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近年来,有研究者提出通过粉体表面改性技术改变造纸填料表面形态和性质,去除填料与纤维间弱的“边界层”,增加二者的结合力,进而提高填料的留着率和纸页强度。
本研究采用不同离子类型聚丙烯酰胺对滑石粉进行表面改性,并将改性后的滑石粉加填到二次纤维中。探讨了不同离子类型聚丙烯酰胺的最佳分子量依次为DA1200W,nPAM1000W,PHP1000W,AmPAM1200W。使用不同离子的改性剂,讨论了聚丙烯酰胺改性滑石粉的最佳工艺条件为:改性时长30min,随改性浆浓10%,改性剂用量相对于滑石粉的质量0.5%,体系温度30℃,改性转速1000r/min。
通过FTIR和等温吸附线的分析,表明聚丙烯酰胺在滑石粉表面吸附主要为多层的物理包覆。改性滑石粉在水中的接触角减小4~12度,说明聚丙烯酰胺吸附在滑石的由四面体的硅氧面构成的疏水正表面上。通过改性滑石粉的SEM,可以看到经过聚丙烯酰胺改性的滑石粉分散更加均匀,轮廓更加明显,并且微细滑石粉以团聚的形式吸附在较大滑石粉颗粒的表面。
本研究还通过聚丙烯酰胺在滑石粉表面单层吸附时的最大吸附量,计算被吸附的聚丙烯酰胺在滑石粉表面所占有的有效面积为26.3~38.7,边侧面的键合分数为0.10~0.13。由此得出的:在开始吸附时,聚丙烯酰胺在滑石粉表面的吸附都是单层吸附,然后才是多层吸附。另外接触角变化、聚丙烯酰胺在滑石粉表面的键合分数以及滑石粉表面Zeta电位的变化,表明聚丙烯酰胺的吸附可能同时发生在滑石粉的正表面和边侧面上,并且一定发生在疏水正表面上。另外通过Zeta电位计算得到聚丙烯酰胺在滑石粉表面的吸附层厚度为0.46~0.61nm,低于聚丙烯酰胺分子的高度,这表明不同离子类型的聚丙烯酰胺均以平躺状态吸附在滑石表面上。
将改性滑石粉加填到二次纤维中,纸张的定量明显高于普通滑石粉;通过对纸张物理强度性能的分析,加填改性滑石粉得到纸张的各项物理强度性能高于分别添加滑石粉和聚丙烯酰胺的纸张3%-12.4%;通过对滑石粉加填纸张表面的体视显微照片,改性滑石粉在纸张中的分布均匀,没有团聚现象;抗张式样断面的体视显微镜照片分析表明改性滑石粉与纤维结合紧密。