裝飾原紙又稱鈦白紙,主要原料是優質木漿和二氧化鈦(TiO2),經特殊工藝加工成的一種工業特種紙。國外以金紅石型TiO2為主,而國內金紅石型TiO2僅占20%左右,還存在一些問題,如質量不穩定、消色力差、白度低等。導致其價格高,約2萬元/噸,故制備可代替TiO2的無機復合材料極其重要。
TiO2復合材料通常是將一些價格低廉的無機礦物質材料作為基體,外面包覆一層或者多層TiO2,這種低成本的無機復合材料可以部分或完全替代TiO2用于應用,從而減少TiO2的使用,緩解其生產和應用中的資源、環境、成本和需求限制。常用的無機礦物質包括硅灰石、碳酸鈣、膨潤土、高嶺土、硅藻土、滑石粉等。
其中,滑石粉作為造紙工業中常用的重要填料,不僅具有高白度、高折光度、高遮蓋力、耐高溫、強親油疏水、化學性質穩定,而且還可以提高紙張的勻度、平整度和油墨吸收性,同時其特殊的片層狀結構能夠改善紙張的平滑度、不透明度及印刷適應性。故其可替代TiO2制備新型復合材料應用在裝飾原紙中,從而達到減少TiO2用量、降低生產成本的目的。
乳液法作為制備核殼結構復合材料的一種新方法,是在乳液制備中加入可聚合單體,然后引發反應,得到具有特殊結構和功能的復合材料。首先選擇合適的固體顆粒,然后配制穩定的乳液并添加所需的可聚合單體,最后將乳液用作引發聚合的“反應器”;這樣形成了以聚合物為殼、固體顆粒為芯的核殼結構復合材料,既具有殼層材料的特性,又具有核層材料的硬度等特點。此方法的關鍵是制備穩定乳液,而乳液通常是由表面活性劑、助表面活性劑(短鏈醇類)、油相(烷烴類)和水(或電解質水溶液)按一定比例自發地形成透明或半透明的穩定體系。
張妍等人以Tween80為表面活性劑、正丁醇為助表面活性劑、油相為烷烴,去離子水為水相,TBT為鈦源,采用乳液法制備TiO2/滑石粉復合填料,并加填在裝飾原紙中,考察對紙張不透明度和白度的影響。
1、TiO2/滑石粉復合填料的制備
以Tween80為表面活性劑、正丁醇為助表面活性劑、油相為烷烴,Tween80與正丁醇的質量比為1:1。將0.1g滑石粉加到20mL含有0.1mol/L的乙酸水溶液中超聲分散,形成滑石粉水相分散液;磁力攪拌下(1000r/min、10min),將滑石粉水相分散液、油相、Tween80與正丁醇按一定比例混合均勻配制成W/O乳液體系;將一定量TBT緩慢滴入配制的乳液中,攪拌6h;無水乙醇離心洗滌后,50℃下干燥4h,再置于800℃馬弗爐中煅燒3h,可得TiO2/滑石粉復合填料。
2、試驗結果
(1)復合填料最佳制備工藝為:采用環己烷作為油相,Tween80/正丁醇質量比為1:1,乳化劑/環己烷質量比為4:6,水/環己烷質量比為1:2,滑石粉/TBT質量比1:4。制備的復合填料加填在裝飾原紙中,得到不透明度為97.0%,白度為84.0%ISO,勻度為90的裝飾原紙。
?。?)SEM結果顯示,復合填料中,滑石粉表面已經失去了光滑性,其表面包覆一層分布較為均勻的TiO2顆粒,這是由于經乳液法復合、TBT水解后在原本光滑的滑石粉表面形成致密均勻的TiO2包覆層。
?。?)從表中發現,在灰分相近時,TiO2、復合填料加填紙張在不透明度、白度、勻度、抗張強度、耐破強度、透氣度及毛細吸液高度性能上均優于滑石粉加填紙張。TiO2加填紙張的不透明度、白度、勻度分別為98.3%、87.2%ISO和92,略高于復合填料加填紙張(97.0%、84.5%ISO、90)。復合填料加填紙張的抗張指數和耐破指數分別為36.2(N·m)/g,2.96(kPa·m2)/g,比TiO2加填紙張的抗張指數33.2(N·m)/g和耐破指數2.42(kPa·m2)/g還要高,這可能是因為相同灰分下,TiO2的比表面積比復合填料的比表面積大,這些細小填料吸附在纖維表面,影響了纖維與纖維之間的結合,從而導致紙張的強度變差。復合填料加填紙的透氣度和毛細吸液高度分別為6.95μm/(Pa·s),27mm/(10min),比TiO2加填紙張的透氣度5.73μm/(Pa·s)和毛細吸液高度24mm/(10min))略高。
綜上,復合填料可以代替TiO2加填在裝飾原紙中。
資料來源:《張妍,喬文樸,黃靖鈞等.復合二氧化鈦的制備及在裝飾原紙中的應用[J].化工進展,,2023》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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