眾所周知，目前常見的造紙?zhí)盍现饕谢邸⑻妓徕}、硅灰石和二氧化鈦等。隨著我國造紙產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。纖維原料匱乏的問題也日趨嚴(yán)峻。在此背景下，填料在造紙工業(yè)中的使用范圍不斷擴展。探索各種新型填料在造紙工業(yè)中的應(yīng)用也成為近年來的熱點課題。
沸石是架狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽物質(zhì)。因種類的不同其化學(xué)成分有較大區(qū)別，主要含有Ca、Na、K、Li等金屬離子。我國1972年首次在浙江縉云發(fā)現(xiàn)了沸石礦。目前已經(jīng)在21個省市發(fā)現(xiàn)了100多個沸石礦區(qū)，全國總儲量達(dá)400億t。沸石可以在廢紙的再制漿過程中用作螯合劑、穩(wěn)定劑和吸附劑，從而提高脫墨效率。此外，在碎漿機中加入沸石還有助于改善浮選以后的白水質(zhì)量：然而有關(guān)沸石作為填料對紙張物理強度及光學(xué)性能等的研究仍然較少。本文以天然沸石為填料，陽離子淀粉為改性劑，研究其對紙張性能的影響，為探索天然沸石作為填料在造紙工業(yè)中的應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)。漂白硫酸鹽針葉木漿(NBKP)，取自浙江永泰紙業(yè)集團(tuán)股份有限公司，打漿至31。SR。天然沸石，廣西靈川縣某沸石礦的工業(yè)產(chǎn)品，粒度為800目，密度2.19g/cm3。陽離子淀粉，相對分子質(zhì)量800萬，陽離子度20%，電荷密度1.53meq/g。
1.2方法
1.2.1沸石的陽離子淀粉改性
A方法：稱取一定量的陽離子淀粉于200mL燒杯中．加水稀釋至淀粉濃度為5%，再加入一定量的沸石(控制淀粉和沸石的質(zhì)量比分別為1%、3%、5%、7%和9%)混合均勻，在95。C(水浴加熱)的溫度下熬制30min。混合物再經(jīng)真空干燥，將干燥后的固體用瑪瑙研缽進(jìn)行研磨，得到陽離子淀粉改性的沸石填料。
B方法：稱取一定量的陽離子淀粉于200mL燒杯中。加水稀釋至淀粉濃度為5%。在95℃的溫度下熬制30min至溶液澄清透明。再加入一定量的沸石(控制淀粉和沸石的質(zhì)量比分別為1%、3%、5%、7%和9%)混合均勻。混合物再經(jīng)真空干燥，將干燥后的固體用瑪瑙研缽進(jìn)行研磨。得到陽離子淀粉改性的沸石填料。
1.2.2抄淺
1.2.2.1不加沸石的空白實驗(KB)
稱取一定量的濕紙漿(絕干質(zhì)量2.512g)，加水定容至2000mL。置于疏解器中于攪拌速度3000r/min下進(jìn)行疏解1min，然后抄紙，紙樣標(biāo)記為KB。
1.2.2.2加入改性沸石的紙樣(MA和MB)
稱取一定量的濕紙漿(絕干質(zhì)量2.1352g)，加水定容至2000mL，加入1.2.1中制備的陽離子淀粉改性沸石0.3768g．置于疏解器中于攪拌速度3000r/rain下進(jìn)行疏解1min，然后抄紙。其中采用A方法改性沸石的紙樣標(biāo)記為MA，根據(jù)淀粉和沸石的質(zhì)量比1%、3%、5%、7%和9%分別標(biāo)記為MA1、MA2、MA3、MA4和MA5，采用B方法改性沸石的紙樣標(biāo)記為MB：和MA組紙樣一樣根據(jù)淀粉和沸石的質(zhì)量比不同分別標(biāo)記為MB1、MB2、MB3、MB4和MB5。
1.2.2.3陽離子淀粉和沸石分開加入的紙樣(NS)
取一定量的濕紙漿(絕干質(zhì)量2.1352g)，加水定容至2000mL，加入熬制完畢的陽離子淀粉，攪拌均勻．再加入天然沸石(絕干陽離子淀粉和天然沸石的總質(zhì)量為0.3768g，淀粉和沸石的質(zhì)量比分別為1%、3%、5%、7%和9%)，置于疏解器中于攪拌速度3000r/min下進(jìn)行疏解1min，然后抄紙，紙樣分別標(biāo)記為：NS1、NS2、NS3、NS4和NS5。
1.2.2.4添加15%天然沸石的紙樣(FS)
取一定量的濕紙漿(絕干質(zhì)量2.1352g)，加水定容至2000mL，加入天然沸石0.3768g(即加填量為15%)，置于疏解器中于攪拌速度3000r/min下進(jìn)行疏解1min，然后抄紙，紙樣標(biāo)記為FS。以上紙樣的抄造依照TAPPIT205標(biāo)準(zhǔn)在MODEL1600Echo—SpaceAutomaticSheetFormerSystem(R6alisationsAustralesInc．，加拿大)上進(jìn)行，壓榨壓力200kPa，然后在Formax12DrumDryer(Thwing—AlbertInstrument，美國)上干燥。
1.3分析檢測
天然沸石的x射線衍射(XRD)分析：利用德國Bruker公司生產(chǎn)的D8Advance型X射線衍射儀對沸石樣品進(jìn)行物相分析。測試條件：Cu靶Kct輻射(a=0．154nm)，高壓：40kV；管流：40mA；掃描范圍：5～90。步長0.02。，掃描速度l7.7s/步。掃描電鏡(SEM)分析：掃描前對紙樣進(jìn)行噴金處理，采用美國FEI公司Quanta200掃描電子顯微鏡觀察樣品的表觀形態(tài)。
式中：R為留著率，%；A為纖維原料的灰分，%；B為成紙的灰分，%；C為填料的灼燒減量，%；G為加填紙漿的灰分，%(說明：纖維原料灰分A以0．14%計算)。紙張性能檢測：按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。
2、結(jié)果與討論
2.1天然沸石的XRD譜圖
超過這個用量后，成紙勻度指數(shù)又會出現(xiàn)上升的現(xiàn)象，說明過量的陽離子淀粉導(dǎo)致了紙頁成形時纖維絮聚的問題。
隨著勻度指數(shù)的下降，成紙的透氣度出現(xiàn)明顯上升，表明沸石的加入提高了紙張的孔隙率；在NS組中，隨著陽離子淀粉用量的增加，雖然成紙勻度指數(shù)有所下降．然而透氣度呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，原因是成紙灰分的增加；與NS組相比，MA和MB組的透氣度則明顯低的多，原因是此時與NS組相比．沸石在紙張中的分布更加均勻，因此透氣度有所降低。
2.5成紙耐破指數(shù)及抗張指數(shù)
沸石的加入對成紙的耐破指數(shù)和抗張指數(shù)有一定程度的負(fù)面影響，尤其是FS和NS組紙樣；空白紙樣(KB)的耐破指數(shù)為5．17kPa·mVg．抗張指數(shù)為65．22N·m/g，而FS紙樣耐破指數(shù)和抗張指數(shù)分別下降了37．91%和30．36%，其原因是灰分的提高意味著纖維數(shù)量的減少，同時填料留著在纖維之間的網(wǎng)格也妨礙了纖維之間的氫鍵結(jié)合；NS、MA、MB等3組的耐破指數(shù)和抗張指數(shù)的變化規(guī)律比較類似，與FS組相比強度性均有明顯改善，尤其是NS3、MA3和MB3的耐破指數(shù)與FS相比分別提高了6.54%、24.30%和33.64%，抗張指數(shù)則分別提高了9.69%、20.70%和29.74%。
2.6成紙白度及不透明度
天然及改性沸石填料對成紙白度及不透明度的影響見圖6從圖6可以看出：空白紙樣的白度為86.67%ISO，與漂白針葉木漿的白度較為接近，F(xiàn)s紙樣白度下降到了84.59%ISO。原因是沸石的白度為83%ISO，低于漂白針葉木漿的白度：NS、MB組的白度略低于FS紙樣，而MA組的白度則明顯更低，原因是MA組是沸石、復(fù)合材料和陽離子淀粉共同熬制，在熬制的攪拌過程中．較多的沸石中的鐵離子、錳離子雜質(zhì)進(jìn)入淀粉溶液中，影響了成紙的白度；與白度相反，成紙的不透明度呈上升趨勢．主要原因是成紙灰分的上升所導(dǎo)致，此外，陽離子淀粉的加入提高了細(xì)小纖維的留著率．由于細(xì)小纖維的比表面積較大，增加了光的反射系數(shù)，從而也提高了不透明度。
3、結(jié)論
(1)天然沸石可以作為填料在紙張中使用。
(2)天然沸石的加入對紙張的強度性能和白度有一定負(fù)面影響。加入量為15%時，紙張耐破指數(shù)和抗張指數(shù)分別下降37.91%和30.36%。
(3)采用陽離子淀粉改性的方法可以有效緩解天然沸石的加入對紙張強度的負(fù)面影響，而且先熬制后混合的效果更佳；在陽離子淀粉用量為5%時，與直接加填相比，該方法可提高紙張耐破指數(shù)33.64%，提高抗張指數(shù)29.74%。
