掺铝氧化锌型导电粉在静电复印纸中的应用

2013-11-12付建生万朝雨

湖北工业大学学报 2013年5期

周扬，付建生，万朝雨，王欢

(1 湖北工业大学制浆造纸学院，湖北武汉 430068； 2 湖北工业大学工程技术学院，湖北武汉 430068)

纸张在抄造过程与设备发生较大的磨擦，导致纸张产生静电．由于静电的吸引力使纸页吸在一起，使纸张在印刷机送纸过程中吸不起页或吸进夹页，影响印刷效率，造成纸张损失；在静电复印时，导致图像模糊而影响复印效果；有时造成复印机夹纸堵塞现象[1]．解决方法有：1)使用静电消除器；2)表面胶适当提高食盐用量[2]．但经长期使用发现，这种加氯化钠的静电复印纸在使用时复印效果不是很理想，并且氯化物的长期使用对抄纸设备有一定的腐蚀和磨损．AZO(掺铝氧化锌)型纳米导电粉[3]克服了以上不足．据此，本研究试将此种纳米级导电粉应用于静电复印纸中，探究其导电性能，并与传统的氯化钠等效果进行比较．

1 实验

1.1 实验原料、仪器及药品的制备

1.1.1实验原料氧化淀粉，广西明阳淀粉有限公司；未表面施胶原纸，定量70 g/m2；AZO型导电粉，粒径30 nm，电阻1.2×105Ω·cm，广州延瑞化工；氯化钠、氯化钙A R ，上海国药集团．

1.1.2实验设备线棒涂布器(XL-120)，东莞塘厦鑫磊仪器厂；电子分析天平(AL-204 精度0.0001 g)，梅特勒-托利仪器(上海)；数显电热鼓风干燥箱 (101A-3)，上海浦东；电热熨斗(ST-3 )，巩义市予华仪器公司；超声波振荡仪(DER-45 )，北京化工机械有限公司；万用电表(MF30)，上海第四电表厂等．

1.1.3淀粉溶液的熬制称取5 g氧化淀粉，加30 mL去离子水使之成糊状，在搅拌下将其加入65 mL沸腾去离子水中，煮沸数分钟，冷却[4]．

1.1.4氯化钠、氯化钙和AZO导电粉溶液的配置分别配置质量分数分别为1%和1‰的3种试样溶液，AZO导电粉用超声波振荡仪振荡3 min．配置溶液待用．

1.2 表面施胶量的确定

采取表面施胶的涂布方式，选用线圈直径80 μm的刮棒，选取一定量的氧化淀粉溶液施涂于实验纸页表面，并将纸页于105℃下烘干15 min，测量纸页前后质量差，其差值即为实际表面涂布淀粉量，并换算成g/m2，通过实验确定单面涂布量2 g/m2为最佳．

1.3 实验纸页电阻的测定

将计量好的药品溶液通过移液管准确量取，并将量取的溶液与确定的淀粉溶液均匀混合，然后施于待测纸页上，再将纸页在105℃下烘15 min，取出熨平．并将准备完成的纸页进行裁剪，将恒温水浴锅水温设置在90℃，并将裁剪后待测的纸样置于恒温水浴锅上部并予以固定，通过水蒸气对纸样进行返湿15 min，使表面施胶层中加入的盐电离纸张电阻减小，进而测量润湿纸样表面单位长度的电阻，通过阻值来表征纸样的导电性能．

2 结果与讨论

2.1 NaCl、CaCl2和AZO对纸页导电性能影响

分别选取0.5%、1%、1.5%和2%(占绝干纸页重量)4个添加量的3种药品，并将其结果与原纸电阻比较，来探索药品对纸页电电性能的影响强弱．实验测得未表面施胶原纸阻值为1 120 kΩ，加入各种药品的实验结果见表1．

表1 NaCl、CaCl2和AZO纸样的电阻值

由表1可知，与未表面施胶原纸(阻值为1 120 kΩ)相比，三种药品的加入都明显降低了纸页的电阻，其中在药品添加量相同时，AZO纳米导电粉对纸页电阻的降低程度最为明显，NaCl次之，CaCl2对纸页的电阻降低程度最小，说明AZO型导电粉在改善纸页导电性能方面有显著的效果，且明显优于传统的NaCl药品；但三种药品在降低纸页电阻时，并未随各自相应添加量的提升而增强，而是表现出一种无规律的状态，在各自阻值范围内上下波动，若忽略实验误差等因素，导致这种现象的原因可能是本组实验所选取的药品浓度偏高，较高浓度的盐在与淀粉结合使用时，未能达到很好的分散效果，致使部分药品不是以均匀的形式分散于纸页表面，而是与淀粉以一定形式胶黏包覆，使得在测量时部分药品试剂的导电性能没有显现出来．

因此，需要降低药品的实验浓度继续实验，同时参考某纸厂的NaCl用量为纸质量的0.09%，故而选取药品添加量范围在1‰(占绝干纸页质量)作继续实验．

2.2 低浓度NaCl、CaCl2和AZO对纸页导电性能影响探究

分别选取0.5‰、0.75‰、1‰和1.5‰4个添加量的3种药品做继续探究，具体实验操作同上，实验结果见表2．

表2 低浓度 NaCl、CaCl2和AZO纸样的电阻值

本批实验数据均高于前一组对应的实验数据，这说明药品在降低浓度之后，药品添加量依然是改善纸页电性能的一项非常重要的因素，但这种影响并非呈线性关系，其中CaCl2减小幅度最小，NaCl和AZO的变化幅度较大；在不同浓度比较中，同种药品对纸页的电性能影响没有随着添加量的提高而呈现线性降低，可能是因为本组实验浓度跨度比较小，不足以出现比较明显的趋势，同时实验误差也对实验结果有一定的影响．从两组实验对比发现，三种药品的加入对纸页的导电性能都有明显的提升，其中添加量AZO的效果最好；当药品单独使用时，少量的添加对纸页导电性能即可有明显的降低效果，纸页电阻至少降低200 kΩ，但增加用量并不能成线性地降低纸页的电阻，当添加量逐渐增大时这种趋势变缓．

2.3 正交实验

综合以上分析，少用量多组合的混合添加可能对纸页导电性能有待探究．选取NaCl添加量0.2‰、0.3‰和0.4‰，和0.5‰，CaCl2添加量0.1 ‰、0.3‰和0.5‰与AZO添加量0.1‰、0.2‰和0.3‰做三因素三水平正交实验，实验结果见表3．

表3 正交实验表

从表3中可以看出，当添加量减小到千分之数量级时，NaCl对纸页的导电性能影响最为显著，AZO和 CaCl2的影响次之，测得纸样中电阻最低达到450 kΩ，相对原纸1 120 kΩ有了显著的降低，相较表前的实验结果可以看出3种药品存在协同作用，从优方案可以看出当添加量NaCl在0.3‰、CaCl2在0.1 ‰和AZO 在0.1 ‰的组合添加时对纸页导电性能最好．NaCl的导电性能影响已经超过AZO，导致这种现象的原因与这两种物质的导电机理有关，NaCl依靠在水中电离来表现出其导电性能，AZO并不是依赖于水，而是通过自身空余的自由电子来实现其导电性能，在添加量同时降低时，由于返湿的蒸馏水没有减少，则NaCl可以充分的电离，其导电效果也会更好．AZO与其他两种药品导电机理的不同也可能是其产生协同作用的原因之一．