眾所周知，目前常見的造紙?zhí)盍现饕谢?、碳酸鈣、硅灰石和二氧化鈦等。隨著我國(guó)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(kuò)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(diǎn)課題。
Zeolite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(guó)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(gè)省市發(fā)現(xiàn)了100多個(gè)沸石礦區(qū)，全國(guó)總儲(chǔ)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(jī)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(duì)紙張物理強(qiáng)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(yáng)離子淀粉為改性劑，研究其對(duì)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(yáng)離子淀粉，相對(duì)分子質(zhì)量800萬，陽(yáng)離子度20%，電荷密度1.53meq/g。
1.2方法
1.2.1沸石的陽(yáng)離子淀粉改性
A方法：稱取一定量的陽(yáng)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(yáng)離子淀粉改性的沸石填料。
B方法：稱取一定量的陽(yáng)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?；旌衔镌俳?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(yáng)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(shí)驗(yàn)(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(yáng)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(yáng)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(yáng)離子淀粉，攪拌均勻．再加入天然沸石(絕干陽(yáng)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(guó))上干燥。
1.3分析檢測(cè)
天然沸石的x射線衍射(XRD)分析：利用德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)的D8Advance型X射線衍射儀對(duì)沸石樣品進(jìn)行物相分析。測(cè)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(zhǎng)0.02。，掃描速度l7.7s/步。掃描電鏡(SEM)分析：掃描前對(duì)紙樣進(jìn)行噴金處理，采用美國(guó)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(jì)算)。紙張性能檢測(cè)：按照相關(guān)國(guó)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(gè)用量后，成紙勻度指數(shù)又會(huì)出現(xiàn)上升的現(xiàn)象，說明過量的陽(yáng)離子淀粉導(dǎo)致了紙頁(yè)成形時(shí)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(yáng)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(shì)，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(shí)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(duì)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(shí)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(qiáng)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(duì)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(yáng)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(shì)．主要原因是成紙灰分的上升所導(dǎo)致，此外，陽(yáng)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(duì)紙張的強(qiáng)度性能和白度有一定負(fù)面影響。加入量為15%時(shí)，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(yáng)離子淀粉改性的方法可以有效緩解天然沸石的加入對(duì)紙張強(qiáng)度的負(fù)面影響，而且先熬制后混合的效果更佳；在陽(yáng)離子淀粉用量為5%時(shí)，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%。
