谢玮 胡春凤 代丹
梧州学院，广西梧州，543002
摘 要：本研究采用有机硼交联剂，将魔芋胶交联到PCC表面，制备改性沉淀碳酸钙(MPCC)，并对其应用性能进行研究。通过本研究得到的实验结果表明：改性PCC的最佳制备条件为魔芋胶用量为1%，有机硼交联剂用量为4%，交联反应温度为50 ℃，交联反应时间为60 min；与未改性PCC相比，MPCC适合制备高强度、高加填量和低定量纸张；其应用性能优于直接添加PCC和相当量魔芋胶、优于直接添加PCC和相当量有机硼。
关键词：沉淀碳酸钙；改性；魔芋胶；有机硼
目前造纸工业最常用填料是碳酸钙(研磨碳酸钙和沉淀碳酸钙)、高岭土和滑石粉[1-2]，这三类填料占填料总使用量的80%～90%。随着高档纸的生产酸性向中性或碱性转变，碳酸钙填料也逐渐取代了高岭土和滑石粉填料。造纸填料改性是一个研究比较活跃的领域，其中PCC改性得到了广泛关注。本研究采用有机硼交联剂将魔芋胶交联到PCC表面制备改性沉淀碳酸钙(MPCC)，交联的魔芋胶比较牢固，在水中不易脱落。本研究可以拓宽碳酸钙在造纸中的应用范围，将会为改性碳酸钙的制备与应用提供新的思路。
1 实验
将一定量的魔芋胶加入至含有一定量水的斜三口瓶中，在设定的反应温度下搅拌分散，然后加入PCC；向反应器中加入一定量的三乙醇胺硼酸酯，搅拌反应一定时间；通过离心收集反应产物并将其洗涤、烘干。将用水浸泡的漂白硫酸盐浆，用标准疏解器疏解、打浆、适当稀释后加入一定量MPCC；参考 GB/T3703-1999方法，用纸页成型器抄纸；用油压机压榨后干燥，手抄片的定量为70 g/m2。纸张的抗张强度、耐破强度和撕裂强度的测定分别按GB/T12914-1991、GB/T12914-2002和GB/T455-2002标准测定。
2结果与讨论
由图1可知，随着改性PCC的魔芋胶用量增加，纸张的抗张指数先增加，后缓慢降低至保存不变。PCC与魔芋胶交联时，魔芋胶用量不宜太高，本实验认为，当交联剂有机硼过量时，改性PCC魔芋胶的最佳用量为1%。
由图2可知，随着改性PCC的有机硼用量增加，纸张的抗张指数缓慢增加。从应用效果和经济性考虑，PCC与魔芋胶交联时，有机硼用量不宜太高，本实验认为，当魔芋胶用量1%时，改性PCC的有机硼交联剂的最佳用量为4%。
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如图3所示，随着PCC改性的交联反应温度增加，添加MPCC纸张的抗张指数先缓慢增加后缓慢降低；耐破指数先增加后缓慢降低；撕裂指数先增加后缓慢降低。从应用效果和经济性考虑，当改性PCC的魔芋胶用量1%，有机硼交联剂用量4%，交联反应时间60 min时，本实验得到PCC改性的较佳交联反应温度为50 ℃。
如图4所示，随着PCC改性的交联反应时间的增加，添加MPCC纸张的抗张指数先缓慢增加后缓慢降低、耐破指数缓慢增加、撕裂指数缓慢增加后有降低趋势。本实验得到PCC改性的较佳交联反应时间为60 min。
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如图5所示，与未改性PCC相比，MPCC加填量为30%的纸张的抗张指数、耐指数和撕裂指数分别提高了20.22%、42.84%和58.82%；加填量为40%的纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数分别提高了16.02%、44.81%和53.33%；加填量为50%的纸张的抗张、耐破、撕裂指数分别提高了7.85%、72.65%和57.14%。因此，可以用MPCC制备高加填量纸张。
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抗张指数是纸张重要的物理指标，添加MPCC纸张的抗张指数达到30.9 Nm/g，高于添加PCC纸张的22.1 Nm/g，作为对比实验，当直接加入20%PCC和1%(相对于PCC)魔芋胶时，纸张的抗张指数为25.2 Nm/g，高于添加PCC的纸张，而低于添加MPCC的纸张，因此，MPCC能够显著提高手抄片的力学性能。
3 结论
PCC改性的最佳条件为：魔芋胶用量1 %，有机硼交联剂用量4 %，交联反应时间60 min，交联反应温度50 ℃时；与未改性PCC相比，改性PCC能够显著提高加填量为20 %、30 %和40 %纸张的物理性能，可以用MPCC制备高加填量纸张；MPCC的应用性能优于直接添加PCC和相当量魔芋胶、优于直接添加PCC和相当量有机硼。
参考文献:
[1] 吕乐福, 卢立波, 刘玮, 刘庆岭, 李晓云. 几种非金属矿物在造纸行业中的应用进展[J]. 天津造纸, 2019(01).
[2] 李凯华, 程宏飞, 杜贝贝, 徐红卫. 非金属矿物在造纸行业中的应用进展[J]. 中国非金属矿工业导刊, 2016(01)
【基金项目】本研究得到了2017年广西高校中青年教师基础能力提升项目(项目编号2017KY0634)、梧州学院校级科研项目(项目编号2018B010)、“广西高等学校千名中青年骨干教师培育计划”项目和大学生创新训练项目（项目编号202011354028、202011354136）的支持。