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復合鈦白粉性能及其在裝飾原紙中應用

2019-12-04

裝飾原紙是生產裝飾板的基本材料,生產過程中需要通過高壓三聚氰胺樹脂浸漬過程,原紙需具備灰分含量低、遮蓋能力高、吸水能力強和強度高等特點,鈦白粉能夠賦予紙張優良的光學性能,提高其不透明度,是裝飾原紙理想的填料。但是鈦白粉價格昂貴,為降低鈦白粉的實際用量,可以采用無機非金屬礦物作為內核,在其表面包覆一層TiO2粒子的方法制備復合鈦白粉來代替部分鈦白粉。


由于裝飾原紙特殊的酸性浸漬液環境,因此目前針對于裝飾原紙的復合鈦白粉應用仍未見報道。文章研究了以硅灰石、白炭黑為內核,不同包覆方法的4種復合鈦白粉(A-硅、A-白、R-硅、R-白)和鈦白粉的耐酸穩定性,覆蓋力,粒徑及分布等性能,及其在裝飾原紙中的應用,為復合鈦白粉的開發生產及推廣應用提供技術指導。


耐酸穩定性和色相分析


裝飾原紙在后續加工時需要浸漬酸性三聚氰胺甲醛樹脂,因此,原紙所加填料應具有耐酸穩定性;另外,就色相而言裝飾原紙多采用偏黃色調。


4種復合鈦白粉的水懸浮液均呈堿性,鈦白粉的水懸浮液呈酸性。用硫酸鋁調節煮沸穩定后,A-白、R-白和鈦白粉的pH值都達到了用戶的使用要求,后續加工時填料穩定。R-硅、A-白和R-白顯黃色相,基本符合色相要求。因此,A-白和R-白兩種復合鈦白粉較符合裝飾原紙耐酸穩定性和偏黃色相的要求。而R-硅和A-硅不能在裝飾原紙的生產中添加。


表面形態分析


白炭黑是大塊兒球狀顆粒,硅灰石顆粒呈針狀或者纖維狀,表面光滑;鈦白粉顆粒為圓滑球形,形狀規則,顆粒細小均勻。復合鈦白粉A-白和R-白的母體是白炭黑,復合鈦白粉A-硅和R-硅的母體是硅灰石;包覆后,細小的球狀TiO2顆粒沉積在母體表面,形成包覆的核殼結構。   


填料遮蓋力分析


遮蓋力是指當一件物料涂以某種涂料時,涂料中的顏料能遮蓋住被涂物體表面的底色,使這底色不能透過涂料而顯露出來的能力。鈦白粉最主要的顏料性能就是具有極強的遮蓋力,遮蓋性能好。包覆前白炭黑和硅灰石基本可以認為沒有遮蓋力;但是包覆后遮蓋力值接近于鈦白粉。


粒徑分布分析


影響填料遮蓋力的主要因素有折射率、粒徑大小和分布等。


資料表明,鈦白粉粒徑在0.2μm時,散射系數高,這時鈦白粉的消色力和遮蓋率優;而且性能優良的鈦白粉其粒度分布窄,有利于提高光散射率。R-白的粒徑小,R-硅的粒度分布窄,粒徑大小接近杜邦的鈦白粉。雖說粒徑小散射系數高,但使用時會容易隨水流失,保留率低,因此粒徑也不是越小越好。


Zeta電位和電導率分析


Zeta電位是表征膠體分散系穩定性的重要指標。A-硅和R-硅的Zeta電位較高,分散液穩定性好,A-白和R-白次之。鈦白粉的的Zeta電位小,其穩定性也應該較差,易發生凝聚。


單程留著分析


一般認為造紙填料在紙張中的留著主要靠機械截留和膠體吸附兩種方式。填料粒子尺寸遠遠小于紙漿纖維,不能有效借助機械截留作用來實現其留著,因此隨著加填量的增加,四種復合鈦白粉的其留著率會有不同程度的下降。但是鈦白粉的留著率卻隨著加填量的增加逐漸增加然后趨于平穩,這可能是由鈦白粉的Zeta電位相比其它4種復合鈦白粉較低,顆粒間容易凝聚,有助于留著。R-白粒徑小,留著率低。


試驗紙樣的灰分分析


分別在添加助留助濾劑和未加助留助濾助劑的情況下,抄造加填量分別為30%、40%、50%的裝飾原紙并測定試驗紙樣的灰分。


未加助劑時5種填料的成紙灰分都很低,都在11%以下。隨著填料用量的增加,灰分含量基本呈上升趨勢;相同的填料用量,鈦白粉成紙灰分高,R-白低。添加助留劑后,5種填料的成紙灰分都有不同程度的增長,尤其是R-白增長的幅度很大。添加助留劑后都有很好的助留效果,尤其對粒徑小的留著效果更明顯。


填料對紙張物理性能的影響分析


分別在添加助留助濾劑和未加助留助濾助劑的前提下抄紙,測試紙張的物理性能。


未添加助劑時,鈦白粉的濕抗張強度低,其它4種復合鈦白粉的濕抗張強度相差不大。添加助劑后,隨著填料用量的增加,濕抗張強度都是呈下降趨勢,在30%用量時,R-硅的濕抗張大,優于鈦白粉。


在未添加助留助濾條件下,相同添加量時都是鈦白粉的不透明度好,其它4種復合鈦白粉的都偏低。添加助留助濾劑后,5種填料的不透明度都有不同程度的增長,都達到了企業要求的裝飾原紙所具備的物理指標。


結論


結果表明,硅灰石和白炭黑在包覆后,鈦白粉很好地沉積在它們的表面;R-硅和A-硅的pH值達不到要求,會對裝飾原紙后加工產生影響,不能在裝飾原紙的生產中添加。在相同加入量或者灰分相同時,復合鈦白粉遮蓋力接近鈦白粉,加填紙頁的物理指標接近純鈦白粉加填紙頁。


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