全 文 ：研究论文
·填料改性 ·
作者简介:杨德清先生 ,
硕士研究生;主要研究方
向:造纸化学品与功能
纸。
AKD对滑石粉和绢云母的
改性效果与作用机理
杨德清 刘温霞
(山东轻工业学院造纸科学与技术省部共建教育部重点实验室 , 山东济南 , 250353)
摘 要:用 AKD改性滑石粉和绢云母 , 滑石粉对 AKD的吸附量和改性后的疏水性均大于绢云母 ,
且在 AKD与填料的质量比较高的情况下 , 改性滑石粉的施胶效果好于改性绢云母的。 AKD吸附于滑
石粉和绢云母上 , 不降低施胶效果 , 并显著提高纸张抗张强度。利用 FT-IR、 XPS等手段就 AKD对
填料改性机理的分析表明 , AKD通过物理吸附沉积在滑石粉和绢云母上。在改性填料悬浮液的放置
过程中 , 吸附于绢云母上的 AKD比吸附于滑石粉上的水解速度慢 , 且其内酯环基团与绢云母表面的
活性基团发生了某种化学结合。
关键词:AKD;填料;改性;FT-IR;XPS
中图分类号:TS753.9 文献标识码:A 文章编号:0254-508X(2010)04-0001-07
收稿日期:2009-11-30(修改稿)
本课题为国家自然科学基金资助项目 (20976099)和山东省自然
基金资助项目 (Y2005B17)。
ModificationofTalcPowderandSericitebyAKDandItsMechanism
YANGDe-qing LIUWen-xia＊
(KeyLabofPaperScienceandTechnologyofMinistryofEducation, ShandongInstituteofLightIndustry,
Jinan, ShandongProvince, 250353)
(＊E-mail:liuwenxia@sdili.edu.cn)
Abstract:TalcpowderadsorbsmoreAKDthansericiteandtheAKDmodifiedtalcpowdershowshigherhydrophobicitythanthemodifiedser-
icite.ThesizingperformanceofthemodifiedtalcpowderisbeterthanthatofthemodifiedsericiteathighermassratioofAKDtofiller.The
incorporationofAKDwiththefilersdoesnotreducethepaperstrengthbyfilingandsizingwhileremainssimilarsizingeficiencywiththat
ofAKDemulsion.ThemodificationmechanismofAKDmodifiedfillerswasanalyzedbymeansofFT-IRandXPS.Theresultsindicatethat
AKDisdepositedonthetalcpowderandsericitemainlyasanamorphousformbyphysicaladsorption.ThehydrolysisoftheAKDdeposited
onsericiteisslowerthanthatontalcpowderwhenthemodifiedfilersstandforalongtimeinwatersuspension.TheAKDonsericitechemi-
calyreactswiththeactivegroupsofsericitesurfacethroughitsfunctionalgroupoflactonering.
Keywords:AKD;filler;modification;FT-IR;XPS
填料表面改性是指用物理 、化学 、机械等方法对
填料表面进行处理 , 根据实际需要有目的的改变填料
表面的物理化学性质 , 如表面晶体结构和官能团 、 表
面能 、 表面润湿性 、 电性 、 表面吸附和反应特性等 ,
以满足现代新材料 、 新工艺和新技术发展的需要。目
前 , 造纸工业常用的填料主要包括滑石粉 、碳酸钙及
高岭土等无机填料。这些无机填料可以提高纸料的滤
水性能 , 降低纸张生产过程中的能耗 , 改善纸张的光
学性能 、平滑度和印刷适性。但同时也会影响纤维间
的氢键结合 、并吸附大量施胶剂 , 降低纸张强度和施
胶剂的施胶效率 [ 1] 。填料作为硬度远高于纤维素纤
维的填充材料 , 还会增加抄纸设备的磨损 [ 2] 。碳酸
钙填料的碱性特质用于酸性抄纸体系中也会分解释出
二氧化碳和钙离子而影响纸机的运行并产生各种纸
病 。因此 , 为充分发挥填料的优势 , 降低其不利影
响 , 适应各种纸张的加填要求 , 填料改性已经成为造
纸科学研究中的重点领域之一 , 如为减少造纸填料碳
酸钙在机械浆中加填时的分解而进行的酸稳定改
性 [ 3-5] ;为降低填料对纸张强度的不利影响而进行的
淀粉 、 壳聚糖 、 纤维素及其衍生物 、 聚乙烯醇等水溶
性聚合物包覆改性 [ 6-9] ;为提高填料留着率而进行的
·1· 《中国造纸》 2010年第 29卷第 4期
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填料阳离子化改性[ 10] ;为提高加填纸张的施胶性能
而进行的淀粉-脂肪酸包合物改性[ 11] ;将施胶与加填
合二为一的填料疏水改性 [ 12-15]等 。其中 , 疏水改性
的填料不但为纸张提供了良好的抗水性能 , 也减少了
普通的施胶和加填对纸张强度造成的双重损伤[ 15] 。
如果是利用未经乳化的施胶剂直接对填料进行吸附改
性 , 还可省去乳化剂 , 降低施胶成本 。因此 , 填料的
疏水改性是一种具有广阔应用前景的填料改性方式 。
滑石粉具有亲脂性 , 是疏水改性研究中最常用的
填料;绢云母作为填料取代部分高岭土可明显提高纸
张的施胶性能[ 16] 。 AKD和石蜡由于熔点低且常温下
为固态 , 吸附于填料上不易解吸而常用作填料的疏水
改性剂 , 其中尤其以 AKD改性填料的施胶效率
高 [ 13, 15] 。然而 , 有关 AKD对填料尤其是绢云母疏水
改性和改性机理的系统研究很少。本实验主要通过常
规实验配以红外光谱 (FT-IR)和 X射线光电子能谱
(XPS)等分析手段 , 研究 AKD对滑石粉 、 绢云母的
改性效果和作用机理 。
1 实 验
1.1 原料
AKD蜡片 、 AKD乳液 、 滑石粉 (3000目)、 绢
云母粉 (3000目)、 CPAM (相对分子质量 800万)
均为市售工业品;漂白阔叶木浆 (打浆度为 40°SR)
取自山东某纸厂;钠基改性膨润土由钙基膨润土原矿
经由氟化钠改性 、 提纯后获得 , 原矿取自山东潍坊 ,
改性 、 提纯方法参见参考文献 [ 17] 。
1.2 实验方法
1.2.1 AKD对填料的疏水改性
将填料 (滑石粉 、绢云母)按 20%的质量分数
分散在水中 , 调节悬浮液 pH值到 6, 在 JRJ300-D-I
剪切乳化机的剪切搅拌下于水浴中加热 , 当温度升
高到 60℃后 , 加入 AKD蜡片 , 待其熔融后 , 在
8000r/min转速下继续搅拌 5min, 将混合物迅速冷
却至室温 , 然后过 100目筛 。通过筛网的填料悬浮
液即为疏水改性填料 。
称量未通过 100目筛的 AKD, 用加入的 AKD蜡
片的量减去未通过 100目筛的 AKD的量 , 即为吸附
于填料上的 AKD量 , 其与加入的 AKD的质量分数即
为填料对 AKD的吸附比率 。
1.2.2 手抄片的抄造及施胶度 、 抗张强度的测定
将漂白阔叶木浆在 1.5%的浆浓下疏解成浆 , 加
入相对绝干浆质量 30%的改性填料 (约占总纸料量
的 23%;如果不加填 , 则直接稀释浆料;如果填料
和 AKD乳液分别加 , 则先加入与吸附 AKD相同量的
商品 AKD乳液 , 混合均匀后 , 再加入相对绝干浆质
量 30%的未改性填料), 并将浆料稀释至 1.0%, 然
后在 500 r/min转速搅拌下加入相对绝干浆质量
0.03%的 CPAM, 搅拌 60 s后将浆料稀释至 0.2%,
接着加入相对绝干浆质量 0.3%的钠基改性膨润土 ,
继续搅拌 30 s。然后在 Rapid-KothenPTI抄片机上抄
取定量为 80 g/m2的手抄片 , 手抄片用 FI119烘缸
(L＆W)在 100℃下干燥 。
手抄片的静态接触角在 JC2000CI静态接触角测
量仪上测定 , 施胶度按照 GB/T5405— 2002测定 , 抗
张强度按照 GB/T453— 2002测定。
1.2.3 AKD改性填料及其施胶纸张的 FT-IR和 XPS
分析
FT-IR:AKD改性滑石粉和 AKD改性绢云母在
45℃下真空干燥 10h, 然后制样。填料及改性填料均
采用溴化钾压片法制样 , 在 IRPretige-21傅里叶变换
红外光谱仪上进行 FT-IR分析 。
XPS:取适量 AKD改性滑石粉和 AKD改性绢云母
分别涂于 3mm×3 mm的玻璃片上 , 在 45℃下真空干
燥 10 h, 在 PHI-5300X射线光电子谱仪上进行 XPS
分析 。
2 结果与讨论
2.1 滑石粉和绢云母对 AKD的吸附
滑石粉和绢云母均为层状硅酸盐矿物 , 其表面具
有弱疏水性并呈化学惰性 , 对某些有机物有很强的亲
和性 , 且粒度越小 , 层面剥离程度越大 , 亲脂性越
强 。为了确定滑石粉和绢云母对 AKD的吸附能力 ,
研究了超细滑石粉和绢云母对 AKD的吸附比率随
AKD与两种填料质量比变化的情况 , 结果如图 1和
图 2所示。
图 1 滑石粉对 AKD的吸附比率随 AKD与
滑石粉质量比的变化情况
从图 1可以看出 , 当 AKD与滑石粉的质量比小
·2· ChinaPulp＆ Paper Vol.29 , No.4 , 2010
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图 2 绢云母对 AKD的吸附比率随 AKD与
绢云母质量比的变化情况
于 1∶5时 , 滑石粉对 AKD的吸附比率为 100%, 滑石
粉能完全吸附改性混合液中的 AKD, 当 AKD与滑石
粉的质量比超过 1∶5后 , 改性混合液上层有漂浮的
AKD蜡片 , 表明滑石粉已达到最大吸附量。
从图 2可以看出 , 当 AKD与绢云母的质量比小
于 1∶15时 , 绢云母能完全吸附改性混合液中的 AKD,
当 AKD与绢云母的质量比超过 1∶15后 , 改性混合液
上层有漂浮的 AKD蜡片 , 表明绢云母能将 AKD完全
吸附的最大 AKD与绢云母的质量比为 1∶15。而滑石
粉对 AKD的最大吸附质量比为 1∶5, 说明绢云母对
AKD的吸附能力比滑石粉的弱 。
2.2 AKD改性填料的疏水性能与施胶作用
利用 AKD改性滑石粉和绢云母的目的是将施胶
剂吸附于填料上 , 提高填料的疏水性 , 使填料获得施
胶作用 。因此 , 在确定了滑石粉和绢云母对 AKD的
吸附能力之后 , 研究了 AKD改性滑石粉和绢云母的
疏水性能和施胶作用 。表 1是两种填料用 AKD改性
前后施胶纸张的静态接触角和施胶度 。改性时 , AKD
与滑石粉和绢云母的质量比均为 1∶100, 此时 AKD可
全部吸附于滑石粉和绢云母上 , 即两者在相同质量下
吸附的 AKD量相同。
表 1 滑石粉 、 绢云母改性前后施胶纸张的
静态接触角和施胶度
填料类型 静态接触角 /(°)改性前 改性后
施胶度 /s
改性前 改性后
滑石粉 51 112 0 66
绢云母 23 83 0 60
从表 1可以看出 , 两种填料经 AKD改性后 , 其
疏水性大幅度提高 , 其中滑石粉由于自身的亲水性较
弱 , 改性前纸张的静态接触角为 51°, 经 AKD改性
后纸张的静态接触角可高达 112°, 具有很强的疏水
性;而绢云母自身的亲水性较强 , 改性前纸张的静态
接触角为 23°, 经过 AKD改性后纸张的疏水性虽有
大幅度提高 , 但静态接触角仍小于 90°。
从表 1还可以看出 , 虽然滑石粉自身具有一定的
疏水性 , 未经改性时与绢云母一样 , 不具有施胶作
用 。经 AKD改性后 , 两种填料均具有良好的施胶作
用 , 且 AKD改性滑石粉的施胶效果略好于改性绢云
母 。由于实验中改性滑石粉和绢云母对 AKD的吸附
量相同 , 按说两者施胶效果的差异应来自于滑石粉自
身及改性后较高的疏水性 。然而 , 两者施胶作用的差
异远没有改性填料疏水性能的差异大。说明 AKD改
性后填料的疏水性不是其产生施胶作用的决定因素 。
2.3 AKD与填料质量比对施胶性能的影响
在滑石粉和绢云母对 AKD能完全吸附的 AKD与
填料的质量比下 , 制备不同 AKD与填料质量比的改
性填料 , 在浆料 pH值为 8.0时用其进行浆内施胶 ,
所得施胶纸张的静态接触角随 AKD与填料质量比的
变化情况如图 3所示 , 其中改性填料相对于绝干浆的
加入量为 30%。
图 3 AKD与填料的质量比对纸张静态接触角的影响
从图 3可见 , 随着 AKD与填料质量比的提高 ,
改性填料施胶的纸张静态接触角逐渐增大 , 且 AKD
改性滑石粉与 AKD改性绢云母施胶纸张之间的差异
逐渐加大。当 AKD与滑石粉的质量比为 1∶40时 , 纸
张的静态接触角接近 124°。当 AKD与绢云母的质量
比为1∶40时 , 纸张的静态接触角接近 120°。 AKD与
填料质量比大于 1∶100时 , AKD改性绢云母浆内施
胶纸张的静态接触角与 AKD改性滑石粉相比要低
3°～ 10°。但 AKD与绢云母质量比为 1∶120时却可使
纸张的静态接触角达到 106°, 而此时 AKD改性滑石
粉施胶纸张的静态接触角为 104°, 反而比 AKD改性
绢云母施胶纸张的低 2°。
图 4所示为 AKD与填料的质量比对纸张施胶度
的影响 。改性填料相对于绝干浆的加入量为 30%。
从图 4可以看出 , 随着 AKD与填料质量比的提
高 , 改性填料赋予纸张的施胶度逐渐增大 , AKD改
性滑石粉与改性绢云母赋予纸张的施胶度差异也逐渐
增大 , 改性滑石粉的施胶效果好于改性绢云母的。但
·3· 《中国造纸》 2010年第 29卷第 4期
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图 4 AKD与填料的质量比对纸张施胶度的影响
当 AKD与填料的质量比为 1∶120时 , 两者对纸张的
施胶效果差异不大。
2.4 AKD改性滑石粉和绢云母对纸张强度的影响
AKD改性滑石粉和绢云母能赋予纸张良好的施
胶性能 , 但是否将施胶剂和填料对纸张强度的不利影
响合二为一还需要通过实验进行验证 。为此 , 研究了
滑石粉或绢云母和 AKD的不同添加方式对纸张施胶
性能和强度的影响 , 结果如表 2所示 。加入滑石粉或
绢云母和 AKD乳液或 AKD改性滑石粉或改性绢云母
时 , AKD与滑石粉 、 AKD与绢云母的质量比均为
1∶100, AKD与滑石粉 、 AKD与绢云母相对于绝干浆
的总加入量为 30%。
表 2 AKD与填料不同添加方式对纸张施胶度
和抗张强度的影响
AKD与填料的
加填方式
施胶度 /s
滑石粉 绢云母
抗张指数 /N·m·g-1
滑石粉 绢云母
无加填 、 无施胶 0 0 31.5 32.1
加填 、 无施胶 0 0 22.3 24.6
加填 、 AKD乳液施胶 60 55 17.6 17.7
AKD改性填料施胶 62 53 21.4 24.2
从表 2可以看出 , 不论是加填滑石粉还是绢云
母 , 均明显降低纸张的抗张强度 , 且加填滑石粉时降
低程度稍大 。在加填后的纸浆中再加入 AKD施胶剂
乳液则进一步降低纸张的抗张强度 。但如果加填
AKD改性滑石粉或绢云母 , 对纸张强度的影响与只
加滑石粉或绢云母时相近。这表明加填 AKD改性滑
石粉 、 AKD改性绢云母确实可以减少 AKD施胶剂对
纸张强度的不利影响 。 AKD对滑石粉亲水性的降低
只稍稍增加了滑石粉对纸张强度的不利影响;对绢云
母亲水性的降低则对纸张抗张强度没有什么影响。在
施胶方面 , AKD改性滑石粉 、 AKD改性绢云母施胶
的纸张与滑石粉或绢云母和 AKD乳液分别加填和施
胶的纸张施胶度相差不大 。
2.5 AKD改性滑石粉和绢云母的 FT-IR分析
滑石的结构单元层由上下两层硅氧四面体片和中
间镁氧八面体层组成 。暴露于表面的硅氧四面体为非
极性 , 具有亲脂性 , 只有边缘 Mg—OH具有亲水性。
因此 , 滑石粉的平面部分对 AKD具有较高的物理吸
附作用 。图 5所示为经 45℃真空干燥 10 h的 AKD改
性滑石粉样和 AKD改性滑石粉悬浮液放置 100 d后
的水解样的 FT-IR图 。由图 5可知 , 滑石粉的红外吸
收峰为:3674cm-1的 vOH吸收带 , 669 cm-1的 ρOH
吸收带 , 1016cm-1的 vSi—O伸缩振动带 , 710 cm-1
的 Si—O垂直层振动弱吸收带 , 534 cm-1的弱的锐
吸收带 , 与垂直的 vSi—O—Mg振动有关 , 480 cm-1
弱吸收带主要是 δSi—O摇摆振动。 2918 cm-1和
2840 cm-1是 —CH2振动吸收带 , 来自于 AKD的两
个长链烷基 , 表明滑石粉表面确实吸附了 AKD, 且
放置 100 d后的水解样中 , 仍有相当部分的 AKD或
其水解产物吸附于滑石粉上。
图 5 AKD改性滑石粉及其水解样的 FT-IR图
从图 5中还发现了 AKD四元内酯环的特征吸收
峰 [ 18] :1875cm-1和 1725 cm-1。 1725 cm-1吸收峰归
属于与四元内酯环相连的 vC C, 1875 cm-1吸收峰
为四元内酯环的 vC O振动吸收带 , 内酯环的另一
特征吸收峰 vC—O—C与滑石粉的 vSi—O吸收峰重
叠 。由于 AKD的活性反应基团和疏水性的烷基链均
完整地保存下来 , 证实有部分吸附于滑石粉上的
AKD为物理吸附 , 并据四元内酯环的出峰位置判断
所吸附的 AKD处于无定形的非结晶状态 [ 18] 。比较图
5中的 AKD改性滑石粉和其水解样发现 , AKD改性
滑石粉经长时间以悬浮液的形式放置后 (100 d), 虽
然也出现了 AKD四元内酯环的两个特征吸收峰 , 但
明显减弱 , 表明 AKD确实发生了水解 , 但并未完全
水解。普通 AKD乳液的保存期为 60d, 说明 AKD吸
附在滑石粉填料表面并未显著加速其水解 。
绢云母具有 2∶1型的层状硅酸盐结构 , 由上下两
层硅氧四面体与中间的铝-羟基八面体构成。其四面
体的顶氧与附加阴离子 (OH-)构成活性结晶水
(H2O)基团 , 位于两层硅氧四面体层的中间 , 形成
厚度为 10 的三重薄层 , 薄层之间高钾离子松散地
·4· ChinaPulp＆ Paper Vol.29 , No.4 , 2010
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结合起来 , 易劈成极薄的片状 , 具有较大的平面面
积 , 且极易水化 , 对 AKD的物理吸附性能较滑石粉
差 。图 6是 AKD改性绢云母和 AKD改性绢云母悬浮
液放置 100d后的水解样的 FT-IR图。图中绢云母的
各特征吸收峰的归属为:3620 cm-1为 Al—OH伸缩
振动 , 1062cm-1为 Si—O—Si伸缩振动 , 935cm-1为
O—H弯曲振动 , 798 cm-1为 Si—O—Al伸缩振动 ,
524cm-1为 Si—O—Al弯曲振动 , 470 cm-1为 Si—O
弯曲振动。 2916 ～ 2918 cm-1和 2849 cm-1是 — CH2伸
缩振动吸收带 , 同样归属为 AKD的烷基链 , 证明
AKD吸附在绢云母上 。
图 7 AKD改性填料及其水解样的 XPS全谱图
图 6 AKD改性绢云母及其水解样的 FT-IR图
从图 6中可观察到 1720 cm-1和 1875 cm-1 AKD
的两个特征吸收峰 , 且 AKD改性绢云母的 1875cm-1
代表 AKD内酯环的的吸收峰较为明显 , 而 AKD改性
绢云母水解样此峰不明显 , 但另一个代表 AKD内酯
环 C C双键的特征吸收峰 (1720 cm-1)则变化不
大 , 表明至少有部分 AKD以物理
吸附的形式吸附在绢云母上 , 即使
是放置 100d, 也并未引起 AKD的
严重水解 , 但内酯环特征峰的减弱
说明吸附于绢云母上的 AKD很可
能在放置过程中逐渐以其内酯环基
团与绢云母表面的活性基团发生了
某种化学结合。
这里需要说明 的是 , 由于
AKD与滑石粉和绢云母的质量比
很小 , 造 成 1875 cm-1 和 1725
cm-1处 AKD的特征吸收峰不明
显 , 为此 , 利用 XPS表面分析技
术对 AKD与滑石粉和绢云母之间
的结合情况做了进一步的分析 。
2.6 AKD改性滑石粉和绢云母的
XPS分析
XPS是一种表面分析技术 , 主
要分析试样表面的化学元素组成及
各种化学元素的结合状态 , 对无机样品的采样深度为
1 ～ 3 nm, 对有机物的采样深度为 1 ～ 10nm。因此可
用于分析吸附于填料表面的 AKD与填料的结合情况。
图 7为 AKD改性滑石粉和 AKD改性绢云母及各自水
解样的 XPS全谱图 , 其中 (a)为 AKD改性滑石粉 ,
(b)为 AKD改性绢云母 , (c)为 AKD改性滑石粉
水解样 , (d)为 AKD改性绢云母水解样 。表 3为
AKD改性填料及其水解样的 O/C的峰域面积比值 。
表 3 AKD改性填料及其水解样的 O/C峰域面积比
a b c d
O/C的峰域
面积比 2.03 2.96 3.92 4.06
由图 7及表 3可见 , AKD改性填料水解样 (c、
d)的 O/C的峰域面积比值要大于相应 AKD改性填
料 (a、 b)的 O/C的峰域面积比值 , 可能是 AKD改
性填料悬浮液随着放置时间的延长 , 部分 AKD水解 ,
部分 AKD从填料表面解吸 , 致使填料表面未吸附
AKD的面积增大 , 填料表面的硅氧四面体裸露 , 导
致放置 100 d的 AKD改性填料表面的氧所占比值增
大 。另外 , 就 AKD改性滑石粉与改性绢云母两者之
间的比较 , AKD对滑石粉的覆盖率虽然大于对绢云
母的覆盖率 , 但吸附于滑石粉上的 AKD比吸附于绢
云母上的 AKD更易水解或解吸 , 经放置 100 d后 ,
AKD对两者的覆盖率已经非常接近 。
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图 8 (a)、 (b)、 (c)和 (d)分别是 AKD改性
滑石粉 、 AKD改性绢云母 、 AKD改性滑石粉水解样
和 AKD改性绢云母水解样的 XPSC1s波形谱图;表
4是 AKD改性填料及其水解样的 XPS碳解析表。
表 4 AKD改性填料及其水解样的 XPS碳解析表
AKD
改性
填料
C—C
峰值
BE
面积比
/%
C—O
峰值
BE
面积比
/%
C O
峰值
BE
面积比
/%
O—C O
峰值
BE
面积比
/%
a 285.0 79.38 285.75 9.36 287.81 0.49 288.91 0.40
b 285.0 82.80 285.90 6.85 287.81 0.76 288.75 0.48
c 285.0 84.26 286.40 3.12 287.17 0.67 288.95 0.17
d 285.0 71.30 286.14 3.93 288.01 0.85 288.91 0.30
图 8 AKD改性填料及其水解样的 C1s波形谱图
有研究表明 [ 19] , 碳原子上每连接一个氧原子 ,
碳原子的结合能就向高结合能方向位移 1.5 eV。因
此 , 距 C—C主峰 1.5 eV处的峰应为与羟基或醚基
相连碳的 C1s峰 , 距 3.0eV处的峰应为羰基碳的 C1s
峰 , 距主峰约 4.5 eV处的峰应为酯基或羧基碳的 C1s
峰 , 离主峰 6 ～ 7eV的 C1s峰为 π>π＊跃迁的振激峰。
由此推断 , 图 8中结合能约为 285 eV、 285.75 ～
286.40eV、 287.17 ～ 288.01 eV及 288.75 ～ 288.95 eV
处的 4个峰应分别对应于 C—C、 C—O、 C O及
O—C O4个官能团 , 如表 4所示 , 表中同一官能
团在不同填料改性样之间结合能的差异应来源于与碳
原子相连的其他原子的不同及与之相连的氧原子在不
同样品中的化学环境不同造成的。如吸附于滑石粉上
的 AKD的 C—O结合能与吸附于绢云母上的 AKD的
C—O结合能之间由于滑石粉与绢云母对 AKD吸附作
用的差异有所不同 , AKD部分水解之后 C—O结合能
也发生了相应变化。
理论上 , AKD分子 R CH C CH R
O C O
中 R
如果以 C16计 , 则四元内酯环中的 O—C O的量所
占比例大约为 2.7%, 与 O相连的两个 C所占比例为
5.6%, R中 C—C的量所占比例大约为 89%。而
XPS分析如表 4中所示 , AKD改性滑石粉和绢云母
(a、 b)中 O—C O和 C O中的 C所占比例为
0.89%和 1.24%, 比理论值小;与 O相连的 C所占
的比例为 10.25%和 8.09%, 比理论值大;而 C—C
所占比例约为为 79%和 83%, 比理论值小。说明很
可能是滑石粉和绢云母上的活性氧参与了与吸附
AKD的成键作用 , 尤其是滑石粉中有更多的活性氧
参与了与 AKD的成键反应 , 这可能与滑石粉对 AKD
具有更高的吸附作用有关 。
另外 , 从表 4还可以看出 , 放置 100 d的改性填
料悬浮液 , O—C O所占比例减少 , C O所占比
例增加 , 说明 AKD发生了部分水解 , AKD改性滑石
粉的变化比 AKD改性绢云母的变化更大 , 表明吸附
于滑石粉上的 AKD比吸附于绢云母上的 AKD更容易
水解。同时 , 长时间放置后的 AKD改性滑石粉水解
样的 C—O功能基损失较多 , 改性
绢云母水解样的 C—O功能基损失
较少 , 说明吸附于绢云母上的
AKD不但不易水解 , 其与填料间
的结合也不易受到破坏 。
3 结 论
AKD改性滑石粉和 AKD改性
绢云母提高了两种填料的疏水性 ,
能提供良好的施胶作用。随着
AKD与填料质量比的提高 , 改性
后的填料施胶效果随之提高 , 滑石
粉对 AKD完全吸附的最大 AKD与
滑石粉质量比为 1∶5, 而 AKD与绢
云母质量比为 1∶15时 , AKD可全
部吸附于绢云母上 。与分别加填滑
石粉 、 绢云母再进行 AKD乳液施
胶相比 , AKD吸附于滑石粉和绢
云母上 , 未降低 AKD的施胶效果 ,
·6· ChinaPulp＆ Paper Vol.29 , No.4 , 2010
研究论文
还能显著提高纸张的抗张强度 。
在 AKD改性填料中 , AKD通过物理吸附沉积在
滑石粉和绢云母上。在改性填料悬浮液的放置过程
中 , 吸附于滑石粉上的 AKD比吸附于绢云母上的
AKD更易发生水解和解吸 , 其水解产物吸附于滑石
粉上也使滑石粉保持了更高的疏水性能;吸附于绢云
母上的 AKD则水解速度较慢 , 且其内酯环基团与绢
云母表面的活性基团发生了某种化学结合 。
参 考 文 献
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205. CPP
(责任编辑:马 忻)
·消息·
美卓推出应用于卫生纸机的无辐射源集成传感器
在对卫生纸生产厂进行了深入广泛的现场测试
之后 , 美卓推出了全新的集成传感器 , 在 PaperIQ
Select质量控制系统中 , 新的传感器能同时测量绝
干量 (纤维的重量)和水分。新的传感器 IQFiber,
使用多通道的红外检测器在纸张的相同位置进行绝
干量和水分的测量 , 无需使用传统的核辐射源传感
器 , 从而降低了采用核辐射源传感器而带来的辐射
源许可证 , 辐射源安全培训 、 服务 、 辐射源处理的
费用和时间。
IQFiber安装在许多使用原生木浆或 100%废纸浆
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产力 , 降低了维护 , 达到了清洁的要求。同时 , 由于
对绝干量的控制更为精密 , 卫生纸厂可以在保证质量
的同时减少卫生纸的目标定量 , 从而节省了相应质量
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的核辐射源传感器 , 适合瞬时的或周期性的质量扰
动检测 , 可使控制更为精准。以 1kHz的快速采样
速率检测纸张的纵向变化 , 使得对定量瞬变和条痕
响应更快。测量点的大小是 5 mm。这些快速响应
的在线测量可以在 PaperIQSelect系统中实现频谱分
析功能。高速测量分析加强了系统的故障排除能
力 , 从而使得详细的在线波动分析性研究和工艺改
进成为可能。
·7· 《中国造纸》 2010年第 29卷第 4期