硅藻土的添加对纸张性能的影响

硅藻土（Diatomite）是一种生物成因的硅质沉积岩，它主要由古代硅藻的遗骸所组成，其化学成分以SiO₂为主，可用SiO₂·nH₂O表示。其中SiO₂（80%～90%），Al₂O₃（2%～4%），氧化铁（2%）为主要成分。硅藻土具有多孔性、较低的密度、较大的比表面积、相对的不可压缩性及化学稳定性，还具有较好的吸附性能，因此在造纸中用作树脂调节剂等助剂，而作为填料的应用不是很多[6-8]。

硅藻土的粒径在约10μm左右，比常用的填料轻质碳酸钙（PCC）、重质碳酸钙（GCC）的粒径大。因此，我们利用较大粒径的硅藻土作为填料添加到纸张中，探讨对纸张的低密度化以及光学、物理性能的影响，评价作为填料的可行性。

1 手抄纸的抄造

纸浆原料的浓度调整为0.5%，硅藻土的添加量分别为0%，20%，30%，40%（对绝干纸浆量），搅拌15s；之后添加0.15%（对绝干纸浆量）的CPAM，搅拌15s；再添加0.15%（对绝干纸浆量）的Bentonite，搅拌15s之后，制备定量为80g/m²的手抄纸。经过脱水、压榨后的手抄纸经105℃通风干燥20min之后，经24h恒温恒湿处理后进行了纸张的各项测定。PCC、GCC添加纸张同样是上述实验方案。硅藻土与PCC、GCC混合添加的情况，按照硅藻土:PCC/GCC=5:5的比例进行了混合添加。

2 白度

添加硅藻土纸张的白度示于图1。所有填料的添加都降低了纸张的白度，单独添加硅藻土的纸张相比PCC、GCC添加纸的白度要高。当硅藻土与PCC、GCC併用添加时（在添加率30%以内时），得出了能改善纸张白度的结论。

3 不透明度

在小于30%添加量时，单独添加硅藻土纸张的不透明度与单独添加GCC基本一致，PCC添加纸张的不透明度最低（图5）。当添加量增加到40%时，单独添加硅藻土纸张的不透明度优于PCC、GCC添加纸。硅藻土与PCC、GCC併用添加时，在20%的低添加量出现了最好的纸张不透明度。

4 紧度及抗张强度

单独添加硅藻土、PCC、GCC纸张的密度，随着添加量的增加有下降趋势，其中硅藻土纸的密度较低（图7）。随着纸张密度的降低，其抗张强度也出现减少的趋势（图8）。

5 纸张的层间结合强度

纸张的Z向抗张强度值是剥离纸张层间时损失的能量值。单独添加量在30%以内时，硅藻土纸的Z向抗张强度基本与空白纸相等，而添加量增加到40%时，Z向抗张强度出现了急降趋势（图9）。

6 纸张断面的扫描电镜图（SEM）                

硅藻土（30%）、PCC（30 %）添加纸的断面扫描电镜图示于图10。空白纸的厚度约为158.75μm，而硅藻土、PCC添加纸的厚度分别为166.33μm、194.75μm，明显增加了纸张的厚度。SEM图的结果说明了密度越低的纸张其厚度越厚的结果。

7 结论

7.1单独添加时，硅藻土纸张的白度优于PCC，GCC添加纸。PCC，GCC与硅藻土的併用添加（添加量30%以内）改善了纸张的白度。

7.2单独添加时，硅藻土纸张的不透明度略高于PCC，GCC添加纸。PCC、GCC与硅藻土的併用添加，在添加量20%时可实现良好的纸张不透明度。

7.3硅藻土的添加降低了纸张密度，SEM图中也确认到纸张厚度的增大。随着纸张密度的降低，抗张强度降低也明显。纸张Z向抗张强度的分析结果说明，要求有一定层间结合强度的纸张，要考虑硅藻土添加量的多少，一般30%以内较适宜。

文章出处：《中华纸业》2018 年1月第4期

原标题：硅藻土的添加对纸张性能的影响

作者：金海兰1*，李一博1，王艺博1，王明杰1，虞文林1，帅旭东1，赵骏衡2*（1. 东北林业大学材料科学与工程学院, 黑龙江哈尔滨，150040；2. 江原大学校山林环境科学大学造纸工学科，韩国春川，200-701）