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粉煤灰纤维改性及其造纸中纸张抗张强度增强的研究

作　者: 马迅
导　师: 陈建定
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 粉煤灰纤维 造纸 抗张强度 硅烷偶联剂 聚乙烯醇 氢键 纤维间作用力
分类号: TS71
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


粉煤灰纤维应用于造纸,由于纤维之间的相互作用力弱,导致粉煤灰纤维抄造的纸张强度较低。本研究通过对粉煤灰纤维进行改性,增加纤维之间的作用力,从而达到提高纸张的抗张强度的效果。首先,利用硅烷偶联剂KH550对粉煤灰纤维进行处理,使得纤维表面带有伯胺基官能团；其次,采用氯乙酸或硫酸对聚乙烯醇(PVA)进行改性,在其分子链上引入酸性基团；然后,将改性的PVA与KH550处理的粉煤灰纤维结合,构成“KH550-酸化PVA"体系。通过PVA链上的酸性基团与粉煤灰纤维表面的伯胺基团产生作用,使PVA与粉煤灰纤维结合能力提高,并借助PVA分子链中大量的羟基而产生的氢键,增加造纸浆料中粉煤灰纤维之间的相互作用力,以此提高抄造的纸张的抗张强度。同理,使用KH560对粉煤灰纤维表面改性,利用KH560带有环氧基团与PVA中羟基的作用促进PVA与粉煤灰纤维的结合,构成"KH560-PVA"体系来提高纸张的抗张强度。红外光谱和SEM图像显示：在粉煤灰纤维表面能够接上硅烷偶联剂。酸碱滴定和热失重结果表明：硅烷偶联剂和PVA溶液直接加入到粉煤灰纤维制备的浆料中,抄造纸张时,由于浆料浓度低和纸页成型需要大量水的因素,硅烷偶联剂在粉煤灰纤维表面实际结合量与其原始处理用量相差很大,影响PVA对纸张的增强效果。而采用将硅烷偶联剂喷洒在粉煤灰纤维上使之浸湿的预处理方法,降低硅烷偶联剂的用量,抄纸以后在纸张表面再喷洒PVA溶液,可提高PVA的利用率,此时纸张的抗张强度的增强效果明显。纸张抗张强度性能测试结果证明：粉煤灰纤维纸张强度的提高与PVA直接相关,且抗张强度随PVA用量的增加而提高。硅烷偶联剂虽然促进粉煤灰纤维在水中的分散效果,但对纸张的抗张强度提高的贡献很小,其作用是促使更多的PVA分子链结合到粉煤灰纤维上,从而提高PVA对纸张的增强效果。本研究中,纯木质纤维纸张的抗张强度为1045N/m; KH550或KH560用量为粉煤灰纤维质量的15%,酸化PVA或PVA的添加量为抄纸纤维质量的5%,粉煤灰纤维质量与木质纤维质量比为1：2时,“KH550-氯乙酸化PVA"、"KH550-硫酸化PVA”和"KH560-PVA"体系的纸张抗张强度分别为1132、1443和2363N/m；粉煤灰纤维质量与木质纤维质量比为2：1时,分别为611、823和1208N/m。"KH550-酸化PVA”体系中,硫酸化PVA(酸基团取代度为20.54%)提高纸张抗张强度的程度高于氯乙酸化PVA(酸基团取代度为1.25%)。相同用量条件下"KH560-PVA"体系对纸张抗张强度的增强效果优于“KH550-酸化PVA”体系,但纸张的干燥温度相对要高。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-26
  1.1 粉煤灰  11-15
    1.1.1 粉煤灰的形成  11
    1.1.2 粉煤灰的基本性质  11-13
    1.1.3 粉煤灰的污染与利用  13-15
  1.2 粉煤灰纤维  15-16
    1.2.1 粉煤灰纤维的生产  15-16
    1.2.2 粉煤灰纤维的基本性质  16
    1.2.3 粉煤灰纤维的应用  16
  1.3 植物纤维造纸  16-21
    1.3.1 造纸用植物纤维  16-18
    1.3.2 植物纤维与水的作用  18-19
    1.3.3 纸张结构特点  19
    1.3.4 纸张强度的形成  19-21
  1.4 高分子化合物在造纸中的应用  21-22
    1.4.1 高分子化合物的絮凝作用  21-22
    1.4.2 高分子化合物的应用  22
  1.5 无机纤维造纸  22-24
  1.6 本文的研究目的与内容  24-26
    1.6.1 研究目的  24
    1.6.2 研究内容  24-26
第2章 粉煤灰纤维的表面改性  26-44
  2.1 引言  26
  2.2 实验部分  26-28
    2.2.1 原料与设备  26
    2.2.2 粉煤灰纤维除渣处理  26-27
    2.2.3 柔软剂处理粉煤灰纤维  27
    2.2.4 硅烷偶联剂处理粉煤灰纤维  27
    2.2.5 分析与表征  27-28
  2.3 结果与讨论  28-42
    2.3.1 粉煤灰纤维除渣和软化效果评价  28
    2.3.2 硅烷偶联剂的作用机理  28-29
    2.3.3 硅烷偶联剂处理粉煤灰纤维的红外光谱  29-31
    2.3.4 硅烷偶联剂处理粉煤灰纤维的SEM图像  31-32
    2.3.5 酸碱滴定测定KH550对粉煤灰纤维的改性程度  32-35
    2.3.6 热失重分析测定KH550与KH560对粉煤灰纤维的改性程度  35-38
    2.3.7 粉煤灰纤维的分散效果评价  38-42
  2.4 本章小结  42-44
第3章 酸化改性聚乙烯醇  44-52
  3.1 引言  44
  3.2 实验部分  44-45
    3.2.1 原料与设备  44-45
    3.2.2 氯乙酸改性聚乙烯醇  45
    3.2.3 硫酸改性聚乙烯醇  45
    3.2.4 分析与表征  45
  3.3 结果与讨论  45-51
    3.3.1 聚乙烯醇与氯乙酸和硫酸的反应原理  45-46
    3.3.2 酸化聚乙烯醇的红外光谱  46-47
    3.3.3 反应条件对酸基取代度的影响  47-49
    3.3.4 不同硅烷偶联剂与聚乙烯醇反应产物的红外光谱  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章 粉煤灰纤维纸张抗张强度的增强  52-72
  4.1 引言  52
  4.2 实验部分  52-53
    4.2.1 原料与设备  52
    4.2.2 粉煤灰纤维造纸  52
    4.2.3 分析与表征  52-53
  4.3 结果与讨论  53-71
    4.3.1 粉煤灰纤维加入量对纸张抗张强度的影响  53-54
    4.3.2 "方式1"对纸张抗张强度的增强  54-56
    4.3.3 "方式2"对纸张抗张强度的增强  56-59
    4.3.4 硅烷偶联剂KH550与酸化PVA对纸张抗张强度的影响  59-65
    4.3.5 硅烷偶联剂KH560与PVA对纸张抗张强度的影响  65-68
    4.3.6 造纸过程中Zeta电位的变化  68-71
  4.4 本章小结  71-72
第5章 全文总结  72-74
  5.1 主要结论  72-73
  5.2 创新点总结  73-74
参考文献  74-79
致谢  79-80
在校期间的发表物  80

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 造纸工业 > 基础理论
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