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在纸张中添加填料,不仅能改善纸张性能,降低生产成本,还有利于保护森林资源,发展“低碳经济”。填料种类不同,其成纸性能具有较大的差别,即使填料物理和化学性质相同,其在纸张中分布的差异也可导致成纸性能的不同。为了探究填料特性及Z向分布对纸张性能的影响,本文从以下方面进行了研究:首先,采用机械研磨法和化学预絮聚法研究了填料粒径及分形维数对纸张结构性能、光学性能及强度性能的影响。对于粉煤灰基多孔硅酸钙(FACS)采用机械研磨法得到具有不同粒径的填料;对于沉淀碳酸钙(PCC)采用化学预絮聚的方法获得具有不同粒径的填料。采用扫描电子显微镜的背散射模式拍摄填料及纸张中填料形态后,运用图像分析软件统计了填料的粒径、粒径分布及分形维数。并对不同粒径的填料加填纸性能进行了比较。结果表明,FACS0、FACS1、FACS2、FACS3的中粒径和分形维数分别约为18.6μm、15.8μm、8.6μm、3.6μm;1.76、1.74、1.73、1.68。未添加化学助剂时,其在纸张中的粒径和分形维数分别约为18.0μm、15.3μm、8.5μm、3.6μm;1.73、1.72、1.70、1.63。填料特性基本没有发生改变,说明在抄造过程中填料未发生聚集,因此,仍可用填料自身性质分析其对纸张性能的影响。不同粒径的FACS加填纸的抗张强度顺序为:FACS1﹥FACS0﹥FACS2﹥FACS3。分形维数、填料粒径对于纸张结构性能、强度性能和光学性能具有重要影响。填料粒径和分形维数较大时,纸张的松厚度和透气性较高,不透明度较小;在一定范围内,纸张抗张指数随着粒径及分形维数的增加而增加,超过一定值后出现下降。PCC1、PCC2、PCC3的中粒径和分形维数分别约为18.5μm、11.1μm、4.3μm;1.44、1.59、1.68。其在纸张中的粒径和分形维数分别约为28.6μm、19.4μm、4.2μm;1.39、1.40、1.68。PCC1和PCC2加填前后特性发生了显著变化,此时需采用纸张中填料特性来分析其对纸张性能的影响;而PCC3特性基本未发生变化,仍可用填料自身特性分析其对纸张性能的影响。分形维数较低粒径较大的PCC1填料加填后,纸张的光学性能和松厚度较差,抗张强度较好。其次,探究了填料Z向分布曲线对纸张性能的影响,提出了弧度因子用于表征填料Z向分布特性,并探究其对成纸性能的影响。结果表明,弧度因子与纸张松厚度、透气度、不透明度、抗张强度及内结合强度有着较好的相关性。当弧度因子较大时,纸张的松厚度、透气性及内结合强度较低,而抗张指数较高。当弧度因子为零时,纸张的透气性和松厚度最高,抗张强度较低。最后,为了提高PCC加填纸强度性能,探究了PCC与滑石粉复配预絮聚,研究了相同复配填料絮聚体尺寸对纸张性能的影响。结果表明,填料复配预絮聚后形成的PCC与滑石粉填料复合体,可实现在原有预絮聚方法的基础上进一步提高加填纸成纸抗张强度。当填料含量为(20±0.5)%时,与未预絮聚PCC填料加填纸相比,絮聚体尺寸为48μm时,单独预絮聚PCC加填纸抗张强度性能可提高约46%,而当PCC:滑石粉=1:1时,抗张强度可提高约54%。