松香是一種豐富、廉價的林產(chǎn)資源，廣泛用作紙張施膠劑。由于近年來國際上普遍認(rèn)為造紙工業(yè)應(yīng)逐步由酸性造紙向中性造紙過渡[1-2]，因此美國等發(fā)達(dá)國家率先開發(fā)出了陽離子分散松香膠，它可在近中性條件下使用（pH≤6.5）[3]，但乳液貯存時間短，穩(wěn)定性較差且運(yùn)輸不便，而自身陽離子化松香膠則可以克服上述缺點(diǎn)。本文作者在研究報告（Ⅰ）中已討論了自身陽離子化松香膠(SCR)的合成；在不同pH值條件下膠料乳液的Zeta電位的變化及其在紙漿纖維上的吸附情況。本文主要報道造紙工業(yè)中普遍采用的廉價填料CaCO3和水中雜質(zhì)鹽CaCl2、MgCl2對SCR膠料乳液體系Zeta電位的影響及其在紙漿纖維上吸附情況的變化。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1原料及試劑
SCR膠料（自合成），CaCO3、 CaCl2、MgCl2均為分析純，所用紙漿為鎮(zhèn)江大東紙業(yè)有限公司的混合漿（針葉木/闊葉木=
1/3），叩解度500SR，濕重6.5g 。
1.2 Zeta電位的測定
將SCR膠料在強(qiáng)烈攪拌下加水配制成1%的白色乳液并加入一定濃度的CaCO3、CaCl2、MgCl2，測定膠體的界面遷移速度，用Smoluchowski方程計(jì)算Zeta電位：ζ=ηu/Eεε0，其中η-介質(zhì)粘度，u-乳液界面遷移速度，E-兩電極間的電位梯度，ε-相對介電常數(shù)，ε0-真空介電常數(shù)。
1.3 膠料在纖維上的吸附
將配制好的SCR膠料與CaCO3、 CaCl2、MgCl2的混合乳液加入到1%的混合紙漿中，調(diào)節(jié)紙漿的pH值為6.5～7,8～8.5
，吸附10min后用XSS-2生物攝影顯微鏡拍攝膠料在纖維上的吸附情況（放大倍數(shù)40×6.3）。
2 結(jié)果與討論
2.1 雜質(zhì)鹽CaCl2、MgCl2及CaCO3填料對Zeta電位的影響
我們分別考查了SCR膠料乳液體系中加入不同濃度的雜質(zhì)鹽CaCl2、MgCl2及CaCO3填料時Zeta電位的變化，結(jié)果如表1所示。
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表1 雜質(zhì)鹽對膠料體系的Zeta電位的影響
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添加物
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無
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CaCl2
0.25%
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CaCl2
0.63%
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CaCl2
1.25%
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MgCl2
0.5%
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MgCl2
1.0%
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CaCO3
0.2%
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CaCO3
0.4%
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CaCO3
1.0%
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Zeta電位(mv)
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51.11
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31.94
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5.11
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0
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15.33
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2.56
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40.89
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40.89
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40.89
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由表1可見，添加雜質(zhì)鹽CaCl2、MgCl2后乳液體系的Zeta電位急劇下降，由于膠粒表面吸附大量的正電荷，根據(jù)Stern擴(kuò)散雙電層模型可知，其擴(kuò)散層中有大量的反離子，對SCR膠料體系來說反離子即是Cl-。當(dāng)體系中加入CaCl2、MgCl2時，雜質(zhì)鹽可電離出Ca2+、Mg2+和Cl-，依據(jù)Fajans優(yōu)先吸附規(guī)則可知，大量的反離子Cl-進(jìn)入擴(kuò)散層并進(jìn)一步進(jìn)入Stern層，從而造成Zeta電位急劇下降。
由表1還可發(fā)現(xiàn)，添加CaCO3填料也可使膠料體系的Zeta電位略有下降。這是因?yàn)殡y溶的CaCO3在達(dá)到溶解平衡時水中仍有微量的CO32-存在，高價態(tài)的反離子CO32-也容易進(jìn)入Stern層而使得Zeta電位下降。但由于CO32-的濃度很低，這種變化并不明顯，而且加入不同濃度的CaCO3時其Zeta電位也不變。由此可見使用SCR膠料時，添加CaCO3填料基本不會影響到膠料所帶的陽電荷，而且添加量也可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整。
2.2 膠料在纖維上的吸附
通過顯微照片我們可以看到,SCR膠料在加入1% CaCO3填料時，膠粒仍然能夠很好地吸附于纖維表面，而且紙漿的pH值由6.5～8.0變化時吸附量沒有明顯的變化（如圖1），顯然這與Zeta電位并未隨pH值變化有關(guān)。加入雜質(zhì)鹽CaCl2、MgCl2后，在微酸性至中性紙漿中（pH=6.0～7.0），膠料在纖維上的吸附有所減少，但并不完全如Zeta電位所預(yù)示的那樣（如圖2）。盡管在此條件下膠料的Zeta電位大大降低甚至接近于零，但在顯微照片上我們?nèi)钥吹接幸欢康哪z粒吸附在纖維上。這是因?yàn)殡s質(zhì)鹽不但改變了膠料的表面荷電狀態(tài)，同時也改變了纖維表面的雙電層結(jié)構(gòu)。由于纖維表面吸附負(fù)電荷，因此在纖維的雙電層結(jié)構(gòu)中，擴(kuò)散層的反離子為陽離子。當(dāng)添加CaCl2、MgCl2等雜質(zhì)鹽后，高價態(tài)的反離子Ca2+、Mg2+更容易進(jìn)入纖維的Stern層，從而使纖維的Zeta電位正移。由此可見，膠料在纖維上的吸附情況不僅取決于膠料本身的荷電量，同時也與纖維表面的荷電狀態(tài)有關(guān)，只有當(dāng)膠料吸附后可以使纖維表面達(dá)到或接近其等電點(diǎn)時才能形成穩(wěn)定的吸附。而纖維表面的荷電量與漿種、碎漿過程、蒸煮過程、打漿及勻漿程度有關(guān)，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況選擇陽電荷量最適宜的膠料。
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| 圖1 (A) 18#膠液+1% CaCO3，pH=6.5 |
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圖1 (B) 18#膠液+1%
CaCO3，pH=8.0
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| 圖2 (A) 18#膠液+0.5%
MgCl2，pH=6.5～7.0 |
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(B) 18#膠液+1.25% CaCl2，pH=6.0 |
3
結(jié)論
(1) 雜質(zhì)鹽CaCl2、MgCl2對SCR自身陽離子化松香膠的Zeta電位有明顯的影響，但填料CaCO3的加入對膠料的Zeta電位影響不大。
(2)從顯微照片上看，添加CaCO3填料時膠料在pH值為6.5～8.5的紙漿纖維上都能很好地吸附；加入CaCl2、MgCl2時，在微酸性至中性（pH=6.0～7.0）條件下膠料仍可以吸附于纖維上。
4 參考文獻(xiàn)
[1] 徐忠愷，李春芳．國外造紙，1992，11（2）：15-20
[2] B.Herner. Pulp and Paper ,1990,64(1):141-149
[3] Tsuyoshi Ikeda, Kiyoshi Iwai et al.U.S.5438087, Aug.1.1995 |
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