凹凸棒土对纸浆中压敏胶留着率的影响

高庆春 程金兰 杜书兰 姚开扣

摘要：本研究主要以漂白针叶木浆、废旧瓦楞纸箱（OCC）浆为纤维原料，压敏胶为研究对象，将压敏胶与浆料混合后再加入凹凸棒土及阳离子聚合物（P）抄造手抄片，研究了凹凸棒土对压敏胶留着率及其对纸张强度的影响。结果表明，凹凸棒土不仅有助于减轻压敏胶的粘缸危害，也有助于压敏胶在纸张中的留着。当凹凸棒土用量为5%时（对绝干浆），针叶木浆中压敏胶的留着率高达99.9%，OCC浆纸张的抗张指数增加了5.4%。

关键词：凹凸棒土；压敏胶；留着率；强度

中图分类号：TS7

文献标识码：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.08.006

近年来，随着废纸回收利用的增多[1]，废纸浆中胶黏物的去除已成为学者研究的重点[2]。压敏胶作为一种常用的胶黏剂，在包装、书籍装订、不干胶、胶带纸等方面有较多的应用[3]，其化学组成主要为树脂和橡胶，是废纸回用胶黏物问题的重要来源之一。

在造纸工业的原料结构中，填料的用量仅次于纤维，其中较常用的有滑石粉、碳酸钙、高岭土、二氧化钛等矿物粉体[4-5]。填料的加填是为了改善纸张的性能，如白度、平滑度等，矿物粉体改性后也可以提高在造纸纸浆的留着率[6-8]。

凹凸棒土是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸黏土矿物，其理论化学式为Si8Mg5O20（OH）2（H2O）4·4H2O[9]。凹凸棒土的土质细腻，有油脂滑感，密度较小，约为1.6，摩氏硬度2～3级。凹凸棒土矿物几乎遍及世界各地，其中我国储量最大[10]。凹凸棒土的显微结构主要有3个层次：①是棒状或纤维状的单晶体——棒晶；②是由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束；③是由棒晶束和棒晶相互聚集而成的各种聚集体[11]。这种天然纳米纤维结构和丰富的硅羟基对植物纤维有很强的亲和力，能够与植物纤维交织形成良好的纤维网络，在有效增强纸张强度方面比同为纤维状的硅灰石和硅酸铝效果更好[12-14]。凹凸棒土有巨大的表面积，优异的吸附性能，被广泛应用于石油、化工、食品、废水处理等行业[15-17]，若将其添加于纸浆中，对浆中的各组分也会有很好的吸附性。近年来，凹凸棒土在造纸行业中的应用也有了初步的研究，主要方向用作做填料，留着率比一般填料高，但凹凸棒土的价格比常用的造纸填料高，因此，并不占优势。目前，国内有关凹凸棒土对纸浆中压敏胶的作用研究尚未见报道，本研究通过使用凹凸棒土来降低纸张中压敏胶等胶黏物带来的危害，以便对凹凸棒土进行高附加值利用。

1实验

1.1实验原料

漂白硫酸盐针叶木浆板，由金东纸业（江苏）股份有限公司提供；国产废旧瓦楞纸箱（OCC）；商品标签纸（碎解后作压敏胶使用）；压敏胶，白色乳液状，平均粒径为193 nm，由南京林业大学化工学院胶黏剂研究室提供；凹凸棒土，白色固体超细粉末，平均粒径811 nm，由南京亚东矿业有限公司提供；滑石粉，平均粒径1618 nm；阳离子聚合物（P），由金东纸业（江苏）股份有限公司提供。

1.2实验仪器

本研究使用的仪器如表1所示。

1.3实验方法

1.3.1浆料准备

将漂白硫酸盐针叶木浆板撕成小块，浸泡过夜后，按TAPPI T 200 sp-01，用Valley打浆机打浆至40°SR左右，用脱水机挤去水分，将制得的针叶木浆放冰箱冷藏备用。将OCC先用水力碎浆机碎浆5 min，碎浆浓度10%，再用Valley打浆机疏解20 min，制得OCC浆，打浆度为45°SR。 标签纸用九阳料理机进行碎解，碎解浓度5%，制得标签纸浆。

1.3.2压敏胶留着率测定

（1）配制梯度浓度的压敏胶乳液，用2100Q IS浊度仪测定其浊度，绘制压敏胶浓度与浊度的标准曲线，如图1所示。

（2）将500 mL浓度为1%的针叶木浆与一定量的压敏胶（绝干质量为M）进行混合，倒入真空抽吸动态滤水仪中搅拌均匀，其中滤水仪网目为80目，转速为750 r/min，收集前100 mL滤液。

（3）将上述滤液离心处理，转速10000 r/min，离心30 min，取上清液测其浊度。根据图1中压敏胶浊度-浓度标准曲线推算其浓度C，压敏胶留着率（R）的计算如公式（1）所示。

1.3.3标签纸浆胶黏物黏附量测定

将标签纸浆按不同用量（5%、10%、15%、20%）与针叶木浆均匀混合，采用RK-2A快速抄片机抄造手抄片，将预先干燥并称质量的铝箔覆盖于成形后的湿手抄片上，用羊毛滚筒压平，转移至抄片器的干燥部中真空干燥，干燥后手工将铝箔与手抄片分离，称取此时铝箔的质量，按公式（2）计算胶黏物的黏附量（m），精确到0.0001 g。

1.3.4纸张强度测定

将针叶木浆和OCC浆中分别添加压敏胶、阳离子聚合物（P），再加凹凸棒土后，采用RK-2A快速抄片机抄造手抄片，定量为70 g/m2，采用WZL-300纸张拉力仪进行纸张强度测定，研究凹凸棒土对含压敏胶针叶木浆和OCC浆纸张强度的影响。

2结果与讨论

2.1不同凹凸棒土用量对压敏胶留着率的影响

在实际生产中，废纸制浆时经过热分散处理，使浆中的热熔胶、压敏胶、塑料片、油墨颗粒等杂质在高温下软化并分散成极微小的颗粒，与纤维均匀混合，从而完成浆料的热分散。标签纸浆中除了压敏胶，还有涂布胶乳，以及其他一些造纸化学品，为了进一步减少标签纸浆中其他組分对实验结果的干扰，采用分散良好的压敏胶乳模拟标签纸浆回用时的压敏胶。将压敏胶乳与针叶浆混合进行压敏胶留着率和对成纸物理性能影响的研究。使用不同用量的凹凸棒土对含10%压敏胶的浆料进行处理后，压敏胶在浆料中的留着结果见图2。

由图2可以看出，压敏胶本身在浆料中的留着率不高，压敏胶呈负电性，跟同样带负电性的纤维结合力弱，而且压敏胶乳液粒径小，容易通过滤网流失。添加凹凸棒土后，留着率大幅提升，在凹凸棒土用量为5%（对绝干浆，以下同）时，纸浆中压敏胶的留着率最高达到99.9%，对比未加入凹凸棒土的空白组，留着率增加超过7.5倍。这表明，在凹凸棒土用量为5%时，凹凸棒土能有效吸附或包裹住压敏胶等杂质，并通过自身羟基与纤维的氢键结合使得胶黏物留存在纸浆当中，可以增加白水洁净度，提高白水回收利用率。

2.2不同矿物粉体对压敏胶留着率的影响

滑石粉除作填料外，也常被应用于二次纤维造纸中的树脂控制剂，降低浆料中胶黏物的干扰[18]。本研究采用滑石粉作为对照，分析凹凸棒土对压敏胶的留着效果。为避免其他杂质对实验的干扰，本研究在针叶木浆中加入10%的压敏胶以及阳离子聚合物（P）（浆+胶+P，作为对照组），然而再分别加入5%凹凸棒土或10%的滑石粉进行对比分析。压敏胶留着率实验结果见图3。

图 3不同填料对压敏胶留着率的影响

由图3可以看出，添加凹凸棒土的针叶木浆中压敏胶的留着率略高于对照组，远高于添加滑石粉的。一方面是因为凹凸棒土和压敏胶之间的结合力可能大于滑石粉和压敏胶之间的结合力，另一方面是因为压敏胶带负电性，添加阳离子聚合物（P）后，可以大大提高压敏胶在同样带负电的纤维表面的吸附，有效提升压敏胶的留着率。另外，添加阳离子聚合物（P）后，浆料中的细小组分被保留下来，同样增加了留着率。因此，相对于滑石粉的片状结构，凹凸棒土的纤维状结构更容易与纤维结合，形成网络状结构，留存于浆料中。

2.3凹凸棒土对标签纸浆胶黏物黏附性能的影响

将标签纸浆按5%、10%、15%、20%的用量与针叶木浆混合均匀，加入0.02%的阳离子聚合物（P），再添加5%的凹凸棒土抄造手抄片，以此作为实验组，不添加凹凸棒土作为对照组，胶黏物黏附量实验结果见图4。

由图4可以看出，胶黏物的黏附量随标签纸浆用量的增加而增加，在含标签纸浆的针叶木浆中添加凹凸棒土后，胶黏物的黏附量均有所下降，其中，在标签纸浆用量为15%～20%时，下降最多，近50%，这表明凹凸棒土对压敏胶胶黏物有一定的控制作用。

2.4凹凸棒土对含压敏胶针叶木浆强度的影响

采用针叶木浆为纤维原料，加入0.02%的阳离子聚合物（P），按照1%、2%、5%的不同用量添加压敏胶后，再添加5%的凹凸棒土作为实验组抄造手抄片，对照组则不添加凹凸棒土。手抄片恒温恒湿24 h后进行纸张强度测定，实验结果见图5。

由图5可知，当压敏胶用量为1%时，加入凹凸棒土后，纸张的抗张指数下降了12.0%，当压敏胶用量分别为2%和5%时，纸张的抗张指数分别下降了2.9%和2.3%。这主要是因为凹凸棒土对压敏胶颗粒有包裹作用，减少了压敏胶对纤维的黏结作用，从而降低了纸张抗张指数。

2.5凹凸棒土对含压敏胶OCC浆强度的影响

采用OCC浆为纤维原料，加入5%的压敏胶以及0.02%的阳离子聚合物（P）后再分别加入2.5%和5%的凹凸棒土抄造手抄片，手抄片恒温恒湿24 h后进行纸张强度测定，实验结果见图6。

由于OCC浆本身含有胶黏物等杂质，当加入压敏胶后纸张强度还是略有提升，增加了2.50%。这是因为压敏胶起到了黏结纤维、增加纸张强度的作用，在不引起粘缸等危害的前提下，可加以保留。由图6可以看出，在加入2.5%凹凸棒土后，纸张的抗张指数增加了3.6%，在加入5%凹土棒土后，纸张的抗张指数增加了5.4%。这表明凹凸棒土对OCC浆纸张强度均有所提升，但效果不明显。

3结论

3.1当凹凸棒土的用量为5%时，针叶浆中压敏胶的留着率达到99.92%，凹凸棒土对针叶浆中压敏胶的留着率有提升作用，且效果优于滑石粉。

3.2含压敏胶的针叶木浆添加不同用量凹凸棒土后，手抄片的抗张指数有所下降，当压敏胶用量为1%、2%和5%时，其抗张指数分别下降12.0%、2.9%和2.3%。

3.3含压敏胶和阳离子聚合物的OCC浆中加入凹凸棒土，可以提高纸张的强度，但效果不明显。

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（责任编辑：吴博士）