造纸工业中石膏晶须的用途分析

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20世纪70年代，德国、美国、日本等国曾广泛研究石膏晶须的制法和在橡胶及纸张中作为补强填料的用途。由于当时木浆资源充足，故在造纸工业中实际使用不多。近期由于环境意识的增强和对木材资源的珍惜，用于造纸的研究又有增多，英国、法国、捷克、瑞典、西班牙等国也进行了研究，并申请了一系列专利，石膏微纤加人量可达（50~70）%。用合适的添加剂和工艺，把石膏微纤作为造纸的纤维原料和草木浆配用，可以制成一些特种纸。陈学玺[4]等人固定木材纤维含量2.5g，分别加入不同量的石膏晶须，未加任何助剂。得出随石膏晶须在纸张中所占的比例增大，纸张的强度变差，白度增大。增大石膏晶须在纸张中的含量会使纸的强度变差，所占的比例越大时此种趋势越明显，加入的石膏晶须比例以低于60%为宜。随着石膏晶须在纸张中所占的比例增大，纸张的白度明显增加，但当石膏晶须含量达到一定的比例后纸张白度增大趋势减缓。毛常明等[5]对在湿法磷酸中制造磷石膏晶须，将其应用在造纸中，可替代30%~70%的木浆或草浆。把磷石膏晶须按36%、52%、65%的比例混入木浆，造出的纸张洁白光滑，其白度、抗拉强度等性能指标和纯木浆制成的纸张相差不大。

由此可见，单纯的石膏晶须用作造纸纤维原料和草木浆配用，所抄纸张的强度随石膏微纤维的用量的增加而逐渐降低。这主要是由于石膏微纤维表面光滑，缺乏与植物纤维作用的官能团，添加到纸张中，阻碍了植物纤维和植物纤维之间的交结和氢键的形成，所以对纸张的强度有所影响。为了更好的解决此类问题，在抄纸过程中，需要使用合适的添加剂和抄造工艺或者对石膏晶须进行表面改性。石膏晶须的表面改性主要采用表面化学包覆改性法。其改性处理工艺有湿法改性和干法改性两种工艺。湿法改性是指将表面活性剂或偶联剂直接加入到硫酸钙晶须的料浆中，进行表面改性处理。湿法改性具有改性处理均匀，包覆效果好的特点，是目前采用较多的表面改性工艺。干法改性通常是指将硫酸钙晶须加入到高速加热混合机中，加热搅拌，然后把表面改性剂加入到改性机中，制得改性产品。干法改性工艺简单，设备投资小，出料后可以直接包装，但是在处理过程中，晶须的长径比会降低，从而降低了晶须与基质间的界面粘合强度。目前常用的硫酸钙晶须表面改性剂有脂肪酸（及其盐）、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂等。

李鸿魁[6]等人在不同打浆度的针叶木纤维浆/阔叶木纤维浆/草木混合纤维浆中分别添加40%石膏纤维/20%石膏纤维/20%石膏纤维，添加2.5%的助留剂，抄片造纸。然后检测成纸的裂断长、撕裂指数、耐破指数和耐折度等指标，得出了石膏微纤维应用于纸张增强时纸浆打浆度的最佳工艺条件，最佳打浆度分别为为（53~57）°SR、50~50°SR、52~61°SR。陈学玺等[4]固定木材纤维含量为3.5g，浆液含木材纤维1％，石膏晶须含水14.82％，加入助剂，纸浆水槽体积为3L，加入一定量的助留剂，助剂体积的量占浆料总体积的0.6%和一定量的分散剂(分散剂浓度为0.1%)以利于增强纸张的匀度和强度。选择30%、46%、60%分别进行试验。得出随分散剂加入纸张，纸张强度呈明显增加的趋势，并且能改善纸张的外观匀度，但在分散剂存在的情况下，石膏晶须含量的增加依然会降低纸张的强度。磷石膏晶须用于造纸，纸张强度随晶须含量的增高而降低，但纸张白度不断提高。分散剂和助留剂对磷石膏晶须造纸的性能有重要影响，它们能提高晶须在纸张中的添加量，而保持纸张的性能不受影响。廖夏林等[7]研究使用壳聚糖对石膏晶须进行表面涂覆改性，通过控制不同的壳聚糖涂覆量探讨其对石膏晶须溶解性和分散性的影响，并将改性后的石膏晶须加入到纸页中去，加入量为50%，分析了其留着率和其对纸页物理性能的影响。研究表明，添加壳聚糖涂覆量2%的改性石膏晶须的纸样抗张指数最低，对比添加未改性石膏晶须的纸样，其抗张指数下降了6.88N•m/g。添加壳聚糖涂覆量4%的改性石膏晶须的纸样抗张指数最高，对比添加未改性石膏晶须的纸样，其抗张指数上升了1.38N•m/g。添加其它涂覆用量改性石膏晶须的纸样和添加未改性石膏晶须纸样的抗张强度基本持平。

石膏晶须属于无机纤维，在与植物纤维配合抄纸时，需要对其进行表面包覆改性。但在植物纤维与矿物纤维作用机理方面还缺乏系统的研究，在微观结构观察和成分分析方面的认识非常有限，对于不同性质纤维之间相互作用的微观机理基本属于推测，缺少理论证据。因此，以后将石膏晶须与有机物结合，在造纸上将会有更多新的用途。（本文作者：操欢、朱星宇、袁世炬 单位：湖北工业大学制浆造纸工程学院）