改性纤维球填料(造纸填料常用3大类改性剂)

Posted 2023-05-27

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改性纤维球填料(造纸填料常用3大类改性剂)

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　传统的造纸填料主要有滑石粉、碳酸钙、高岭土、石膏晶须、硅灰石和二氧化钛等无机矿物质，这些物质与植物纤维结合力较差，在添加量较大时可能会导致纸张物理强度的下降，且填料留着率也会较低。
　　
　　目前，对于填料的研究主要集中在填料的改性和制备复合填料中，在现有的众多填料改性方法中，使用可降解再生的生物质材料（如淀粉、纤维素和壳聚糖）作为改性剂是非常有前景的研究课题。
　　
　　1、纤维素及其衍生物
　　
　　纳米纤维素（CNF）具有机械强度高、比表面积大、长径比大、阻隔性好、尺寸稳定性好、生物降解性好等优点。用CNF对填料进行改性，填料能更好絮凝从而提高填料的留着率，并且CNF可以填补纤维－纤维之间加入填料后产生的空隙，使填料和填料、纤维和填料之间的连接更加紧密，提高纤维网络的强度。
　　
　　MINGH等人制备了PCC-CNF复合填料，填料保留率几乎达到90.0%，并发现PCC-CNF复合填料的絮凝体相较于PCC的絮凝体更大而数量更多，且CNF很好地包裹住了PCC颗粒，增大了填料跟纸张纤维的粘合面积，从而提高了纸张的强度。
　　
　　纤维素通常难溶于水，需要特定的溶剂进行溶解；而羧甲基纤维素，在保留纤维素特性的同时又易溶于水。JINGS等人将羧甲基纤维素（CMC）与明矾作为改性剂对沉淀碳酸钙填料进行改性，研究发现加入明矾后，羧甲基纤维素能够对沉淀碳酸钙进行有效的包覆，使得填料的留着率提高。改性后的沉淀碳酸钙颗粒更有效地和纤维结合，减少了对纸张物理强度的负面影响，并且提高了纸的光学性能和透气性。
　　
　　2、淀粉及其衍生物
　　
　　淀粉及其衍生物可以通过增强纤维与纤维之间的结合力来改善加填纸的强度性能，用淀粉及其衍生物将填料包裹起来，一方面增大了填料的粒径，另一方面淀粉及其衍生物能和纸浆纤维形成氢键，可在保留填料作用的同时缓解填料带来的负面影响。
　　
　　赵宸等人利用淀粉对碳酸钙进行改性，改性后的碳酸钙细小粒子被充分包裹，粒径变大，能与纸浆纤维形成有效结合；加填改性碳酸钙的纸张抗张指数较加填未改性碳酸钙的纸张最高可提高39.4%。
　　
　　阳离子淀粉（C-Starch）是在淀粉大分子中引入叔氨基或季铵基，赋予淀粉阳离子特性。阳离子淀粉可以通过离子键结合，提高细小纤维的留着率，促进纤维的结合进而增进纸张的物理强度。
　　尚尉等人以阳离子淀粉和硅藻土为原料，采用阳离子淀粉－六偏磷酸钠复合物对硅藻土进行改性，改性硅藻土表面的阳离子淀粉沉积率达98.0%以上，加填后的留着率超过78.0%。
　　
　　常建栋等人用阳离子淀粉和聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDADMAC）对硅灰石进行表面包覆改性处理，使分子与纤维之间形成氢键，提高了纤维间结合力，减少了加填后对纸张物理强度的负面影响。
　　
　　3、壳聚糖及其衍生物
　　
　　壳聚糖一般由甲壳素脱乙酰制得，壳聚糖分子中含有大量活性基团（如－NH2、－OH），在酸性条件下会和溶液中的H+形成溶胶电解质溶液，在碱性条件下和溶液中OH-生成凝胶溶液，显示出良好絮凝和吸附性能。
　　
　　程雲等人利用壳聚糖对石膏晶须进行了改性，结果发现与未改性石膏晶须加填纸相比，加入改性石膏晶须纸样填料留着率提高了15.1%，抗张指数提高了5.6%。余洋等人利用羧甲基壳聚糖和硫酸铝对造纸填料滑石粉进行表面包覆改性，结果发现当羧甲基壳聚糖用量一定时，硫酸铝的用量对填料包裹与最终性能有较大关系，当硫酸铝用量为6.0%时，与未改性加填纸相比，改性加填纸张抗张指数提高22.5%，同时白度和不透明度均较好。
　　
　　由于壳聚糖的成本较高，因此需要将其与其他物质进行接枝共聚降低成本，陈有伦用阳离子壳聚糖接枝改性碳酸钙。将小麦淀粉经硅烷偶联剂改性后，再与碳酸钙填料共混后进行糊化溶胀，最后添加阳离子壳聚糖及其他有效成分研磨干燥处理，使碳酸钙填料粒子的粒径增大；改性碳酸钙后表面光滑、疏水亲油、白度好、抗剪切性能强、留着率高，当加入量为10.0%-40.0%时，其在纸页抄造过程中的留着率提高幅度在28.3%-65.5%之间。
　　
　　资料来源：《刘强,韩卿,陈卓,庄堃.造纸填料改性和新型增强剂的研究进展[J].造纸科学与技术,2021,40(01):1-8+34》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！
　　