聚合物對CaCO3填充紙張影響研究

前言：本站為你精心整理了聚合物對CaCO3填充紙張影響研究范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

本文作者：劉軍海代紅靈王俊宏作者單位：陜西理工學院化學與環境科學學院

碳酸鈣用于造紙工業，能有效地提高紙的白度和不透明度，改進紙的平滑度、柔軟度，改善油墨的吸收性能。但碳酸鈣雖然很細，在使用前常常處于聚集狀態，很難直接分散在水中，所以一般都需要加入分散劑來降低表面張力，或者在研磨時進行改性，使得碳酸鈣能穩定地分散在水中[1～4]。樹枝狀大分子是指通過支化基元（如多官能基單體）逐步重復反應得到的，具有樹枝狀高度支化結構的大分子。它具有三維的分子結構和大量的官能團，還具有溶解性好、黏度低、反應性活潑等特點，而且原料不需要特別精制，很適合工業生產應用，是近年來發展迅速的一類新型合成高分子[5]。根據樹枝狀大分子的這些性能特點以及參考碳酸鈣的一些改性方法[6～8]，本文將合成的一種外圍含大量羧基、內腔為叔氨基的樹枝狀大分子與碳酸鈣混合研磨，對輕質碳酸鈣起到很好的分散作用，在造紙中獲得良好的應用效果。

1實驗部分

1.1原料與儀器

乙二胺、丙烯酸甲酯、甲醇，分析純；輕質碳酸鈣，化學純；紙漿，打漿度45°SR，白度78％。500ml四口燒瓶、溫度計、加熱攪拌裝置；上海安德儀器設備有限公司NDJ-1黏度計；日本清新株式會社SKC－2000顆粒分析儀；上海平軒科學儀器有限公司WSB-1白度儀；日本電子株式會社JSM-7500F掃描電鏡。

1.2合成方法[9]

以乙二胺為核，以甲醇為溶劑，與丙烯酸甲酯在25℃下反應，得到四丙烯酸甲酯的加成產物，該產物與乙二胺進行胺解反應，得到酰胺化四氨基產物，經多次循環上述反應，即可得到不同代數G的樹枝狀聚合物聚酰胺基胺（PAMAM）。其中，整代最外層基團為-NH2，半代最外層基團為-COOCH3。本文通過計算分子量，合成2.5G產物，然后滴加等摩爾質量的30%NaOH溶液調節pH，最后加入適量的蒸餾水調整含量為35%左右，得到樹枝狀聚合物分散劑。其反應式見圖1。向輕質碳酸鈣中加入1%的分散劑，升溫至90℃充分研磨，得到改性的輕質碳酸鈣。

1.3輕質碳酸鈣懸浮液黏度的測定

用黏度計分別測定加入樹枝狀聚合物改性前后質量濃度為20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%的輕質碳酸鈣懸浮液的黏度。樹枝狀聚合物加入量為輕質碳酸鈣重量的1%。

1.4輕質碳酸鈣懸浮液的掃描電鏡

用掃描電鏡觀察加入樹枝狀聚合物改性前后輕質碳酸鈣在水中的分散現象。

1.5輕質碳酸鈣在造紙中的應用

在抄紙時，加入不同用量的改性前后的輕質碳酸鈣抄成紙樣。將樣品切成標準要求的規格（15mm×250mm），在抗張試驗儀上測定紙張的抗張強度；將樣品切成100mm×100mm的10張試樣，并準確標明正反面，然后在耐破度儀上進行耐破度測定；將樣品切成63mm×75mm大小的8張試樣，不能連在一起，正反面朝向一致，于撕裂度儀上測定撕裂度，此法測定的是內撕裂度；并對加填紙張進行電鏡掃描分析。

1.6白度測定

測定加入樹枝狀聚合物改性前后輕質碳酸鈣及其加填紙張的白度。

2結果與討論

2.1分散劑對輕質碳酸鈣懸浮液黏度的影響

測得加樹枝狀聚合物改性前后輕質碳酸鈣懸浮液黏度隨著濃度的變化如圖2所示。由圖2可知，不加分散劑時，輕質碳酸鈣懸浮液隨著濃度增加，黏度劇增；當加入1%分散劑后，其黏度大大下降，說明該樹枝狀聚合物對輕質碳酸鈣的分散效果明顯，這將有利于配制高固含量的輕質碳酸鈣懸浮液，對生產更加便利。

2.2樹枝狀聚合物對輕質碳酸鈣懸浮液分散性的影響

加入樹枝狀聚合物改性前后輕質碳酸鈣在水中分散情況的掃描電鏡圖見圖3、圖4。由圖可知，加入樹枝狀聚合物改性后的輕質碳酸鈣在水中分散均勻，聚集現象明顯減弱，說明該樹枝狀聚合物對輕質碳酸鈣有良好的分散效果。

2.3加填量對紙張抗張強度的影響

當加填量為10%、20%、30%時，使用加入樹枝狀聚合物改性前后輕質碳酸鈣加填紙張的抗張強度如圖5所示。決定紙張抗張強度大小的因素主要是纖維間的結合力。一般來說，當填料被加入紙漿中后，它將使纖維和纖維之間距離增大，減少纖維的接觸面，因而影響到纖維的結合力，所以填料的加入將會降低紙張的強度。從圖5可知，隨著加填量的增大，紙張的強度下降，其中經過樹枝狀聚合物改性的輕質碳酸鈣加填的紙抗張強度下降的要比未改性的少。這主要是因為，輕質碳酸鈣經過樹枝狀聚合物改性后，結合了眾多的活性官能團，能夠與紙張纖維之間形成較強的結合作用，而不是單純的附著在纖維表面，因而紙張的抗張強度下降少。

2.4加填量對紙張耐破度的影響

當加填量為10%、20%、30%時，使用加入樹枝狀聚合物改性前后輕質碳酸鈣加填紙張的耐破度如圖6所示。從圖6可知，紙張的耐破度隨著加填量的增大而降低，加入樹枝狀聚合物改性輕質碳酸鈣加填的紙的耐破度下降的少，也說明了其之間具有一定的結合力。

2.5加填量對紙張撕裂度的影響

當加填量為10%、20%、30%時，使用加入樹枝狀聚合物改性前后輕質碳酸鈣加填紙張的撕裂度如圖7所示。從圖7可知，加入樹枝狀聚合物改性的輕質碳酸鈣加填紙的撕裂度稍有提高，隨著加填量的增加，紙張的撕裂度下降，但兩者下降趨勢接近。這是由于紙頁的撕裂度主要由纖維的長度和強度決定的。打漿度確定后，纖維長度大小基本確定，所以撕裂度基本是定值，因此無論是加入樹枝狀聚合物改性的輕質碳酸鈣進行加填，還是加未改性輕質碳酸鈣加填，對撕裂度的影響都不是很大。

2.6加填紙張的SEM分析

從上述紙張強度的測試結果看，加入樹枝狀聚合物改性的輕質碳酸鈣加填后，紙張的各項強度性能指標比以未改性輕質碳酸鈣作填料時要好，填料量加到30%都還保持著較高的強度。我們對使用改性前及改性后的輕質碳酸鈣加填的紙張進行掃描電鏡測試，其中填料加入量為20%，通過觀察紙面和撕裂口，結果如圖8～圖11。可見，與加未改性輕質碳酸鈣相比，加入樹枝狀聚合物改性的輕質碳酸鈣紙面上填料分布均勻、量多，纖維致密。因為改性后，填料表面有更多的官能團，與纖維之間產生一定的作用所致。由圖10、圖11可知，由于加入樹枝狀聚合物改性的輕質碳酸鈣加填的紙張力學性能較好，結合力較強，紙張強度高，因此在撕裂時纖維被拉斷而不是拉脫起毛。

2.7加入樹枝狀聚合物對白度的影響

測定加入樹枝狀聚合物改性前后輕質碳酸鈣的白度及加填量為10%、20%、30%時加填紙的白度，結果如表1所示。由表1可知，加入樹枝狀聚合物改性后對輕質碳酸鈣及其加填紙面的白度影響不大，適合使用。

3結論

3.1加入樹枝狀聚合物改性后，輕質碳酸鈣懸浮液黏度大大下降，可以配制更高固含量的懸浮液，有利于生產加工。

3.2經加入樹枝狀聚合物改性的輕質碳酸鈣加填的紙張，其抗張強度、耐破度、撕裂度等都有所提高，紙面纖維間密致，填料分布均勻。

3.3加入樹枝狀聚合物改性后，對輕質碳酸鈣及其加填紙的白度影響不大。