【研究】海泡石/硅灰石/植物纤维混抄纸张的试验

刘淑鹏 女士

实验师；

主要研究方向为矿物资源综合利用以及非金属矿深加工；

主要从事实验室管理以及本科教学工作等。

    矿物填料广泛应用于造纸行业，可有效改善纸张的平滑度、白度、不透明度、抗张指数、撕裂指数等。但传统的碳酸钙、滑石等颗粒状填料存在留着率较低、排水浊度大、回收困难、环境成本高等问题。同时，添加后纸张机械强度下降明显[1～3]。因此，新型矿物填料、复合矿物填料，可作为造纸填料的发展方向。

    矿物纤维具有分散性好、加工成本低、可回收性高等优点；同时，可与植物纤维有效缠结，提高界面结合性能，增加留着率，提升纸张的机械强度[4,5]。因此，纤维状矿物作为造纸填料市场前景广阔。本文分别选用海泡石、硅灰石纤维，按照一定的比例与植物纤维混合抄造纸张，并对纸张的性能进行对比分析。

1  试验

1.1试验原料

(1）海泡石：产于河南某地，经机械加工后制备海泡石绒，机械法分散海泡石纤维。其化学组成见表1。

从表1中可以看出，海泡石属富镁海泡石。

(2）硅灰石：产于辽宁调兵山，经机械加工后制备1250目针状硅灰石。其化学组成见表2。

从表2中可以看出，硅灰石的主要成分为CaO和SiO2，硅灰石质量较佳。

(3）植物纤维：由中国制浆造纸研究院提供，属进口阔叶木短纤维纸浆。

海泡石、硅灰石、植物纤维的各项特性见表3。

1.2试验设备

高速分散机，GEJO4A，上海涂料工业机械厂。

矿物形貌测定仪，JMT，成都理工大学。

打浆机，J-23，西北轻工业学院机械厂。

纸样抄取机，ZQJ1-B。

1.3试验方法

植物纤维打浆，分别与海泡石纤维、硅灰石纤维以100∶0、80∶20、70∶30、60∶40的比例进行混合抄造纸样，烘干后，进行各种性能测试与对比分析。

2  结果与分析

2.1试验结果

纯植物纤维、硅灰石/植物纤维复合抄纸、海泡石/植物纤维复合抄纸后的测试结果分别见表4、表5、表6。

2.2试验结果分析

从表4和表5可以看出，与纯植物纤维抄纸相比，添加硅灰石后纸张的白度增加，其他各种性能指数均下降。并且随着硅灰石添加量的增加，纸张的性能指数也随之降低。但比较添加量相同的硅灰石和海泡石与植物纤维复合抄纸后的各种性能参数，发现添加海泡石后除白度稍有降低外，其他指数都明显优于添加相同量的硅灰石复合纤维。据资料表明，作为大众纸张填料的碳酸钙、滑石粉等，其添加量可以达到20%左右。而对比纸张使用的国家性能标准，从表5和表6可以看出，其硅灰石和海泡石的添加量均可以达到30%左右，且海泡石复合纤维性能指标优于硅灰石复合纤维性能指标。

2.3扫描电镜照片分析

从图1可以看出纯植物纤维的表面形态以及纤维之间交联的效果，纯植物纤维抄造的纸片在扫描电镜中显示为丝带状，纤维较粗，互相交织，并且表面比较光滑。图2中可以看出，硅灰石纤维留在植物纤维上的量相对较少，留着率偏低，纤维粗短，但也能与植物纤维形成交叉结构，因此建议将硅灰石改性后再进行配比抄纸，效果会更佳。相比于硅灰石，海泡石与植物纤维抄纸效果更好，见表3，海泡石与植物纤维交织效果很好，像三维网络一样缠绕在了植物纤维表面，形成了网状结构，从图3还可以看出，海泡石纤维较长且柔软，因此与植物纤维复合抄纸时，留着率也高。

3  结论与建议

(1）硅灰石添加到植物纤维中抄纸，其纸张的性能指数均下降，留着率也不高，而分散好后的海泡石与植物纤维复合抄造的纸张，在相同添加量的条件下，其纸张强度比硅灰石复合抄纸的强度指数高，留着率也相对较高。

(2）海泡石与植物纤维复合抄纸时，随着海泡石加入量的增加，其纸片的性能指标相应下降，特别是海泡石添加量超过30%时，纸片的性能急剧下降。因此海泡石的添加量在30%时效果达到最优，既保证了矿物纤维的添加量，又保证了纸张所需的强度。

(3）从扫面电镜照片中可以看出，海泡石在纸张中分布较均匀，起到的不仅仅是填充作用，它与植物纤维复合形成了交织结构，与植物纤维之间形成了表面交织，依靠表面交织力将两种纤维交联在一起，形成了网状结构，提高了纸张的留着率与各种性能指标。

(4）由于硅灰石纤维长径比较小，并且有一定的脆性，因此与植物纤维的交织作用不强，在植物纤维复合抄纸时，留着率较低，因此建议采用不同的改性剂对硅灰石进行改性，来增强它与植物纤维的结合强度。