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白泥精製碳酸鈣(簡稱CCC)填料已經部分替代商品輕質碳酸鈣(PCC)。但與PCC相比,CCC品質低,應用後影響造紙溼部添加劑的使用效率,尤其是影響AKD的施膠效率。CCC較高的比表面積使其具有高的吸附性使得能與纖維結合的有效施膠的AKD量下降,從而導致CCC加填紙的AKD施膠效率較低。
兩種CCC,一種PCC的各項特性指標見表1。
1、靜電相互作用對填料吸附AKD的影響
利用紫外分光光度計測試3種填料對AKD的影響,結果如圖1所示。
從圖1可以看出,相同AKD用量下,CCC1和CCC2對AKD的吸附量均大於PCC對AKD的吸附量,即CCC填料對AKD具有更高的吸附能力。
由表1可知,CCC填料具有比PCC更高的比表面積,這可能是導致CCC填料對AKD具有較高吸附量的原因。但比表面積相近的CCC1和CCC2對AKD的吸附量差異較大,由此可知,除比表面積外還存在其他因素影響CCC對AKD的吸附。
一般認為,吸附包含膠體吸附和靜電吸附。由表1中表面電荷數據可知,兩種CCC填料表面均呈現為負電荷,PCC表面呈現為正電荷。CCC填料表面弱的負電荷導致其與帶正電荷的AKD之間存在較強的靜電吸附,這是CCC填料對AKD的吸附量大於PCC,以及比表面積相近的CCC1和CCC2對AKD吸附量存在較大差異的原因。因此,相比PCC,靜電相互作用也是影響CCC填料對AKD吸附率高的一個重要因素。
與PCC填料相比,對CCC加填紙較低的AKD施膠效率的原因是,當CCC作為填料時,較多的AKD將被CCC填料吸附,這部分被吸附的AKD膠粒在紙張的乾燥過程中,容易熔融滲透入填料孔隙內,使得能與纖維表面的羥基發生酯化反應的有效AKD的量減少,最終表現為較低的施膠性能。CCC加填紙中AKD的遷移,是導致CCC加填紙AKD施膠效率低於PCC加填紙的原因。
2、熔融滲透至填料孔隙內AKD的施膠性能
為了證實AKD膠粒在乾燥過程中的熔融滲透,即AKD的遷移,利用稀鹽酸浸泡碳酸鈣加填紙,並檢測浸泡前後加填紙的施膠性能。實驗結果如表3所示。
從表3可知,3種填料的加填紙經稀鹽酸浸泡後,施膠性能均有所提高,其中CCC加填紙的施膠性能明顯提高,尤其是CCC1加填紙。其原因是,當碳酸鈣被稀鹽酸反應除去後,遷移至碳酸鈣內部的AKD將被重新釋放,與纖維表面的羥基反應產生抗水性能,從而提高紙張的施膠度。
3、CS對CCC加填紙AKD遷移的抑制
將不同量(相對絕幹填料)的CS加入到CCC1填料中進行預吸附,再將處理後的CCC1進行加填,檢測相應加填紙的施膠性能,結果如圖2所示。
從圖2可知,隨著CS的添加,CCC加填紙的Cobb60值顯著降低,當CS用量為0.05%時,紙張Cobb60值從原來的93.9g/m2降低至57.2g/m2;然而,當CS用量繼續增加時,加填紙Cobb60值緩慢降低。