硅藻土是一種對(duì)人體無(wú)害的天然礦物,具有的孔隙度大、吸附性強(qiáng)、容重小無(wú)毒等特性，由于硅藻土具備這些良好的特性，可以利用其特殊的分子結(jié)構(gòu)特征，生產(chǎn)抄造多種特種紙。硅藻土用于特種紙的生產(chǎn)，可滿(mǎn)足不同紙品對(duì)性能要求，如:松厚度、透氣性、油墨吸收性、吸附性、吸油吸水性和阻燃性等方面的要求。因此，可作為功能性填料或涂料顏料廣泛用于文化印刷紙、特種工業(yè)用紙和紙板、生活用紙張的制造。

本研究通過(guò)對(duì)硅藻土的改性，通過(guò)離子改性使硅藻土表面帶有正電荷，再通過(guò)調(diào)節(jié)硅藻土溶液 pH，使硅藻土表面被大量的硅羥基所覆蓋，最后得到改性硅藻土填料，使其在作為造紙?zhí)盍系臅r(shí)候具有更優(yōu)良的適應(yīng)性和特性，并且試圖通過(guò)這項(xiàng)研究對(duì)比硅藻土和改性硅藻土性質(zhì)上的差異以及使用硅藻土作為填料和使用改性硅藻土作為填料對(duì)于紙張基本性能有哪些重要的提高。同時(shí)為將改性硅藻土作為填料用于造紙行業(yè)提供技術(shù)理論方面的支持，推動(dòng)國(guó)內(nèi)造紙?zhí)盍霞夹g(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)儀器及材料

實(shí)驗(yàn)儀器:立式電腦拉力儀、電腦測(cè)控耐折度儀、紙張透氣度測(cè)定儀等。

實(shí)驗(yàn)材料:碳酸鈣、氫氧化鈉、無(wú)水氯化鈣、硅藻土。

改性硅藻土的制備

先將硅藻土原料研磨過(guò) 65 目篩后備用。在燒杯中加入無(wú)水氯化鈣溶液，再加入碳酸鈣溶液，用攪拌器混合，攪拌5min 后，向燒杯中緩慢加入硅藻土溶液，邊加邊慢慢攪拌，最后過(guò)濾，濾渣在 105 ℃干燥，再研磨過(guò)65 目篩，取用篩下的土，得到改性硅藻土。用抄片器進(jìn)行抄片，定量為80 g·m-2 。改性硅藻土加入量分別為 25%、30%、35%、40%和45%(相對(duì)于絕干漿的量)。

紙張的物理性能檢測(cè)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)紙張的抗張強(qiáng)度、撕裂度和耐折度等物理強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

結(jié)果與討論

硅藻土復(fù)合填料添加量對(duì)紙張物理性能的影響

從表 1 的紙張物理性能數(shù)據(jù)可以看出，隨著硅藻土復(fù)合填料添加量的增加，紙張透氣度變化不大。說(shuō)明對(duì)紙張的透氣度沒(méi)有明顯影響。撕裂度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)硅藻土的添加量在 35% 時(shí)，紙張的撕裂度處在一個(gè)較高水平，這主要是因?yàn)殡S著填料添加量的增加，對(duì)于提高紙張撕裂度有一定的促進(jìn)作用，但是當(dāng)添加量超過(guò) 35% 時(shí)，由于填料的加入，對(duì)于纖維間的結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生了一定的影響，所以紙張撕裂度開(kāi)始出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

從圖 1 的紙張抗張指數(shù)數(shù)據(jù)可以看出，隨著硅藻土復(fù)合填料添加量(對(duì)絕干漿的質(zhì)量百分比)的增加，抗張指數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)硅藻土的添加量在 35%時(shí)，紙張的抗張指數(shù)達(dá)到最高，再繼續(xù)提高添加量，紙張抗張指數(shù)開(kāi)始出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)殡S著填料添加量的增加，當(dāng)添加量超過(guò)35%時(shí)，由于填料的加入，對(duì)于纖維間的結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生了一定的影響，所以紙張強(qiáng)度開(kāi)始出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。因此改性硅藻土復(fù)合填料的添加量在 35%時(shí)為最佳。

不同溫度改性硅藻土復(fù)合填料對(duì)紙張物理性能的影響

研究在硅藻土添加量為 35%，不同改性溫度的改性硅藻土復(fù)合填料填加，對(duì)紙張物理性能的影響，結(jié)果如表2和圖2所示。從表2和圖2的紙張物理性能數(shù)據(jù)可以看出，隨著溫度的提高，添加復(fù)合填料紙張的白度有所降低，撕裂度和透氣度無(wú)明顯變化，抗張強(qiáng)度也有所降低。當(dāng)在溫度為 20℃條件下，對(duì)硅藻土進(jìn)行改性時(shí)，添加到紙張中，紙張透氣度沒(méi)有明顯變化，但紙張的撕裂度和抗張指數(shù)都處在一個(gè)較高水平，這是由于在20 ℃左右時(shí)硅藻土與 CaCO3填料復(fù)合得較好，能夠有效改善紙張物理性能，因此硅藻土改性的最佳溫度為 20 ℃。

不同 pH 改性硅藻土復(fù)合填料對(duì)紙張物理性能的影響

研究在硅藻土添加量為35%，不同 pH 改性的條件下，改性硅藻土復(fù)合填料填加，對(duì)紙張物理性能的影響，結(jié)果如表3所示。從表3的紙張物理性能數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)改性硅藻土的添加量在35%、復(fù)合反應(yīng)溫度20℃時(shí)，隨著pH 的升高，紙張的白度、撕裂度和透氣度沒(méi)有明顯變化，當(dāng) pH 為7.5時(shí)其抗張指數(shù)較其他各組略高;但當(dāng) pH 呈弱酸性時(shí)其透氣度稍高，這可能是因?yàn)楦男蕴盍现? CaCO3成分在酸性條件下反應(yīng)損失了一部分，主要起作用的是孔隙率較大的硅藻土的原因;鑒于在實(shí)際生產(chǎn)中均采用中堿性方法造紙，且由試驗(yàn)可知在 pH 為7-8 時(shí)其抗張指數(shù)最高，因此確定在硅藻土改性試驗(yàn)過(guò)程中的最佳pH 為7-8。

結(jié)論

改性溫度為20 ℃左右時(shí)，復(fù)合反應(yīng)的 pH 為7-8時(shí)，可以制備性能比較好的填料，紙張?zhí)砑有Ч�較好。隨著復(fù)合填料添加量的增加，對(duì)紙張透氣度沒(méi)有明顯影響，當(dāng)硅藻土復(fù)合填料在紙張中添加量為35%時(shí)，所抄造的紙張具有較好的物理性能。紙張的抗張指數(shù)、撕裂度指數(shù)分別提高 0.28倍和0.14倍。