造紙工業(yè)中石膏晶須的用途分析

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20世紀(jì)70年代，德國、美國、日本等國曾廣泛研究石膏晶須的制法和在橡膠及紙張中作為補強填料的用途。由于當(dāng)時木漿資源充足，故在造紙工業(yè)中實際使用不多。近期由于環(huán)境意識的增強和對木材資源的珍惜，用于造紙的研究又有增多，英國、法國、捷克、瑞典、西班牙等國也進行了研究，并申請了一系列專利，石膏微纖加人量可達(dá)（50~70）%。用合適的添加劑和工藝，把石膏微纖作為造紙的纖維原料和草木漿配用，可以制成一些特種紙。陳學(xué)璽[4]等人固定木材纖維含量2.5g，分別加入不同量的石膏晶須，未加任何助劑。得出隨石膏晶須在紙張中所占的比例增大，紙張的強度變差，白度增大。增大石膏晶須在紙張中的含量會使紙的強度變差，所占的比例越大時此種趨勢越明顯，加入的石膏晶須比例以低于60%為宜。隨著石膏晶須在紙張中所占的比例增大，紙張的白度明顯增加，但當(dāng)石膏晶須含量達(dá)到一定的比例后紙張白度增大趨勢減緩。毛常明等[5]對在濕法磷酸中制造磷石膏晶須，將其應(yīng)用在造紙中，可替代30%~70%的木漿或草漿。把磷石膏晶須按36%、52%、65%的比例混入木漿，造出的紙張潔白光滑，其白度、抗拉強度等性能指標(biāo)和純木漿制成的紙張相差不大。

由此可見，單純的石膏晶須用作造紙纖維原料和草木漿配用，所抄紙張的強度隨石膏微纖維的用量的增加而逐漸降低。這主要是由于石膏微纖維表面光滑，缺乏與植物纖維作用的官能團，添加到紙張中，阻礙了植物纖維和植物纖維之間的交結(jié)和氫鍵的形成，所以對紙張的強度有所影響。為了更好的解決此類問題，在抄紙過程中，需要使用合適的添加劑和抄造工藝或者對石膏晶須進行表面改性。石膏晶須的表面改性主要采用表面化學(xué)包覆改性法。其改性處理工藝有濕法改性和干法改性兩種工藝。濕法改性是指將表面活性劑或偶聯(lián)劑直接加入到硫酸鈣晶須的料漿中，進行表面改性處理。濕法改性具有改性處理均勻，包覆效果好的特點，是目前采用較多的表面改性工藝。干法改性通常是指將硫酸鈣晶須加入到高速加熱混合機中，加熱攪拌，然后把表面改性劑加入到改性機中，制得改性產(chǎn)品。干法改性工藝簡單，設(shè)備投資小，出料后可以直接包裝，但是在處理過程中，晶須的長徑比會降低，從而降低了晶須與基質(zhì)間的界面粘合強度。目前常用的硫酸鈣晶須表面改性劑有脂肪酸（及其鹽）、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑等。

李鴻魁[6]等人在不同打漿度的針葉木纖維漿/闊葉木纖維漿/草木混合纖維漿中分別添加40%石膏纖維/20%石膏纖維/20%石膏纖維，添加2.5%的助留劑，抄片造紙。然后檢測成紙的裂斷長、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度等指標(biāo)，得出了石膏微纖維應(yīng)用于紙張增強時紙漿打漿度的最佳工藝條件，最佳打漿度分別為為（53~57）°SR、50~50°SR、52~61°SR。陳學(xué)璽等[4]固定木材纖維含量為3.5g，漿液含木材纖維1％，石膏晶須含水14.82％，加入助劑，紙漿水槽體積為3L，加入一定量的助留劑，助劑體積的量占漿料總體積的0.6%和一定量的分散劑(分散劑濃度為0.1%)以利于增強紙張的勻度和強度。選擇30%、46%、60%分別進行試驗。得出隨分散劑加入紙張，紙張強度呈明顯增加的趨勢，并且能改善紙張的外觀勻度，但在分散劑存在的情況下，石膏晶須含量的增加依然會降低紙張的強度。磷石膏晶須用于造紙，紙張強度隨晶須含量的增高而降低，但紙張白度不斷提高。分散劑和助留劑對磷石膏晶須造紙的性能有重要影響，它們能提高晶須在紙張中的添加量，而保持紙張的性能不受影響。廖夏林等[7]研究使用殼聚糖對石膏晶須進行表面涂覆改性，通過控制不同的殼聚糖涂覆量探討其對石膏晶須溶解性和分散性的影響，并將改性后的石膏晶須加入到紙頁中去，加入量為50%，分析了其留著率和其對紙頁物理性能的影響。研究表明，添加殼聚糖涂覆量2%的改性石膏晶須的紙樣抗張指數(shù)最低，對比添加未改性石膏晶須的紙樣，其抗張指數(shù)下降了6.88N•m/g。添加殼聚糖涂覆量4%的改性石膏晶須的紙樣抗張指數(shù)最高，對比添加未改性石膏晶須的紙樣，其抗張指數(shù)上升了1.38N•m/g。添加其它涂覆用量改性石膏晶須的紙樣和添加未改性石膏晶須紙樣的抗張強度基本持平。

石膏晶須屬于無機纖維，在與植物纖維配合抄紙時，需要對其進行表面包覆改性。但在植物纖維與礦物纖維作用機理方面還缺乏系統(tǒng)的研究，在微觀結(jié)構(gòu)觀察和成分分析方面的認(rèn)識非常有限，對于不同性質(zhì)纖維之間相互作用的微觀機理基本屬于推測，缺少理論證據(jù)。因此，以后將石膏晶須與有機物結(jié)合，在造紙上將會有更多新的用途。（本文作者：操歡、朱星宇、袁世炬 單位：湖北工業(yè)大學(xué)制漿造紙工程學(xué)院）