【摘 要】
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纸基功能材料是指以纸为基材,经过某种加工或特殊处理后具有一定功能的薄张材料,其用途几乎涵盖了国民经济的各个行业。随着现代科技的发展,对功能材料的要求越来越多,开发新用途的纸基功能材料成为研究重点。纸基透水材料是在纸本身是一种多孔性的薄层材料,具备透水性能的基础上,通过改变该材料的孔隙大小、孔隙率及其疏水性能等指标,从而研制的一种新型功能材料。该纸基透水材料可广泛适用于农业灌溉、土地荒漠化治理等方面
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纸基功能材料是指以纸为基材,经过某种加工或特殊处理后具有一定功能的薄张材料,其用途几乎涵盖了国民经济的各个行业。随着现代科技的发展,对功能材料的要求越来越多,开发新用途的纸基功能材料成为研究重点。纸基透水材料是在纸本身是一种多孔性的薄层材料,具备透水性能的基础上,通过改变该材料的孔隙大小、孔隙率及其疏水性能等指标,从而研制的一种新型功能材料。该纸基透水材料可广泛适用于农业灌溉、土地荒漠化治理等方面。本论文以废纸浆（旧瓦楞纸箱（old corrugated container,OCC）、旧新闻纸（old newspaper,ONP）、办公废纸（office wastepaper,OWP））和原生未漂硫酸盐针叶木浆（unbleached softwood kraft pulp,USKP）为主要原料分别制备纸基透水材料。首先,研究了纤维原料的特性并对纸基透水材料成纸性能进行分析。结果表明:USKP纤维特性明显优于废纸浆,且废纸浆中OCC浆的长度和宽度均大于其他两种浆,其长宽比与其他两种浆相差不大,废纸浆中明显有大量的胶黏物质和细小纤维,纤维表面变得粗糙,而USKP无明显杂质,纤维饱满且表面平整光滑。对四种浆种制备的纸基透水材料纸样的性能的分析表明,USKP成纸纸样的干湿抗张指数最大,分别为50.45 N·m·g-1、30.66 N·m·g-1,且其干湿断裂伸长率均最大。废纸浆中,ONP浆的强度性能最好,OCC浆强度性能略低于ONP浆。OCC浆和针叶木浆纸样孔径和孔隙率明显小于ONP浆和OWP浆。稳定后四种浆的透水速率顺序为:OWP浆＜USKP＜OCC浆＜ONP浆,考虑到纤维来源、成本和实际应用,重点选用废纸浆中的OCC浆和USKP为制备纸基透水材料的原料进行透水等性能的研究。通过研究助剂及填料对纸基透水材料性能的影响,发现聚丙烯酸酯防水剂用量、PAE用量、硫酸铝对纸基透水材料纸样的抗张指数、平均孔径、Cobb值有明显影响,随着防水剂用量的增加,纸样的抗张指数增加,平均孔径、Cobb值降低。PAE用量为1.5%时,纸样的干、湿强度达到最大,分别为17.90 N·m·g-1、6.85 N·m·g-1,此时纸样的平均孔径为2.28μm,Cobb30值为23.8 g·m-2,纸样透水速率于4天时趋于稳定,为0.44 L·m-2·D-1。硫酸铝对透水性能有较为明显的影响,滑石粉稍有影响,CPAM和CS对透水性能有不利影响,在纸样中添加硫酸铝后,纸样透水性与防水剂用量为5.5%时透水性能相当。进一步研究发现施胶剂AKD对纸基透水材料性能也有较为明显的影响,AKD的添加能有效降低纸样的平均孔径和Cobb值,并改善纸样的透水性能。进一步研究防水剂浸渍浸渍处理对纸基透水材料性能的影响。结果表明:以聚丙烯酸酯防水剂为浸渍液时,发现防水剂浓度为5%时浸渍制备的纸基透水材料纸样透水性能最好,稳定后透水速率为0.37 L·m-2·D-1,此时纸样的干湿抗张指数为10.94N·m·g-1、5.94 N·m·g-1,孔径为3.32μm,孔隙率为63.61%,Cobb30值为29.6 g·m-2。以聚丙烯酸酯防水剂和有机硅烷防水剂混合液为浸渍液,二者比例为1:1时纸样透水性能最好,稳定后透水速率为0.38 L·m-2·D-1,此时纸样的干湿抗张指数为24.78N·m·g-1、23.51 N·m·g-1,孔径为2.05μm,孔隙率为50.47%,Cobb30分别为54.3 g·m-2。最后,通过浆内添加抗菌剂,研究了抗菌剂对纸样埋土自然降解的影响,分析了自然降解对纸基透水材料降解率及性能的影响。结果表明:抗菌剂的添加能有效缓解纸基透水材料纸样的降解率,保证纸样的完整性,并对纸样干湿抗张指数、Cobb值及透水性能有明显影响,添加抗菌剂的纸样性能明显优于未添加的。综合考虑降解后纸样各样性能,浆内添加MBT的纸样防腐抗菌效果最好,经8周降解后,以OCC浆为原料的纸样降解率达到13.02%,纸样降解率与未添加抗菌剂相比下降了43.76%,干、湿抗张指数分别提高了170.85%、225.00%,为6.04 N·m·g-1、1.69 N·m·g-1,Cobb30值为113.9 g·m-2;以未漂硫酸盐针叶木浆为原料的纸样降解率达到5.18%,与未添加抗菌剂相比,纸样降解率下降了72.11%,干、湿抗张指数分别提高了97.04%、287.06%,为17.97 N·m·g-1、6.58 N·m·g-1,Cobb30值为58.1 g·m-2,且纸样在3天后透水速率逐渐减小至稳定,稳定后透水速率为1.32 L·m-2·D-1。
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