浅议矿物复合纤维在造纸中的应用

2022-09-11

随着社会对环境问题的关注度越来越高, 并且伴随着我国技术改革大潮的到来, 寻求价格低廉而又可以部分代替植物纤维, 改善纸品性能而又不污染环境的新的造纸原料, 成为造纸行业梦寐以求的事情。

矿物复合纤维以其独有的特性正逐渐进入到造纸工业的视线中, 研究矿物复合纤维代替植物纤维势在必行, 总之, 在我国木材原料供应紧张的条件下, 通过添加矿物复合纤维替代部分商品浆造纸, 公司将会收到较大的社会和经济效益。

一、矿物复合纤维的性能

矿物复合纤维基本原料来源是硅灰石, , 是将其通过维化超细粉碎、表面复合改性制备的活性造纸用现代新材料。硅灰石是一种天然的偏硅酸钙 (Casi O3) 矿物, 密度2.8~3.19g/cm3, 熔点1540℃。它不同于植物纤维和一般的传统填料, 比如毛Ca CO3、滑石粉, 其特性它介于植物纤维与传统填料之间。矿物复合纤维GFS一01是一种环保型材料, 它的主要理化指标见下图1, 它与植物纤维交织在一起, 构成了新型的“植物纤维一一矿物纤维”网状结构, 从而在造纸中代替部分植物短纤维。矿物复合纤维适应性强, 可适应中性、碱性施胶工艺, 且不会造成环境污染, 所以非常符合造纸工业应用。

1. 矿物复合纤维在造纸工业中的优势

矿物符合纤维作为造纸工业中的一种新型环保材料, 它造就了造纸技术的改革和进步, 提高了造纸工业的生产效率和环保意识。矿物符合纤维对于造纸工业中有着以下几个优势:一是在不改变传统造纸工艺, 不需增加设备的前提下, 提高纸张不透明度, 亮度, 改善纸页的外观, 改进平滑度和匀度, 提高印刷适印性。二是可用于各种文化用纸, 各种包装用纸的造纸中, 不制浆、无污染, 特别是适于生产特种纸。三是造纸后的纸张收缩率小、适印性好, 无静电, 节省纤维原料降低生产成本, 提高纸品的市场竞争力。

2. 矿物复合纤维和植物纤维的比较

了解矿物复合纤维的优越性, 首要了解复合纤维同传统纤维的区别。经过一系列的研究表明, 植物纤维在不加矿物复合纤维时, 纤维清晰, 纤维表面干净, 相应的当添加了矿物的纤维后, 在混合浆中, 植物纤维表面附着有矿物复合纤维, 亲密结合并相互交织, 进而植物纤维变得模糊, 形成网状结构。

矿物纤维在造纸中不仅仅是简单的填料, 而是同植物纤维交织在一起, 进而构成了新型的植物纤维-矿物纤维网状结构, 在纸品中可替代部分植物短纤维。

3. 矿物复合纤维生产存在的困难

矿物复合纤维外观形状类似于针状, 同滑石粉、碳酸钙、高岭土等传统填料的细小片状、圆形或球形有所不同。在国内的一些研究中, 矿物复合纤维是充当填料的角色, 矿物复合纤维使用就是向纸料中加入白色矿物的复合物, 改进纸的性质, 从而满足客户的需求和节省木浆, 更降低了成本。

但是矿物复合纤维去因其自身原因在造纸应用中存在着一定的困难:一是矿物纤维提炼困难, 没有形成完整的提炼系统, 比如说海泡石杂质含量高, 且杂质容易会包裹在纤维状的海泡石的高粘度悬浮液中之中, 不便于提纯。二是矿物纤维长径比很难保持, 其原因是现有的大多数松解方法会使纤维破碎变短, 甚至破坏纤维的结构。三是矿物复合纤维和植物纤维复合机理还不明确, 现阶段对其复合机理的研究大多处于猜测阶段, 缺少理论依据。

二、矿物复合纤维对纸张影响研究

1. 实验原料及主要实验设备

纤维原料选取漂白针叶木浆, 漂白芦苇浆和GFS一01矿物复合纤维 (云南超微新材料有限公司) , 其他化学品主要还有滑石粉:、阳离子松香胶、钾明矾、挺度剂:、碱性嫩黄, 助留剂和分散剂 (助留剂和分散剂是矿物合纤维的附属产品) 。

抄纸设备是快速凯塞成形系统, YQ-Z-7纸张定量取样器, 电子天平、SLY-S1纸张撕裂度测定仪, WZL一300型纸张拉力仪, YQ一Z一30A型平滑度测定仪。

灰份采用燃烧法、水分按常规方法测定。

2. 矿物复合纤维及手抄片的制备

矿物复合纤维的制备是在烧杯内加清水, 后加入一定量的矿物复合纤维, 待完全溶解、分散后与实验用浆混合。

手抄片的制备首先调浓稀释浆料至0.3%, 倒入附有搅拌的容器内, 备抄纸之用;然后是打开贮浆室, 置成形网于支承网上, 其次扣紧贮浆室, 关闭抽吸室排水管, 将己准备好的浆料倒入, 继续加水至总体积为为7L, 其次用泵吹气以搅拌浆料, 搅拌结束, 静置S5后, 用真空泵抽水, 再其次是用毛毯在湿纸上滚动吸取水分, 使载有湿纸页的毛毯移到垫板上去, 用干燥器干燥, 最后将纸页取出, 去掉盖纸和毛毯, 即得纸页。

3. 在进行不同矿物复合纤维加入量的实验, 得到实验用纸与空白实验用纸 (实验用浆制成) 与初次加入矿物符合材料的纸张进行对比可得知:

(1) 添加矿物复合纤维GFS一01后, 纸张的撕裂指数比空白的有所上升, 同时在经过几次加入不同量比对后, 当矿物复合纤维GFS一01加入量增大至10% (对绝干浆) , 纸张的撕裂指数又呈明显的下降趋势。 (2) 矿物复合纤维的添加对纸张的施胶度有所影响, 随着添加量的增加, 纸张的施胶效果降低。 (3) 本身的留着率不是很高, 实际使用过程中须添加适量的助留剂来提高留着率。

4. 应用实例

云南某造纸厂在自己工厂2880型长网多缸造纸机上, 添加矿物复合纤维生产60~65g/m2书写纸和70g/m2胶版印刷纸, 纸机车速350m/min, 相关配比、工艺、矿纤留着率质检指标参数如下:

书写纸矿物复合纤维平均配比33%, 植物纤维平均配比6%, 平均灰分是25%, 矿纤留着率达72.5%;胶版印刷纸矿物复合纤维平均配比37%, 植物纤维平均配比63% (商品漂白木浆) 。平均灰分是29%, 矿纤留着率76.5%

书写纸和胶印版印刷纸各项指标经权威纸品质检部门检测均达到了国家GB/T12654-2008和QB/T1012-2010标准B级品要求。

结束语

同传统纤维相比, 在造纸工业中矿物符合纤维的应用可节省10%-20%左右的植物纤维, 而且不需要打浆, 可节省大量资源。而且在生产中对纸张的撕裂度和留着率都有着一定的影响。它的运用完全符合现阶段国家对造纸工业的要求, 既改进了生产技术, 又对环境有所保护, 所以我们造纸行业应以此为研究出发点, 努力开发和探索更多的生产技术, 为我国的造纸工业发展提供强劲的动力。

摘要：在现在建设节约型社会的今天, 环境保护和节约资源是对各行各业的最基本考验, 尤其是在造纸工业中, 由于其对材料的选择性, 经常将它于树木砍伐联系在一起, 这对造纸工业具有非常大的警示意义。探索新型绿色造纸技术, 保护森立资源成为了造纸行业的首要工作目标, 本文就探讨矿物复合纤维的性能入手, 来分析矿物复合纤维对纸张的影响, 以此来探讨矿物复合纤维对造纸工业的意义。

关键词：矿物复合纤维,造纸,性能,纸张