硅酸钙颗粒特性分析研究.doc

硅酸钙颗粒特性分析研究硅酸钙颗粒特性分析研究1 1、选题背景及意义、选题背景及意义造纸行业是与人们生活息息相关的行业对于造纸企业来讲，利用最小的成本生产出合格的纸张是他们的首要任务而加填就是降低成本的好方法在造纸生产中，加填可以提高纸张的白度和不透明度，改善印刷适性，并可节约纤维原料降低生产成本一般来讲，不同纸种的加添量不同，少的可为2%，高的达到40%-50%，而大多数为10%-25%[1]在保证纸张质量的前提下，应合理选用，并尽可能多加填填料但随着加添量的增加，纸页的强度会受到影响，从而导致掉毛掉粉现象的发生这就要求造纸研究者努力寻找新型的填料，在较高的加填量下使得纸页仍具有较高的强度性能而合成硅酸钙粒径分布窄，呈现多孔蜂窝状白度达89%ISO左右、比表面积在150cm2 /g，是一种轻质、多孔的新型造纸填料[2]将来很有可能大幅度应用于生产硅酸钙一般分为天然硅酸钙和合成硅酸钙天然硅酸钙主要存在于硅灰石中，硅灰石结晶度较高，为针形结构[3]硅灰石在我国造纸填料的应用技术成熟，但因其硬度大、磨耗值高，应用领域受到限制[4]；合成硅酸钙根据制备方法的不同可分为培烧法合成制品和化学合成制品。

近年来，随着高铝粉煤灰提取氧化铝联产硅酸钙技术的发展，将我国北方大型电厂排出的粉煤灰通过非晶态氧化硅提取工艺转化成具有结构性特征的合成硅酸钙，不仅充分利用了粉煤灰固体废弃物，降低环境污染，而且可为工厂带来明显的经济效益[3]但是国内外造纸厂家将合成硅酸钙用做造纸填料的仍很少，主要是因为对硅酸钙的特性及对纸张的加填性能的理论研究还不够成熟本论文主要从硅酸钙的颗粒特性方面着手，探究其作为填料的可行性及优缺点研究重点在于对硅酸钙特性的分析尤其是孔隙度的研究2 2、、国内外研究现状国内外研究现状张文生[6]等用氮吸附法研究了掺杂有机大分子的水化硅酸钙的孔结构及表面分形特征，研究结果表明两种有机大分子的插层作用及开孔效应使得水化硅酸钙的比表面积大大增加；聚羧酸有机大分子有利于水化硅酸钙形成小尺寸中孔，而脂肪族有机大分子有利于水化硅酸钙形成大尺寸中孔魏晓芬[4]等人的研究表明，纸张中加入硅酸钙填料有助于提升其整饰性、白度、松厚度、不透明度、平滑度、油墨吸收性和填料保留，降低加填纸张的相对密度；主要负效应表现在抄造滤水性较差，加填纸张的吸水性增加，耐折度、抗张强度和表面强度等呈现下降趋势合成硅酸钙微粒内部及表面呈孔隙发育，粒子表观呈现蜂窝状聚集体特征，是一种具有蓬松、高孔隙率的多孔性结构性材料。

吴盼[7]等用扫描电镜观察新型硅酸钙，发现硅酸钙是蜂窝状，呈现多孔性猜想细小纤维插入微粒表面的孔隙中使得填料与细小纤维间产生微弱的结合力，从而在一定程度上削弱填料添加对纸张强度的负面影响同时也检测出硅酸钙：硅酸钙粒子比表面积121 m2·g-1，平均粒径10.63 μm，吸油值2.178 g·g-1，沉降体积4.0 mL·(10 g·24 h)-1，白度90.5% ISO刘飞[8]等在“超轻微孔硅酸钙保温隔热材料的制备研究”中发现在成型压力为0.49Mp时制得的硅酸钙平均孔径为0.52μm，随着成型压力的增大，制品的平均孔径和孔容均有不同程度的降低孙德文[9]等利用合成的硅酸钙对造纸废水进行处理，研究认为合成的硅酸钙具有发达的空隙，巨大的比表面积，实验结果表明其具有较强的吸附性能，对造纸废水的处理效果优于天然硅藻土，沸石等天然吸附材料，可通过吸附作用截留废水中的细小纤维王宏霞[10]初步探讨了掺杂有机大分子水化硅酸钙键合原理:认为外加剂的有机大分子会分别通过其极性基团与ca+2键合,而ca+2另一端与一O一Si一O一键连接,形成一个离子型交联结构,使有机大分子键接到硅氧四面体长链上并认为正是通过这种键合作用,有机大分子插入到水化硅酸钙结构的层间。

以上研究都提到了硅酸钙表面呈现多孔性，但是都没有对表面孔径进行测量本次研究主要是测量硅酸钙的孔径及晶体结构，探究硅酸钙晶体结构的缺陷，找到硅酸钙晶体易受攻击的地方3 3、、研究内容及目标研究内容及目标3.13.1 研究内容研究内容采用扫描电镜观察颗粒外貌；采用激光粒度分布仪测定硅酸钙的粒径及其分布；利用XRD研究硅酸钙的结晶情况:如晶粒的大小，晶体缺陷等利用比表面积仪测定颗粒的比表面积，运用压汞仪测定颗粒的孔径分布及表面孔隙率3.23.2 研究目标研究目标分析探究颗粒的特性，重点在于孔径及孔隙度的研究4 4、、研究思路及技术路线研究思路及技术路线4.14.1 研究思路研究思路根据设计任务书的要求，本次设计的主要任务在于对硅酸钙颗粒特性的研究在收集资料的基础上，分析其外貌特征及结晶情况通过对硅酸钙颗粒特性的分析，明确硅酸钙的结构，主要包括其结晶情况、结晶缺陷、晶体形状，进而预测其性能4.24.2 实验原料及仪器实验原料及仪器实验原料：化学活性硅酸钙实验仪器：扫描电子显微镜、X 射线衍射仪、比表面积仪、压汞仪4 4、、3 3 实验步骤实验步骤运用 SEM、XRD 对其外貌进行表征运用压汞仪测定孔径的大小及孔径分布5 5、设计（论文）进度安排及完成的相关任务：、设计（论文）进度安排及完成的相关任务：6 6、参考文献：、参考文献：[1]何北海,主编.造纸原理与工程[M].北京：中国轻工业出版社，2012 [2]吴盼,张美云,王建.粉煤灰基新型硅酸钙与碳酸钙和滑石粉在纸张加填中的应用效果对比[J].造纸科学与技术,2013，32 (3) ：90～93[3]张士龙,刘钦甫,丁述理.活性硅酸钙填充天然橡胶复合材料性能的研究[J].河北工周 次设计（论文）任务及要求1-4毕业实习和资料收集；5-9硅酸钙颗粒分析；10-12分析总结和补充数据；13-15撰写和修改论文。

程大学学报，2013，30（1）:52～58[4]魏晓芬,孙俊,王成海.新型硅酸钙填料的理化特性及对加填纸张性能的影响[J].造 纸化学品，2012，24（6）：24～30[5]付建生，张军礼，付丹. 粉煤灰的利用［J］. 湖北造纸，2008（1）：45[6]张文生，叶家元，王妍萍.掺杂有机大分子水化硅酸钙的孔结构及表面分形特征[J].硅酸盐学报,2006，34（12）:1497～1502[7]吴盼,张美云,王建.粉煤灰联产新型硅酸钙用于造纸湿部加填的留着和滤水性能[J].纸和造纸,2013，32（4）：48～51[8]刘飞，李静，曹建新.超轻微孔硅酸钙保温隔热材料的制备研究[J].新型建筑材料.[9] 孙德文,宋宝祥,王成海.合成硅酸钙特性及其在造纸废水处理中的应用[J]. 纸和造纸. 2011（06）: 52-54.[10]王宏霞.掺杂有机大分子水化硅酸钙的结构及键合原理[J]。