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膨润土的中性改性及其微粒助留助滤效果

作　者: 董元锋
导　师: 刘温霞
学　校: 山东轻工业学院
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 膨润土中性改性氟化钠悬浮液微粒助留
分类号: TS727.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

膨润土是当今应用范围较广和经济价值较高的粘土矿物之一,被称为“千种用途土”,广泛应用于冶金、化工、农业、建筑、造纸、环保等多种领域。我国膨润土资源非常丰富,矿产几乎遍布全国,其储量居世界第一位,但我国90%以上为钙基膨润土,不适合在造纸中作为微粒助留成分使用。碳酸钠是传统的改性剂,成本低廉,但碳酸钠改性膨润土质量不佳;柠檬酸钠改性膨润土非常适于作造纸微粒助留剂,但其成本较高;实验中以中性试剂氟化钠代替传统的碳酸钠做改性剂制备钠基膨润土悬浮液,并与CPAM(阳离子聚丙烯酰胺)组成微粒助留体系,研究改性机理与方法(固体加热改性、常温液体改性),考察钠化剂种类、改性时间、钠化剂用量、干燥条件、剪切分散方法、剪切时间及放置时间对膨润土性能及微粒助留助滤效果的影响,通过X射线衍射分析、透射电镜观察及膨胀倍、胶质价、粒度、粘度、阳离子交换量、Zeta电位测定等手段研究膨润土的性能变化,同时利用动态滤水仪研究CPAM与膨润土组成的微粒助留体系对二次纤维的助留助滤效果,并与国内外不同化学品公司提供的膨润土微粒助留剂的性能及对麦草桨、针叶木桨、二次纤维和LWC纸浆的助留助滤效果进行了比较。结果表明,中性改性剂氟化钠在用量4%时可以将钙基膨润土中的Ca2+交换完全。与常规碳酸钠改性膨润土相比,氟化钠改性膨润土呈完全剥离的片状结构,具有更好的胶体与分散性能,粒度小、悬浮液流动性好且对二次纤维具有更好的助留助滤效果,尤其是放置四周后仍能保持其良好的助留助滤效果。各种改性膨润土的物化性能与助留助滤效果均与钠化剂的用量有关,且在膨润土刚好完全钠化时其粒度最小、膨胀倍和胶质价最高,助留助滤效果最好。利用氟化钠对钙基膨润土进行钠化处理可制备高浓膨润土悬浮液,该悬浮液分散性好、粘度低、贮存稳定性好,有利于产品的商业化。与固体加热氟化钠改性膨润土和碳酸钠改性膨润土悬浮液相比,具有更好的物化性能及分散性、流动性,助留助滤效果也更好,且悬浮液放置四周后助留助滤效果保持不变。与国内外化学品公司的改性膨润土微粒助留剂相比,自制氟化钠膨润土的pH值呈中性,对浆种和抄纸pH值的适应性强,对二次纤维、麦草浆、木浆及LWC浆料都具有相当好的助留助滤效果,且远好于国内化学品公司的产品,与国外化学品公司的产品对其优势浆种的助留助滤效果相当甚至或更好。在pH值3.5-8.0之间,对纸料的助留助滤效果变化不大。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第1章绪论  13-29
  1.1 膨润土基本概况  13-14
  1.2 膨润土的矿物学特征  14
    1.2.1 膨润土的晶体结构  14
    1.2.2 膨润土的微观形态  14
    1.2.3 膨润土的同象置换性  14
  1.3 膨润土的基本特性  14-15
    1.3.1 亲水（或亲油）性与膨胀性  14-15
    1.3.2 悬浮性、分散性  15
    1.3.3 电负性  15
    1.3.4 黏接性与触变性  15
  1.4 膨润土的研究方法  15-16
    1.4.1 X 射线衍射方法  15-16
    1.4.2 电子显微镜研究  16
    1.4.3 差热分析方法  16
  1.5 膨润土改性方法  16-19
    1.5.1 钠化改性  17-18
    1.5.2 高温焙烧法  18
    1.5.3 酸活化处理  18
    1.5.4 有机改性法  18-19
    1.5.5 聚合物/膨润土纳米复合材料  19
  1.6 膨润土在造纸工业中的应用  19-21
    1.6.1 微粒助留  19-20
    1.6.2 填料  20
    1.6.3 在造纸施胶剂中的应用  20
    1.6.4 废水处理  20-21
    1.6.5 其他方面的应用  21
  1.7 微粒助留体系及作用机理  21-28
    1.7.1 助留剂的作用机理  21
    1.7.2 纸料的基本絮聚机理  21
    1.7.3 电中和机理  21-22
    1.7.3 补丁机理  22
    1.7.4 桥联机理  22
    1.7.5 微粒助留体系的作用机理  22-23
    1.7.6 几种微粒助留体系  23
    1.7.7 胶体二氧化硅与阳离子淀粉所组成的“Compozil”体系  23-24
    1.7.8 膨润土和阳离子聚丙烯酰胺所组成的“Hydrocol”体系  24-26
    1.7.9 阳离子淀粉和氢氧化铝类胶体组成的微粒助留体系  26-27
    1.7.10 有机微聚物助留体系  27
    1.7.11 阳离子微粒助留体系  27
    1.7.12 聚氧化乙烯/酚型微粒助留体系  27-28
  1.8 课题研究的意义和目的  28-29
第2章膨润土的常规改性及对二次纤维的微粒助留作用  29-42
  2.1 实验部分  29-31
    2.1.1 实验原料  29
    2.1.2 实验仪器  29
    2.1.3 实验方法  29-31
  2.2 结果与讨论  31-40
    2.2.1 改性对膨润土各项性能指标的影响  31-32
    2.2.2 干燥条件对膨润土粒度与粘度的影响  32-33
    2.2.3 剪切分散方式、分散时间对改性膨润土粒度的影响  33-34
    2.2.4 剪切分散方式、分散时间对改性膨润土粘度的影响  34-35
    2.2.5 放置时间对改性膨润土粒度与粘度的影响  35-36
    2.2.6 改性膨润土对二次纤维的微粒助留助滤作用  36-37
    2.2.7 膨润土加入量对膨润土微粒助留体系助留助滤效果的影响  37-38
    2.2.8 pH 值对CPAM/膨润土微粒助留助滤的影响  38-39
    2.2.9 膨润土粒度对其微粒助留助滤效果的影响  39-40
  2.3 结论  40-42
第3章中性膨润土悬浮液的结构形态及对二次纤维的微粒助留  42-58
  3.1 实验部分  42-43
    3.1.1 实验原料  42
    3.1.2 实验仪器  42
    3.1.3 膨润土的改性  42
    3.1.4 膨润土的表征  42-43
    3.1.5 纸料动态助留实验  43
  3.2 结果与讨论  43-56
    3.2.1 膨润土的改性  43
    3.2.2 膨润土的X-射线衍射分析  43-45
    3.2.3 膨润土的形貌观察  45-46
    3.2.4 改性剂对改性膨润土膨胀倍的影响  46
    3.2.5 改性剂对改性膨润土胶质价的影响  46-47
    3.2.6 不同改性剂对改性膨润土粘度的影响  47-48
    3.2.7 不同改性剂对改性膨润土粒度的影响  48-49
    3.2.9 改性膨润土的再分散性  49-51
    3.2.10 不同膨润土对二次纤维的助留助滤性能  51-52
    3.2.11 放置时间对改性膨润土粒度与粘度的影响  52-53
    3.2.12 放置时间对CPAM/膨润土微粒助留体系助留助滤效果的影响  53
    3.2.13 CPAM 与不同膨润土组成的微粒助留助滤体系对pH 值的适应性  53-54
    3.2.14 CPAM 或CPAM/改性膨润土引发的纸料的絮聚情况  54-56
  3.3 结论  56-58
第4章改性方式对膨润土性能及微粒助留助滤效果的影响  58-68
  4.1 实验部分  58-59
    4.1.1 实验原料  58
    4.1.2 膨润土的改性  58
    4.1.3 膨润土的表征  58-59
    4.1.4 纸料动态助留实验  59
  4.2 结果与讨论  59-67
    4.2.1 不同改性方式对膨润土胶质价的影响  59
    4.2.2 不同改性方式对膨润土膨胀倍的影响  59-60
    4.2.3 不同改性方式对膨润土粒度的影响  60
    4.2.4 不同改性方式对膨润土粘度的影响  60-61
    4.2.5 改性膨润土的形貌变化  61-62
    4.2.6 不同改性方式对膨润土Zeta 电位的影响  62-63
    4.2.7 改性膨润土的分散性  63-64
    4.2.8 不同膨润土对二次纤维的助留助滤性能  64-65
    4.2.9 CPAM/不同膨润土微粒助留体系对体系pH 值的适应性  65-66
    4.2.10 放置时间对CPAM/膨润土微粒助留体系助留助滤效果的影响  66-67
  4.3 结论  67-68
第5章中性膨润土悬浮液与国内外产品的比较  68-82
  5.1 实验部分  68-69
    5.1.1 实验原料  68
    5.1.2 膨润土的中性液体改性  68
    5.1.3 改性膨润土的表征  68
    5.1.4 纸料动态助留实验  68
    5.1.5 回归曲线  68-69
  5.2 结果与讨论  69-81
    5.2.1 各种膨润土性能指标的比较  69-70
    5.2.2 各种膨润土的形貌结构比较  70-72
    5.2.3 放置时间对各种膨润土产品粒度与粘度的影响  72-73
    5.2.4 放置时间对膨润土膨胀倍与胶质价的影响  73-74
    5.2.5 放置时间对膨润土Zeta 的影响  74
    5.2.6 各种膨润土的分散性能  74-76
    5.2.7 各种膨润土对二次纤维的助留助滤作用  76-77
    5.2.8 各种膨润土对麦草浆的助留助滤作用  77-78
    5.2.9 各种膨润土对木浆的助留助滤作用  78-79
    5.2.10 各种膨润土对LWC 浆料的助留助滤作用  79-80
    5.2.11 放置时间对膨润土微粒助留效果的影响  80-81
  5.3 结论  81-82
第6章结论  82-85
  6.1 结论  82-84
  6.2 论文创新之处及对为未来工作的建议  84-85
    6.2.1 创新之处  84
    6.2.2 对未来工作的建议  84-85
参考文献  85-91
致谢  91-92
攻读硕士学位期间发表的学术论文  92-93

膨润土的中性改性及其微粒助留助滤效果

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