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粉煤灰纤维改性及其造纸中纸张抗张强度增强的研究

马迅  
【摘要】:粉煤灰纤维应用于造纸,由于纤维之间的相互作用力弱,导致粉煤灰纤维抄造的纸张强度较低。本研究通过对粉煤灰纤维进行改性,增加纤维之间的作用力,从而达到提高纸张的抗张强度的效果。 首先,利用硅烷偶联剂KH550对粉煤灰纤维进行处理,使得纤维表面带有伯胺基官能团;其次,采用氯乙酸或硫酸对聚乙烯醇(PVA)进行改性,在其分子链上引入酸性基团;然后,将改性的PVA与KH550处理的粉煤灰纤维结合,构成“KH550-酸化PVA"体系。通过PVA链上的酸性基团与粉煤灰纤维表面的伯胺基团产生作用,使PVA与粉煤灰纤维结合能力提高,并借助PVA分子链中大量的羟基而产生的氢键,增加造纸浆料中粉煤灰纤维之间的相互作用力,以此提高抄造的纸张的抗张强度。 同理,使用KH560对粉煤灰纤维表面改性,利用KH560带有环氧基团与PVA中羟基的作用促进PVA与粉煤灰纤维的结合,构成"KH560-PVA"体系来提高纸张的抗张强度。 红外光谱和SEM图像显示:在粉煤灰纤维表面能够接上硅烷偶联剂。酸碱滴定和热失重结果表明:硅烷偶联剂和PVA溶液直接加入到粉煤灰纤维制备的浆料中,抄造纸张时,由于浆料浓度低和纸页成型需要大量水的因素,硅烷偶联剂在粉煤灰纤维表面实际结合量与其原始处理用量相差很大,影响PVA对纸张的增强效果。而采用将硅烷偶联剂喷洒在粉煤灰纤维上使之浸湿的预处理方法,降低硅烷偶联剂的用量,抄纸以后在纸张表面再喷洒PVA溶液,可提高PVA的利用率,此时纸张的抗张强度的增强效果明显。纸张抗张强度性能测试结果证明:粉煤灰纤维纸张强度的提高与PVA直接相关,且抗张强度随PVA用量的增加而提高。硅烷偶联剂虽然促进粉煤灰纤维在水中的分散效果,但对纸张的抗张强度提高的贡献很小,其作用是促使更多的PVA分子链结合到粉煤灰纤维上,从而提高PVA对纸张的增强效果。本研究中,纯木质纤维纸张的抗张强度为1045N/m; KH550或KH560用量为粉煤灰纤维质量的15%,酸化PVA或PVA的添加量为抄纸纤维质量的5%,粉煤灰纤维质量与木质纤维质量比为1:2时,“KH550-氯乙酸化PVA"、"KH550-硫酸化PVA”和"KH560-PVA"体系的纸张抗张强度分别为1132、1443和2363N/m;粉煤灰纤维质量与木质纤维质量比为2:1时,分别为611、823和1208N/m。"KH550-酸化PVA”体系中,硫酸化PVA(酸基团取代度为20.54%)提高纸张抗张强度的程度高于氯乙酸化PVA(酸基团取代度为1.25%)。相同用量条件下"KH560-PVA"体系对纸张抗张强度的增强效果优于“KH550-酸化PVA”体系,但纸张的干燥温度相对要高。


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