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【技术】造纸碳酸钙常用表面改性剂及特点
来源:中国粉体技术网    更新时间:2023-01-30 14:50:59    浏览次数:
 
  碳酸钙属于无机物,颗粒表面是极性的,亲水疏油,并具有团聚性,与有机高聚物相容性差,在高聚物基料中分散不均匀,结合力低,容易产生界面缺陷,导致产品质量不稳定。
  
  未经表面改性处理的碳酸钙作为造纸填料,具有与纸浆纤维的相容性和结合力差、在纸张中留着率低、使纸张的机械强度下降等缺点。因此,碳酸钙需要进行表面改性才能更好地用于造纸行业中。
  
  碳酸钙的表面改性工艺主要有干法改性工艺、湿法改性工艺和原位改性工艺三种。一般采用干法粉磨制备的重质碳酸钙采用干法改性工艺,采用湿法粉磨制备的重钙采用湿法改性工艺。轻质碳酸钙采用化学法制备,一般使用原位改性工艺。造纸用碳酸钙表面改性常用的改性剂主要有偶联剂、聚合物、无机物等。
  
  1、偶联剂
  
  偶联剂是一种两性结构物质,分子既有亲水性的极性基团又有疏水性的非极性基团,能够将无机粒子和有机物基体通过牢固的界面层而结合在一起。
  
  陈均志等将自制的阳离子型铝-锆有机金属络合物偶联剂与轻质碳酸钙按0.3:100的比例充分混合,在110℃左右反应15~30min,把经过表面改性后的轻质碳酸钙用于抄纸中。可以改善纸张的耐破度、撕裂度、抗张强度等物理性能指标,提高纸张的物理强度;同时也可提高PCC的留着率。
  
  2、聚合物
  
  聚合物可以定向吸附在碳酸钙颗粒的表面,形成物理或化学吸附层,从而改进碳酸钙在有机或无机相(体系)中的稳定性。
  
  吴宣宣利用阳离子淀粉单独改性PCC填料和阳离子淀粉与硬脂酸钠复配改性PCC填料,结果表明白度都略有降低,但相差较小,纸张的抗张指数、撕裂指数、滤水性能和填料留着率得到极大提高,且后者优于前者。改性PCC填料可以更好地与纤维结合,因而改善了加填纸张的强度性能和造纸湿部的留着性能。
  
  陈南男等采用三元聚合物体系对重质碳酸钙进行改性,先使阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、阳离子淀粉(CSt)和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)形成聚合电解质复合物,再将其沉积包覆在造纸用重质碳酸钙的表面,引起填料预絮聚。将改性后的重质碳酸钙作为造纸填料,与使用未改性的重质碳酸钙对比,结果发现填料的平均尺度增大,是未改性填料的9倍;纸张的灰分提高了2.2倍(灰分含量16.32%)。由于重质碳酸钙改性后用于纸张加填,形成填料絮聚体(尺寸约为50~100μm),主要分布在纤维交织形成的空隙中或覆盖于纤维网络的表面,对纤维和纤维之间的氢键结合较少,所以纸张能保持良好的抗张强度。
  
  3、无机物
  
  碳酸钙表面pH值高、遇酸容易分解,使其应用受到一定的限制。常用缩合磷酸、硅酸钠、明矾、铝酸钠、二氧化硅和二氧化钛等耐酸无机物来改性碳酸钙颗粒,以降低pH值,提高耐酸性,拓展其适用范围。
  
  Lourenco等通过溶胶-凝胶方法,用二氧化硅包覆在轻质碳酸钙填料表面,完成对轻质碳酸钙的表面改性。结果表明,与使用未改性的轻质碳酸钙作为造纸填料的手抄纸相比,在不受影响纸张的结构性能和亮度的情况下,可以得到更好的纸张强度性能。
  
  综上,对碳酸钙进行表面改性,可以赋予碳酸钙以优良的物理化学性能,比如减少团聚性、增加亲油性和提高与高聚物基料的结合力等。碳酸钙改性后用于造纸过程中,可以明显在不降低纸张强度的情况下,提高碳酸钙在纸张中的留着率。
  
  资料来源:《梁佳正,卢乐民,梁逸昊,等.碳酸钙在造纸行业中的应用及发展趋势[J].纸和造纸,2022,41(05):23-29》,由【粉体技术网】编辑整理,转载请注明出处!
  
  
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