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| 納米粉體在造紙工業(yè)的應用 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-06-25 09:37:14 瀏覽次數： |
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納米技術(shù)主要是納米材料的應用，可使紙張的填料、膠料和色料的聚集狀態(tài)發(fā)生很大的變化，導致無(wú)論是光學(xué)性能、力學(xué)性能、阻隔性能、潤濕性、導電性、導光性等都發(fā)生超常的變化。和制漿造紙中有關(guān)的是納米化學(xué)和納米材料學(xué)，它可能會(huì )對造紙工業(yè)的發(fā)展造成新的飛躍，使印刷品的品質(zhì)將再次提高。
納米二氧化硅
制漿造紙業(yè)是全球第三大制造行業(yè)，實(shí)際上早在20 多年前造紙業(yè)中就已經(jīng)在應用納米材料。納米二氧化硅加入紙張涂料中后，在低剪切力下，紙張涂料屈服應力提高，其原理在于納米二氧化硅主要通過(guò)表面的活性基團與涂料中的細小粒子形成化學(xué)鍵結合，因此提高了屈服應力。瑞士的Akzo Nobel公司開(kāi)發(fā)了一種納米SiO2微粒助留助濾劑，它和陽(yáng)離子高分子的雙元體系在造紙中的應用增強了絮凝助留的效果，紙品的質(zhì)量也得到相應提高。
納米二氧化硅產(chǎn)品已在全球340 多家造紙廠(chǎng)使用。防塵雙層牛皮紙包裝紙的制造也得益于納米二氧化硅的應用，該產(chǎn)品使水泥廠(chǎng)的水泥包裝過(guò)程不再塵埃飛揚。
納米碳酸鈣
世界造紙業(yè)從上世紀80 年代初開(kāi)始成功地由酸性工藝轉向堿性工藝，給了碳酸鈣一個(gè)巨大的市場(chǎng)。目前造紙涂料配方中碳酸鈣使用量大幅增加，已從5% ～ 10%上升到30% 左右，應用最多的是納米碳酸鈣。納米碳酸鈣生產(chǎn)的主要原料是石灰石，它是自然界僅次于Si，Al，Fe 儲量的礦石。納米碳酸鈣生產(chǎn)工藝中最重要的是碳化和活化工序。
( 1) 碳化
碳化是Ca( OH)2乳濁液與CO2的反應過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是個(gè)復雜的傳質(zhì)反應過(guò)程，加快傳質(zhì)過(guò)程的速度就能保證整個(gè)碳化過(guò)程的過(guò)飽和度，從而使生成晶核速度加快，使最后的晶粒粒徑減少。結晶導向劑的加入有助于控制納米碳酸鈣的晶型和粒徑。低溫鼓泡碳化、噴霧式連續碳化、攪拌式碳化、超重力碳化等各種類(lèi)型碳化技術(shù)已經(jīng)成功地實(shí)現工業(yè)化。
( 2) 活化
活化工序的目的是降低納米粒子的團聚，提高其應用性能。
①采用的方法首先是表面活性劑改性，分為離子型和非離子型，國內應用最多的是硬脂酸，這是一種較為通用型活化劑，但在一些適用領(lǐng)域作用還不夠理想。實(shí)驗表明: 鋁鋯偶聯(lián)劑改性后的納米碳酸鈣分散性有很大改善，顆粒粒度分布在70 ～ 100nm之間，低剪切速率下的表觀(guān)黏度大為降低，這對提高紙張涂布時(shí)的流變性和提高納米碳酸鈣在紙張涂布時(shí)應用性能有幫助; 用偶聯(lián)劑改性輕質(zhì)碳酸鈣加填紙后，紙張抗張強度，耐破度，撕裂度等比改性前有所提高。在造紙涂料中加入納米碳酸鈣，發(fā)現涂料黏度增加，紙張表面強度和油墨吸收性提高，但白度變化不明顯，其納米碳酸鈣的用量存在一個(gè)最佳值。
②其次是借助外力作用分散以降低納米粒子的團聚，提高其應用性能，如超聲波分散技術(shù)。超聲波在粉體分散中的應用研究較多，特別是對降低納米粉體團聚更為有效，利用超聲空化時(shí)產(chǎn)生的局部高溫高壓或強沖擊波和微射流可較大幅度地弱化納米粉體間的作用能，有效地防止超微粉體團聚而使之充分分散?；蛘吒吣鼙砻娓男约{米碳酸鈣，如高能射線(xiàn)( 如x 射線(xiàn)等) 使其表面產(chǎn)生活性點(diǎn)，再加入乙烯基單體與表面的活性點(diǎn)反應在粒子表面形成一層有機包膜。
應用
( 1) 納米碳酸鈣的應用
造紙業(yè)是納米碳酸鈣最具開(kāi)發(fā)潛力的市場(chǎng)。納米活性碳酸鈣代替木槳和其它顏料，可改善紙張的光亮度、不透性、空隙度、松密度等，因此具有以下優(yōu)點(diǎn): 粒度細、均勻，制品更加均勻、平整; 高蔽光性、高亮度，可提高紙制品的白度和蔽光性; 吸油值高，能提高彩色紙的色料牢固性; 高膨脹性，使造紙廠(chǎng)使用更多的填料而大幅度降低原料成本。
目前納米碳酸鈣還主要用于特殊紙制品，主要用在生產(chǎn)透氣不透水的聚乙烯薄膜。納米碳酸鈣在卷煙紙中應用廣泛，可以增加透氣性從而降低卷煙紙的焦油含量保證其內在質(zhì)量，也可以使其外觀(guān)指標提高，即不露底、不熄滅、包灰好、白度高。若在瓦楞紙生產(chǎn)過(guò)程中，采用納米碳酸鈣材料和性能優(yōu)越的助劑，經(jīng)過(guò)特殊設備的加工，就制成了納米技術(shù)的新型造紙添加劑，用在瓦楞紙中，其強度大大提高，就可以制成較薄型的瓦楞紙。如采用80g /m2 左右的低定量的納米瓦楞紙制作紙箱，其強度可以與采用普通150g /m2 左右瓦楞紙制作的紙箱質(zhì)量不相上下，與普通工藝生產(chǎn)的瓦楞紙相比，它具有強度高，脫水性能好，不掉粉、不掉毛等優(yōu)點(diǎn)。
( 2) 納米二氧化鈦的應用
納米二氧化鈦光催化的原理是當納米粒子受到大于禁帶寬度能量的光子照射后，納米二氧化鈦的量子尺寸效應使其導帶和價(jià)帶能級變成分立能級，能隙變寬，導帶電位變得更負，而價(jià)帶電位變得更正，氧化還原勢增大，光催化驅動(dòng)力增大，這意味著(zhù)納米半導體粒子具有更強的氧化和還原能力，光催化活性提高。具體而言就是電子從價(jià)帶躍遷到導帶，產(chǎn)生電子－空穴對，電子具有還原性，空穴具有氧化性，空穴與納米粒子表面的OH－反應生成氧化性很高的·OH 自由基，·OH 自由基可以把許多難降解的有機物氧化為CO2和水等無(wú)機物。改性高活性納米TiO2光催化處理造紙脫墨廢水有明顯的優(yōu)點(diǎn): 無(wú)二次污染，除凈度高。
結語(yǔ)
雖然納米材料及納米復合材料在造紙領(lǐng)域有著(zhù)良好的性能和廣泛的用途，但是目前納米材料的研發(fā)還不太成熟和完善，它還有一些問(wèn)題需要進(jìn)一步的研究和解決，如破碎、團聚、分散技術(shù)等還不夠理想，有待于進(jìn)一步提高，對于納米制品的性能檢測，產(chǎn)品標準還有待進(jìn)一步完善。但可以預言，隨著(zhù)納米粒子生產(chǎn)成本的降低，功能性納米粒子品種的增多，納米技術(shù)將在造紙工業(yè)中發(fā)揮更大的作用，給造紙和相關(guān)行業(yè)帶來(lái)無(wú)限的生機和活力。
總之，為了使我國造紙業(yè)在納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中占有一席之地。今后我們應該從前沿性、戰略性、基礎性來(lái)考慮，繼續做好基礎研究與應用研究的銜接和成果的轉化。研究納米技術(shù)應用、納米材料添加對傳統造紙材料改性和技術(shù)改造。擴大納米技術(shù)在造紙中的應用范圍，提升高新技術(shù)含量，搶占產(chǎn)業(yè)先機，實(shí)現跨越式的發(fā)展。
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