参考文献 17
1 引言
凹土即凹凸棒粘土的简称，在1862年由俄国俄国学者隆夫钦科夫第一次发现，它是一种含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，结构为层链状。凹土作为珍稀的非金属矿产资源可应用于建材业、化工行业、机械制造业、军工、核工业、纺织产业、环保行业、造纸工业等多个行业，有“千用之土、万土之王”的说法。但从发现至今，长久地发展，并没有让中国凹土资源得到充分开发利用，凹土从利用率还有待提高。
而造纸工业从古至今都与人们紧密联系,是人们学习、生活、工作中必备用品的重要制造产业[1]。虽然现如今很多行业提倡电子办公，但仍未普及。纸依旧是信息文化传递的媒介，所以其使用量与一个国家的现代化水平和文明程度有关。虽然随着科学技术文明的发展，全球造 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
纸工业也乘着顺风车发展迅速，但因为造纸原料资源供不应求，使得造纸行业的发展受到限制，企业也想要追求更高的盈利，这就要求造纸行业还需向高效低排低耗的现代化工业方向持续发展的同时必须兼顾自然生态的平衡，生态环境与可持续发展同步发展，这也就要求造纸行业在运作的过程中保证有较高的效率和质量，同时对于排放的污水和固体废物有严格的标准，并且尽量降低这些废弃物的排放。造纸助剂的发现和应用，使得成纸质量有了一定的提高，相对应的降低了原材料消耗，提高了制造效率。同样的也更加利于开发纸的品种。随着造纸助剂的发现到如今的普遍应用，单一体系的助留剂的助留效果已不再适应时代发展的需要[2]，人们的理想助留助滤体系的选择需要满足几个条件，首先絮凝体具有抗剪切能力，尺寸大小合适，并且能够使得纸张结构紧密。微粒助留助滤体系的使用，可以使纸张更易成形，滤水效率提升以及更高的灰分留着率。而微粒助留助滤体系之所以能够兼顾提高留着率和滤水性能的同时而对纸质匀度不产生消极影响，是因为有着至关重要作用的微粒组分。微粒组分相互作用，形成小而紧密的絮聚体吸附在浆料纤维上，使纸页结构更紧密稳定。因此微粒组分的研究和开发一直是研究的重点。
1.1 微粒助留体系
Hydrocol体系和Compozil体系是现在造纸工业中使用最多的阴离子微粒助留体系。其中，膨润土与高分子量阳离子聚丙烯酰胺配合形成Hydrocol体系；而Compozil体系则是由胶体二氧化硅类或聚铝类与阳离子聚合物相互作用组成，阳离子聚合物也就是阳离子聚丙烯酰胺或者阳离子淀粉。而三大经典微粒助流助滤体系就是Hydrosil体系，Hydrocol体系，Compozil体系[3]。为了更好的利用微粒助留体系，将微粒助留体系的助留效果发挥到最佳状态，所以对三大经典微粒助留体系进行了深入研究，由此衍生出许多新的助留助滤体系。新型体系大致可分为两种，一种是从阳离子聚合物入手[4]，一种是对阴离子微粒改良[5]，但作用机理与传统体系机理差别不大。一般都是将阳离子聚合物先加入纸浆中，阳离子聚合物电荷量较少，分子量却高。其首先与纸浆纤维形成初始絮聚物，再经过冲浆泵的高剪切力作用后破碎成小的絮聚体，之后再加入阴离子微粒，通过微粒自身特殊的结构小絮聚体转变成“微絮聚物”吸附在纸浆纤维的表面上，疏通纤维间的间隙，提高了浆料的滤水性能，改善了成纸的匀度[6]。
1.1.1 Hydrocol体系
Hydrocol体系即膨润土微粒助留体系，是由阳离子聚合物聚丙烯酰胺和带负电荷的膨润土无机微粒组成的微粒助留助滤体系。该体系成形步骤是:第一步在纸浆中加入阳离子聚合物聚丙烯酰胺，其电荷密度较低，且有很高的分子量。纸浆纤维会因CPAM的吸附而通过桥联机理形成与高分子絮凝剂絮凝而成的一样的大尺寸絮聚体。当这些絮聚体经过冲浆泵、旋翼筛等具有高剪切作用的装置后，絮聚体被高剪切力切割破碎成小的絮聚体。从而尽可能地加大了膨润土与聚丙烯酰胺的接触面积。膨润土与聚丙烯酰胺的静电中和作用，以及与聚丙烯酰胺无电性段形成的配合作用，能够让破碎的小的絮聚体再次连接成更小、更稳定、更均匀和更紧密的网状絮聚体。因此不仅纸料的留着率得到提高，纸张的均匀性和滤水性也得到了相对的改善。由此可以看出，膨润土/聚丙烯酰胺助留助滤体系助留效果和助滤效果都非常好。添加到纸浆中的改性过的膨润土还能够和纸料中没有被吸附的聚丙烯酰胺反应生成聚丙烯酰胺膨润土配合物网络，从而发生纤维絮聚。这些聚丙烯酰胺的纤维絮聚方式的絮聚效率低于被吸附在纤维上的聚丙烯酰胺和改性膨润土引发的絮聚效率，然而能够在纸料的组分上使聚丙烯酰胺沉积下来，这样可以使纸料悬浮液中聚丙烯酰胺的数量减少，因而可以使纸料的滤水性得到更好的提高。
虽然膨润土/聚丙烯酰胺助留体系应用于造纸工业中较为广泛，且发展迅速，但是这一体系中对膨润土在微纳米化程度方面有着非常高的要求，而凹土是天然的一维纳米材料，所以在微纳米化成本上凹土比膨润土更具优势。并且凹土具有优异的耐盐性能，这一优势能确保凹土适合高盐白水循环系统。由此可知，凹土将会是个不错的微粒助留剂的选择。
目 录
1 引言 1
1.1 微粒助留体系 1
1.2 凹土可作为造纸微粒助留体系的依据 5
1.3 本实验研究的目的与意义 6
2 实验 6
2.1 技术路线 7
2.2 实验仪器与药品 7
2.3 纸张的抄造 8
2.4 实验部分 9
2.5 检测方法 9
3 实验结果与讨论 10
3.1 添加方式对其微粒助留性能的影响 10
3.2 凹土/膨润土微粒种类和添加量对其助留性能的影响 11
结 论 15
致 谢 16
参考文献 17
1 引言
凹土即凹凸棒粘土的简称，在1862年由俄国俄国学者隆夫钦科夫第一次发现，它是一种含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，结构为层链状。凹土作为珍稀的非金属矿产资源可应用于建材业、化工行业、机械制造业、军工、核工业、纺织产业、环保行业、造纸工业等多个行业，有“千用之土、万土之王”的说法。但从发现至今，长久地发展，并没有让中国凹土资源得到充分开发利用，凹土从利用率还有待提高。
而造纸工业从古至今都与人们紧密联系,是人们学习、生活、工作中必备用品的重要制造产业[1]。虽然现如今很多行业提倡电子办公，但仍未普及。纸依旧是信息文化传递的媒介，所以其使用量与一个国家的现代化水平和文明程度有关。虽然随着科学技术文明的发展，全球造 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
纸工业也乘着顺风车发展迅速，但因为造纸原料资源供不应求，使得造纸行业的发展受到限制，企业也想要追求更高的盈利，这就要求造纸行业还需向高效低排低耗的现代化工业方向持续发展的同时必须兼顾自然生态的平衡，生态环境与可持续发展同步发展，这也就要求造纸行业在运作的过程中保证有较高的效率和质量，同时对于排放的污水和固体废物有严格的标准，并且尽量降低这些废弃物的排放。造纸助剂的发现和应用，使得成纸质量有了一定的提高，相对应的降低了原材料消耗，提高了制造效率。同样的也更加利于开发纸的品种。随着造纸助剂的发现到如今的普遍应用，单一体系的助留剂的助留效果已不再适应时代发展的需要[2]，人们的理想助留助滤体系的选择需要满足几个条件，首先絮凝体具有抗剪切能力，尺寸大小合适，并且能够使得纸张结构紧密。微粒助留助滤体系的使用，可以使纸张更易成形，滤水效率提升以及更高的灰分留着率。而微粒助留助滤体系之所以能够兼顾提高留着率和滤水性能的同时而对纸质匀度不产生消极影响，是因为有着至关重要作用的微粒组分。微粒组分相互作用，形成小而紧密的絮聚体吸附在浆料纤维上，使纸页结构更紧密稳定。因此微粒组分的研究和开发一直是研究的重点。
1.1 微粒助留体系
Hydrocol体系和Compozil体系是现在造纸工业中使用最多的阴离子微粒助留体系。其中，膨润土与高分子量阳离子聚丙烯酰胺配合形成Hydrocol体系；而Compozil体系则是由胶体二氧化硅类或聚铝类与阳离子聚合物相互作用组成，阳离子聚合物也就是阳离子聚丙烯酰胺或者阳离子淀粉。而三大经典微粒助流助滤体系就是Hydrosil体系，Hydrocol体系，Compozil体系[3]。为了更好的利用微粒助留体系，将微粒助留体系的助留效果发挥到最佳状态，所以对三大经典微粒助留体系进行了深入研究，由此衍生出许多新的助留助滤体系。新型体系大致可分为两种，一种是从阳离子聚合物入手[4]，一种是对阴离子微粒改良[5]，但作用机理与传统体系机理差别不大。一般都是将阳离子聚合物先加入纸浆中，阳离子聚合物电荷量较少，分子量却高。其首先与纸浆纤维形成初始絮聚物，再经过冲浆泵的高剪切力作用后破碎成小的絮聚体，之后再加入阴离子微粒，通过微粒自身特殊的结构小絮聚体转变成“微絮聚物”吸附在纸浆纤维的表面上，疏通纤维间的间隙，提高了浆料的滤水性能，改善了成纸的匀度[6]。
1.1.1 Hydrocol体系
Hydrocol体系即膨润土微粒助留体系，是由阳离子聚合物聚丙烯酰胺和带负电荷的膨润土无机微粒组成的微粒助留助滤体系。该体系成形步骤是:第一步在纸浆中加入阳离子聚合物聚丙烯酰胺，其电荷密度较低，且有很高的分子量。纸浆纤维会因CPAM的吸附而通过桥联机理形成与高分子絮凝剂絮凝而成的一样的大尺寸絮聚体。当这些絮聚体经过冲浆泵、旋翼筛等具有高剪切作用的装置后，絮聚体被高剪切力切割破碎成小的絮聚体。从而尽可能地加大了膨润土与聚丙烯酰胺的接触面积。膨润土与聚丙烯酰胺的静电中和作用，以及与聚丙烯酰胺无电性段形成的配合作用，能够让破碎的小的絮聚体再次连接成更小、更稳定、更均匀和更紧密的网状絮聚体。因此不仅纸料的留着率得到提高，纸张的均匀性和滤水性也得到了相对的改善。由此可以看出，膨润土/聚丙烯酰胺助留助滤体系助留效果和助滤效果都非常好。添加到纸浆中的改性过的膨润土还能够和纸料中没有被吸附的聚丙烯酰胺反应生成聚丙烯酰胺膨润土配合物网络，从而发生纤维絮聚。这些聚丙烯酰胺的纤维絮聚方式的絮聚效率低于被吸附在纤维上的聚丙烯酰胺和改性膨润土引发的絮聚效率，然而能够在纸料的组分上使聚丙烯酰胺沉积下来，这样可以使纸料悬浮液中聚丙烯酰胺的数量减少，因而可以使纸料的滤水性得到更好的提高。
虽然膨润土/聚丙烯酰胺助留体系应用于造纸工业中较为广泛，且发展迅速，但是这一体系中对膨润土在微纳米化程度方面有着非常高的要求，而凹土是天然的一维纳米材料，所以在微纳米化成本上凹土比膨润土更具优势。并且凹土具有优异的耐盐性能，这一优势能确保凹土适合高盐白水循环系统。由此可知，凹土将会是个不错的微粒助留剂的选择。
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