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本文作者：夏新興杜明珠作者單位：陜西科技大學輕工與能源學院

由于木材資源短缺，目前我國還大量以麥草、蘆葦、竹子等作為造紙纖維原料。據(jù)報道，我國原生漿中草類漿的比例占40%以上[1]。在堿回收過程中，綠液與石灰發(fā)生苛化反應生成氫氧化鈉供蒸煮工段循環(huán)使用，同時還會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品——白泥。在麥草漿堿回收體系中，每回收1t堿產(chǎn)生的絕干白泥理論值是1250kg。如此多的白泥如果不加以利用，勢必會造成很大的浪費。但由于草漿白泥雜質多，硅含量高，生成的碳酸鈣白度低，粒子勻整性差，使得麥草漿白泥的循環(huán)利用難度較大，大多數(shù)制漿廠只是簡單的填埋或堆放，不僅造成對環(huán)境的污染，還需要支付高額的排污費，加重了企業(yè)負擔[2]。目前，國內已經(jīng)開展了白泥碳酸鈣作為造紙?zhí)盍系募夹g研究并在一些企業(yè)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，如湖南泰格林紙股份有限公司、沅江紙業(yè)有限公司、中冶銀河紙業(yè)有限公司等。從這些公司的白泥碳酸鈣作為造紙?zhí)盍系膽们闆r來看，白泥碳酸鈣已經(jīng)可以部分甚至大部分替代商品碳酸鈣作為紙張?zhí)盍?。然而，通過對這些生產(chǎn)企業(yè)的了解，白泥碳酸鈣作為填料在實際生產(chǎn)應用中，還存在許多問題，如白泥碳酸鈣的粒度、白度及晶型等的控制問題；白泥碳酸鈣在加填時還會造成粘網(wǎng)、糊網(wǎng)等問題；對AKD施膠有一定的負面影響，使施膠劑用量增加。這些問題嚴重制約了草漿白泥碳酸鈣的應用。因此，我們通過對綠液進行預處理，并精確控制苛化反應條件，生產(chǎn)出精制白泥碳酸鈣用于紙張加填，并對比分析了傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣、精制草漿白泥碳酸鈣及商品碳酸鈣的物理性能及其用作造紙?zhí)盍蠒r對紙張性能的影響。

1實驗

1.1實驗原料及儀器

綠液，取自西安某紙業(yè)有限公司，為麥草制漿堿回收綠液；漿料，漂白闊葉木化學漿，打漿度30°SR；AKD施膠劑，CPAM、膨潤土助留助濾劑，均為工業(yè)品；鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)，分析純。BT-9300H激光粒度分布儀，R457白度計，可勃（Cobb）吸水性測定儀，抗張強度測定儀。

1.2實驗方法

1.2.1精制草漿白泥碳酸鈣的制備

麥草漿綠液靜置一段時間后，使其自然澄清，取一定量上層清液進行預處理，過濾析出的沉淀[3]。將得到的凈化綠液用于苛化反應，并精確控制反應條件制得精制白泥碳酸鈣。

1.2.2碳酸鈣粒徑分布的測定

采用BT-9300H型激光粒度分布儀對碳酸鈣的粒度分布進行測定。

1.2.3碳酸鈣吸油值的測定

稱取5.0g碳酸鈣，精確至0.01g，置于玻璃板或釉面瓷板上，用已知質量的盛有鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)的滴瓶滴加DOP，在滴加時用調刀不斷進行翻動研磨，起初試樣呈分散狀，后逐漸成團直至全部被DOP所潤濕，并形成一整團即為終點。稱取滴瓶質量，精確至0.01g。整個測定要求在90min內完成。計算所用DOP的質量與物料質量的比，即為吸油值。式中：m1—滴加DOP之前滴瓶和DOP的質量，g；m2—滴加DOP之后滴瓶和剩余DOP的質量，g；m—試樣質量，g。

1.2.4碳酸鈣沉降體積的測定

取10.0g碳酸鈣試樣置于最小刻度為1mL的100mL具塞量筒中，浸泡2h左右，加水到刻度線，用力振蕩使之完全呈分散狀態(tài)，室溫下靜置24h，觀察沉降物所占體積大小以及沉降情況。計算沉降物所占體積與試樣的質量的比值[4]。X=V/m式中：X—沉降體積，mL•g-1；V—沉降物所占體積，mL；m—試樣質量，g。

1.2.5碳酸鈣在紙張中的加填實驗

將一定量的漂白闊葉木化學漿（30°SR）在標準纖維疏解器中疏解2000r。在疏解后的漿料中加入一定量的碳酸鈣,攪拌均勻，加入AKD、CPAM/膨潤土助留助濾劑,在抄片器中抄制成紙，并對其進行物理性能檢測。

2結果和討論

2.1碳酸鈣的物理性能

2.1.1粒徑分布

由圖1可見，傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣的粒徑分布范圍寬，平均粒徑達12.78μm，其中，粒徑10μm以下的只占34%，10μm以上則占66%。這樣，在紙張加填時，粒徑較大的碳酸鈣粒子很難進入纖維之間的空隙之中，僅覆蓋在紙張的表面，使紙張在印刷過程中會出現(xiàn)掉毛掉粉現(xiàn)象，此外還會引起加填不均、影響紙張的松厚度和勻度，以及造成網(wǎng)部磨損等，因此不適合用作造紙?zhí)盍稀６频牟轁{白泥碳酸鈣平均粒徑為6.36μm，且粒徑分布較均勻，大多數(shù)在5~10μm之間，10μm以下粒徑的約占82%。商品碳酸鈣平均粒徑最小，且粒徑分布范圍小，平均粒徑為5.31μm，其中，5μm以下占49%，5~10μm則占45%，粒徑均一性優(yōu)于精制白泥碳酸鈣。從圖1~圖3我們可以看出，精制草漿白泥碳酸鈣和商品碳酸鈣的粒徑接近，且分布較為均勻，可以滿足作為造紙?zhí)盍系氖褂靡螅鴤鹘y(tǒng)白泥碳酸鈣，粒徑大部分在10μm以上，且分布不均勻，不適合用作造紙所用的填料。

2.1.2吸油值和沉降體積

填料的沉降性能跟填料的粒徑之間存在一定的線性關系。通常情況下，粒徑越大，沉降速度越快，沉降體積越小。而粒度越細，沉降速度越慢，沉降體積越大。從表1可知，傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣的沉降體積最大，為8.6mL•g-1，沉降速度最慢，這是因為傳統(tǒng)草漿白泥的粒度均勻性較差，粒度分布范圍寬，盡管平均粒徑較大，但仍有大量的細小粒子。填料沉降的速度越快，在造紙網(wǎng)部的濾水也就會越快。反之，沉降速度慢，大量填料粒子就容易隨白水流失，使填料的留著率降低。精制后的草漿白泥碳酸鈣沉降體積最小，只有3.2mL•g-1，有利于促進填料在漿料表面的均勻吸附。填料顆粒吸油值的大小與粒子間的間隙、粒子表面性能以及粒子的比表面積等有關。吸油值對造紙用碳酸鈣的使用性能比較重要，由表1可知，精制的草漿白泥碳酸鈣其吸油值最高，達到120.0，而傳統(tǒng)草漿白泥僅為65.2，商品碳酸鈣的吸油值為84.0。在造紙中，實際需要的是降低沉降體積和提高吸油值。因此，從吸油值和沉降體積來考慮，精制后的草漿白泥碳酸鈣完全適合用作造紙?zhí)盍?，而傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣則不適合用作造紙?zhí)盍稀?/p>

2.1.3白度

從表2可見，傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣的白度只有82.36%ISO，達不到作為造紙?zhí)盍系臉藴室?。精制草漿白泥碳酸鈣白度達到了90.00%ISO，相對于傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣有了很大提高。但是，與商品輕質碳酸鈣相比還是稍低，這是因為草漿綠液的成分復雜，含有很多金屬離子，如Fe3+、Cu2+、Mg2+等，這些雜質的存在影響了白泥碳酸鈣的白度。

2.2碳酸鈣在紙張中的應用性能對紙張施膠效果的影響

2.2.1對紙張施膠效果的影響

由圖4可知，經(jīng)傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣加填的紙張幾乎沒有施膠效果，而精制草漿白泥碳酸鈣加填的紙張其抗水性有了很大的提高，達到了商品碳酸鈣加填的施膠效果。由圖4還可以看到，隨著白泥碳酸鈣加填量的增加，紙張抗水性呈減弱趨勢，這是因為隨著填料的增加，較多的施膠劑被填料所吸附而降低了紙張的施膠效果。

2.2.2對紙張光學性能的影響

由圖5可知，傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣加填的紙張白度較低，且隨著加填量增加紙張白度不斷降低。而精制草漿白泥碳酸鈣及商品輕質碳酸鈣加填的紙張白度較高，且隨著加填量增加，紙張的白度不斷提高，當加填量從15%到25%時，F(xiàn)CC加填紙的白度要稍高于PCC加填紙的白度。當加填量超過25%后，PCC加填紙白度才開始高于FCC加填紙的白度，這可能與兩種碳酸鈣的形貌結構特征有關。由圖6可見，3種紙張不透明度隨著碳酸鈣加填量的增加而增大。在相同填料加入量下，精制草漿白泥碳酸鈣加填紙的不透明度最大，商品輕質碳酸鈣次之，傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣的最小，這可能與3種碳酸鈣的形貌結構特征及粒徑大小有關。

2.2.3對紙張物理強度的影響

從圖7到圖9可知，隨著填料加入量的增加，各項強度指標均呈下降趨勢。紙張的抗張強度及耐破度，精制草漿白泥加填紙比商品碳酸鈣的略好，傳統(tǒng)草漿白泥的最低；撕裂度方面，精制草漿白泥加填紙略低于商品碳酸鈣加填紙，但相對于傳統(tǒng)草漿白泥加填紙也有較大的提高。

3結論

精制草漿白泥碳酸鈣平均粒徑為6.36μm，10μm以下粒徑的約占82%，其粒徑與商品輕質碳酸鈣相近；傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣粒度分布范圍寬，10μm以上粒徑的約占66%，平均粒徑達12.78μm。通過改進工藝得到的精制草漿白泥碳酸鈣其吸油值高、沉降體積小。用于紙張加填時，精制草漿白泥碳酸鈣及商品輕質碳酸鈣都能使紙張白度得到提高，而傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣使紙張白度降低；精制草漿白泥碳酸鈣對紙張不透明度有良好提高效果，商品輕質碳酸鈣次之；相對于傳統(tǒng)草漿白泥碳酸鈣，精制草漿白泥碳酸鈣加填的紙張在施膠度和物理強度方面都有了明顯的改善，可以代替商品碳酸鈣用作造紙?zhí)盍稀?/p>