凹土基微粒助留剂对纸品机械性能的影响
凹土基微粒助留剂可有效改善造纸湿部的灰分保留性能,但其对成纸的机械性能的影响尚不清楚。本实验研究凹土、聚乙烯胺改性凹土的添加量、添加方式对成纸抗张、定量、松厚度等指标的影响。研究结果显示添加凹土基微粒助留剂对纸品机械性能会产生影响。添加纯凹土会提高纸张的定量、伸长率和断裂长，但是会使得纸张松厚度变差，抗张指数也会降低。聚乙烯胺改性的凹土对纸张定量、伸长率和断裂长的改善更为明显，同时也会减小对松厚度和抗张指数的影响。用半干法改性凹土的方法更佳且先添加助留剂阳离子聚丙烯酰胺后添加凹土基微粒助留剂更好。关键词 聚乙烯胺，凹土，造纸，机械性能
目 录
1 引言 1
1.1 造纸用助留剂 1
1.2 聚乙烯胺 3
1.3 无机填料对纸品机械性能的影响 5
1.4 本实验研究的目的与意义 6
2 实验部分 6
2.1 技术路线 6
2.2 实验仪器与药品 7
2.3 纸张的抄造 9
2.4 纸品机械性能的检测 9
2.5 表征 10
3 实验结果与讨论 10
3.1 聚乙烯胺胺化度的测定 10
3.2 纸品机械性能的测定 11
3.3 纸浆电镜分析 15
结 论 16
致 谢 17
参考文献 28
1 引言
中国古代四大发明有火药、指南针、造纸术、印刷术，其中造纸技术给人类文明的发展和传承带来便捷。在我国经济发展中,造纸工业盘踞重要的经济和战略地位。从全球近几十年来,造纸工业的发展进程及规律可以看出,纸和纸板的生产及消费增长速度和国内生产总值增长率相关，由此可以看出,造纸工业和国民经济的发展息息相关。
助留助滤剂逐步发展并在现代造纸工业中被大规模应用。二十世纪八十年代初期,微粒助留技术出现，并应用到造纸湿部,达到了预期的效果,不仅使纸张细小纤维和填料的留着和纸张滤水性能有了很大的提高,而且大大改善了纸张的匀度。因此，造纸界对这项技术给予重视并逐步发展完善。
由于强吸附性和高分散性[12 ],经加工的膨润土已在造纸上用作 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
助留剂、助滤剂、脱墨剂、树脂障碍控制剂等。阴性膨润土与阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)组成二元微粒助留助滤体系，在造纸湿部化学中，其助留助滤作用显著[38]。
1.1 造纸用助留剂
助留剂是能够使纸张机网部细料及纤维得到改善的化学品。助留机理可以分为两种作用：凝结作用和凝聚两种作用。两者具有相同之处，是使小纤维和填料留着。两者的区别是，凝结是Al3+或带正电荷的相对分子量低的化合物，使得填料粒子和细小纤维形成小的聚集体，产生助留作用。然而,凝结而形成的聚集体不仅不耐抵抗机械力，而且不能够承受抄纸的过程中由于湍流而产生的剪切力。因此,只有凝结剂和凝聚剂共同作用，才能使助流达到理想的效果。纤维、填料以及高分子助留剂之间经过物化反应作用，再与纤维或填料结合以交联架桥、中和相反电荷或是链段镶嵌以及聚合物链型缠绕作用下捕获粒子的形式，产生“硬聚集体”的过程称为凝聚。这种凝聚形成的“硬聚集体”有许多内部作用点,作用力较大，不容易被破坏。所以它能够承受在抄纸的过程中由于湍流所产生的剪切力，且助流效果更为明显。
现在经常使用的阳离子助留剂[9]能够和带有负电荷的纤维直接结合；阴离子助留剂能够由纸浆里的Al3+，填料（带有负电荷）或者细小纤维结合；两性离子助留剂不仅具有阳离子的作用，也能够和阴离子一样能够由纸浆里的Al3+，填料（带有负电荷）或者细小纤维结合；非离子助留剂和细小纤维以及填料因范德华力或者氢键作用而产生吸附。
1.1.1 常规助留剂
普通的助留剂分为单元系统和双元系统两种。聚合物在造纸机压力筛出口处的加入是它们的特点。普通的助留剂主要是高聚物，再加入助留剂之前可以加入聚合氯化铝(PAC)、明矾或者定着剂。聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚胺为常用的定着剂。
1.1.2 微粒助留剂
微粒助留剂由阳离子聚丙烯酰胺和微粒组成。常用的微粒有膨润土、胶体硅和有机微聚物。
微粒保留技术也可以称为纳米保留技术。微粒和聚合物（天然或者合成）组成微粒助留体系[10]。高分子量的阳离子聚丙烯酰胺正常是在最后的剪切力场之前加入，阴离子微粒（改性过的膨润土、胶体硅或者一些经过合成的有机微粒）添加在没有剪切力之后。微粒助留技术的作用机理较复杂,其中纤维（包括细小纤维）与填料在将高分子量的聚丙烯酰胺加入纸浆后，有大的絮聚体产生，大的絮聚团因高速剪切力的作用被打散从而形成小絮团，然后，由于吸附以及电中和等物化作用，膨润土（带有负电荷）和小絮团变成具有比原纸浆中絮聚体更小尺寸、更致密结构的微小絮体的机理是相对来说更被认同的解释。
微粒助留体系具有使纸页成形得到改善、经高速剪切力打散，絮团在没有剪切力之后还能够重新絮聚、在压榨部和网部能够快速脱水、纸页的均匀性和透气性更加良好等优点[11]。
英国联合胶体公司开发的“Hydrocol”体系是有聚丙烯酰胺（阳离子）膨润土（经过改性的）构成[12]。该体系的机理是添加高分子量的阳离子聚合物后加入特别的无机填料（包括硅酸盐类和碳酸钙类）从而形成控制系统。
首先在纸浆里添加阳离子聚丙烯酰胺（低电荷密度、高分子量），然后聚丙烯酰胺通过链圈链尾的形式被吸附在纸浆的纤维上面，并且纸料由于桥联机理进行初始絮聚。由于高剪切力，初始絮聚体被破坏并且碎解成小碎块。因此，膨润土中更多的阳离子聚丙烯酰胺被暴露出来。被吸附在各种纸料粒子之上的聚丙烯酰胺的链圈链尾间，经过改性的膨润土通过聚丙烯酰胺和静电中和的共同作用，重新桥联细小碎块。这些细小碎块是比聚丙烯酰胺初始絮聚体具有更小尺寸、更致密结构的微小絮块。因此不仅纸料的留着率得到提高，也因而使纸张的均匀性和滤水性得到了相对的改善。
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，因而可以使纸料的滤水性得到更好的提高。
目 录
1 引言 1
1.1 造纸用助留剂 1
1.2 聚乙烯胺 3
1.3 无机填料对纸品机械性能的影响 5
1.4 本实验研究的目的与意义 6
2 实验部分 6
2.1 技术路线 6
2.2 实验仪器与药品 7
2.3 纸张的抄造 9
2.4 纸品机械性能的检测 9
2.5 表征 10
3 实验结果与讨论 10
3.1 聚乙烯胺胺化度的测定 10
3.2 纸品机械性能的测定 11
3.3 纸浆电镜分析 15
结 论 16
致 谢 17
参考文献 28
1 引言
中国古代四大发明有火药、指南针、造纸术、印刷术，其中造纸技术给人类文明的发展和传承带来便捷。在我国经济发展中,造纸工业盘踞重要的经济和战略地位。从全球近几十年来,造纸工业的发展进程及规律可以看出,纸和纸板的生产及消费增长速度和国内生产总值增长率相关，由此可以看出,造纸工业和国民经济的发展息息相关。
助留助滤剂逐步发展并在现代造纸工业中被大规模应用。二十世纪八十年代初期,微粒助留技术出现，并应用到造纸湿部,达到了预期的效果,不仅使纸张细小纤维和填料的留着和纸张滤水性能有了很大的提高,而且大大改善了纸张的匀度。因此，造纸界对这项技术给予重视并逐步发展完善。
由于强吸附性和高分散性[12 ],经加工的膨润土已在造纸上用作 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
助留剂、助滤剂、脱墨剂、树脂障碍控制剂等。阴性膨润土与阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)组成二元微粒助留助滤体系，在造纸湿部化学中，其助留助滤作用显著[38]。
1.1 造纸用助留剂
助留剂是能够使纸张机网部细料及纤维得到改善的化学品。助留机理可以分为两种作用：凝结作用和凝聚两种作用。两者具有相同之处，是使小纤维和填料留着。两者的区别是，凝结是Al3+或带正电荷的相对分子量低的化合物，使得填料粒子和细小纤维形成小的聚集体，产生助留作用。然而,凝结而形成的聚集体不仅不耐抵抗机械力，而且不能够承受抄纸的过程中由于湍流而产生的剪切力。因此,只有凝结剂和凝聚剂共同作用，才能使助流达到理想的效果。纤维、填料以及高分子助留剂之间经过物化反应作用，再与纤维或填料结合以交联架桥、中和相反电荷或是链段镶嵌以及聚合物链型缠绕作用下捕获粒子的形式，产生“硬聚集体”的过程称为凝聚。这种凝聚形成的“硬聚集体”有许多内部作用点,作用力较大，不容易被破坏。所以它能够承受在抄纸的过程中由于湍流所产生的剪切力，且助流效果更为明显。
现在经常使用的阳离子助留剂[9]能够和带有负电荷的纤维直接结合；阴离子助留剂能够由纸浆里的Al3+，填料（带有负电荷）或者细小纤维结合；两性离子助留剂不仅具有阳离子的作用，也能够和阴离子一样能够由纸浆里的Al3+，填料（带有负电荷）或者细小纤维结合；非离子助留剂和细小纤维以及填料因范德华力或者氢键作用而产生吸附。
1.1.1 常规助留剂
普通的助留剂分为单元系统和双元系统两种。聚合物在造纸机压力筛出口处的加入是它们的特点。普通的助留剂主要是高聚物，再加入助留剂之前可以加入聚合氯化铝(PAC)、明矾或者定着剂。聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚胺为常用的定着剂。
1.1.2 微粒助留剂
微粒助留剂由阳离子聚丙烯酰胺和微粒组成。常用的微粒有膨润土、胶体硅和有机微聚物。
微粒保留技术也可以称为纳米保留技术。微粒和聚合物（天然或者合成）组成微粒助留体系[10]。高分子量的阳离子聚丙烯酰胺正常是在最后的剪切力场之前加入，阴离子微粒（改性过的膨润土、胶体硅或者一些经过合成的有机微粒）添加在没有剪切力之后。微粒助留技术的作用机理较复杂,其中纤维（包括细小纤维）与填料在将高分子量的聚丙烯酰胺加入纸浆后，有大的絮聚体产生，大的絮聚团因高速剪切力的作用被打散从而形成小絮团，然后，由于吸附以及电中和等物化作用，膨润土（带有负电荷）和小絮团变成具有比原纸浆中絮聚体更小尺寸、更致密结构的微小絮体的机理是相对来说更被认同的解释。
微粒助留体系具有使纸页成形得到改善、经高速剪切力打散，絮团在没有剪切力之后还能够重新絮聚、在压榨部和网部能够快速脱水、纸页的均匀性和透气性更加良好等优点[11]。
英国联合胶体公司开发的“Hydrocol”体系是有聚丙烯酰胺（阳离子）膨润土（经过改性的）构成[12]。该体系的机理是添加高分子量的阳离子聚合物后加入特别的无机填料（包括硅酸盐类和碳酸钙类）从而形成控制系统。
首先在纸浆里添加阳离子聚丙烯酰胺（低电荷密度、高分子量），然后聚丙烯酰胺通过链圈链尾的形式被吸附在纸浆的纤维上面，并且纸料由于桥联机理进行初始絮聚。由于高剪切力，初始絮聚体被破坏并且碎解成小碎块。因此，膨润土中更多的阳离子聚丙烯酰胺被暴露出来。被吸附在各种纸料粒子之上的聚丙烯酰胺的链圈链尾间，经过改性的膨润土通过聚丙烯酰胺和静电中和的共同作用，重新桥联细小碎块。这些细小碎块是比聚丙烯酰胺初始絮聚体具有更小尺寸、更致密结构的微小絮块。因此不仅纸料的留着率得到提高，也因而使纸张的均匀性和滤水性得到了相对的改善。
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，因而可以使纸料的滤水性得到更好的提高。
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