典型的微粒助留體系由陽離子聚合物和帶負電荷的無機或有機微粒組成，其對紙料絮聚所形成的絮聚體小而致密，具有可逆性，可同時提高紙料的留著與濾水性能，成紙透氣性好，并可改善成紙的勻度，其中微粒組分又是獲得微粒助留作用及相關效益的關鍵，因此，有關微粒助留體系的改進多與新型微粒組分的研究有關。如在離散型膠體二氧化硅基礎上開發的高結構膠體二氧化硅，在保留其高電荷密度的同時，通過原生顆粒間的枝狀交聯增加了膠體二氧化硅的粒子尺寸，進而提高了架橋能力。有機陰離子微則由于更容易控制其電荷密度和粒度，并可在微粒表面接枝柔韌的陰離子長鏈，而成為更加有效的微粒助留組分。此外研究還發現，陽離子微粒與陰離子聚合物協同作用也可對細小組分產生強的絮凝作用，從而引起了研究者的*興趣。如通過乳液聚合或微乳液聚合等方法合成了陽離子有機微粒，提出用纖維狀的氧化鋁作陽離子微粒，利用有機陽離子聚合物對*的插層獲得了陽離子*微粒等。

　　水滑石是自然界中*帶有正電荷的粘土類礦物，也稱層狀二元混合金屬氫氧化物，由帶正電的層狀結構和層間陰離子組成，其通式是

　　式中M 指二價金屬離子，M。 指三價金屬離子，A指價數為n的陰離子，m是水合數。自然界中的混合二元金屬氫氧化物層由鎂和鋁的八面體結構組成，如圖1所示口 ，Mg2十和Al 位居八面體結構中心，于Mg2十被Al。

　　同晶置換而顯正電性，其正電荷由層間的碳酸根離子平衡并帶有結合水實驗室內可以合成具有不同混合金屬離子和不同層間陰離子的各種混合金屬氫氧化物，其中鎂鋁氫氧化物可以通過改變反應物的鎂鋁摩爾比例和選擇不同的層間陰離子而成為帶正電的膠體微粒，有希望成為新型無機陽離子微粒助留劑，但尚未見有關文獻報道。*鋁膠體的結晶反應過程十分迅速，顆粒大小不易控制，而陽離子微粒助留劑的顆粒的大小和帶電性質直接決定了其助留效果，為此，本文對陽離子*鋁膠體的合成和其微粒助留作用進行了初步研究。

　　1 實驗

　　1．1 實驗原料

　　葦漿取自山東華泰紙業有限公司，打漿度33．8。SR；結晶氯化鎂、結晶氯化鋁和氫氧化鈉均為分析純試劑；陰離子聚丙稀酰胺（APAM）由CibaSpecialty ChemicalLtd．提供，相對分子質量約為800萬。

　　1．2 實驗方法

　　1．2．1 陽離子微粒*鋁的合成

　　將一定比例的鎂化合物和鋁化合物混合溶于500mL蒸餾水中，固定總離子濃度為0．5 mol／L，再將稀堿液（氫氧化鈉）緩慢加入快速攪拌下的混合液中，直至無新沉淀生成為止，繼續攪拌2 h；反應母液常溫老化1周后離心洗滌并膠溶。

　　1．2．2 *鋁的特征

　　*鋁膠體產物中各元素含量利用化學分析法確定，以確定*鋁各產品試樣的表達式，各元素含量的測定參見文獻；膠體粒度用激光粒度儀MASTERSIZE 2000測定；膠體顆粒的Zeta電位在POWEREACH JS94型微電泳儀上測定，測定時將*鋁分散到0．01 mol／L氯化鈉溶液中。

　　1．2．3 漿料留著率的測定
 
　　漿料制備：紙漿在纖維標準解離器中按1．5％的濃度疏解30000轉，之后，加入20％的*，混合均勻后，稀釋至0．5％的濃度。動態留著實驗：取500mL的漿料倒入動態濾水儀（1000mL）的脫水筒中，在攪拌（500 r／min）下加入陽離子*鋁膠體（濃度0．1％），混合30 S后，加入0．08％陰離子聚丙烯酰胺（APAM）并混合30 S后，脫水，在750 r／min下收集zui初的100mL濾液，測定其濃度，并計算漿料留著率。

　　2 結果討論

　　2．1 陽離子微粒*鋁的特性

　　表1為在相同條件下制備的、鎂鋁初始摩爾比例不同的*鋁膠體微粒的化學組分表達式、Zeta電位和體積平均粒徑。可以看出，合成的*鋁膠體的鎂鋁摩爾比例與初始反應物的鎂鋁摩爾比例基本相同，樣品中鎂含量的略微減少，是由于Mg（OH）2的溶解度稍大于A1（OH）3的溶解度，導致少量溶解電離的M 在離心洗滌過程中被洗掉。

　　從表1中還可以發現，所有樣品都帶有正電荷且微粒粒度較小，但各樣品由于鎂鋁初始反應物的比例不同，其zui終膠溶微粒的粒度和Zeta電位存在著一定的差異。鎂鋁摩爾比例為3：1的 樣的體積平均粒徑zui大，Zeta電位也較高；其余各樣品的體積平均粒徑和Zeta電位均比較接近。

　　在*鋁的結構層中，A1 、M 居于層中八面體結構中心，并在同一層內隨機分布。由Loweustein定律可知El1]，共享邊的Mg2+（OH 6八面體是不顯電性的，而A1，+（OH 6八面體帶有正電荷，當*鋁的結構層中有兩個A1 （OH） 八面體相鄰形成共享邊時，由于電荷斥力而造成結構不穩定，為避免*鋁中A1，+（OH 6八面體之間共享邊，鎂鋁之間的zui小摩爾比是2：1。當鎂鋁之間的摩爾比例超過2：1時，多余的鋁就以水鋁石（gibbsite）AI（OH）3的形式與*鋁共存，從而相對減少反應產物的*性正電荷，但水鋁石由于吸附Al 而帶正電荷，吸附OH一而帶負電荷，所帶電荷隨樣品中OH一的量而變化。而樣品Zeta電位是在合成時的自然pH值8左右下測定的，此時接近水鋁石的等電點，因此，使得各樣品帶電荷情況相似。但鎂鋁初始摩爾比為3：1的樣品更接近于自然界中存在的水滑石的鎂鋁摩爾比例，且結構穩定，Zeta電位較高。

　　*鋁微粒的粒度與其晶粒增長速度和膠溶過程密切相關。同樣，鎂鋁摩爾比為3：1的樣品晶粒增長速度較快，粒度zui大，鎂鋁摩爾比為2：1的樣品次之，其他的樣品則較為接近。

　　*鋁正電膠體相對比較穩定，但隨時間的延長其顆粒會慢慢長大，表2是鎂鋁摩爾比為3：1的*鋁微粒Zeta電位和粒度隨時間的變化情況。顯然，由于晶核的增長，膠體微粒的粒徑隨著貯存時間的延長在慢慢增加。而隨著*鋁晶核的增長，也伴隨著膠體微粒Zeta電位的降低。這很可能與晶核增長過程中*鋁膠體中各離子之間的重新平衡有關。因為膠體Zeta電位和膠體微粒的大小將直接影響其助留效果，所以*鋁膠體顆粒的增長機理和如何控制膠粒的增長還需要進行專門研究。本文實驗所用的*鋁正電膠體均為新合成樣品。

　　2．2 pH值對*鋁微粒Zeta電位的影響

　　圖2是*鋁Zeta電位隨pH值的變化曲線，樣品的鎂鋁摩爾比為1：1，初始pH值是8．0。由圖可以看出，在pH值3-10之間*鋁一直帶有正電荷，但其Zeta電位隨pH值有一定的變化。當膠體用酸調至較低的pH值時（<8），會引起*鋁膠體的酸性水解，Mg2+（OH）6和A13+（OH）6八面體結構中的OH被部分中和，部分鎂鋁以聚陽離子形式存在，陽電荷有所增加，Zeta電位略有提高；當大部分*鋁溶解時Mg2+和Al3+釋放出來，體系Zeta電位會有所降低。

　　當膠體系用堿調至較高pH值（>8）時，部分*會先于*從混合氫氧化物結構中釋出，導致鎂鋁混合氫氧化物中鎂鋁比例增大，Zeta電位提高。但當加入更多的堿時，A1（OH）3結構又變成A1（OH）3，Zeta電位反而又降低。

　　2．3 *鋁的微粒助留作用

　　將各種不同鎂鋁摩爾比的陽離子*鋁膠體分別與陰離子聚丙烯酰胺組成陽離子微粒助留體系，利用動態濾水儀對*加填的葦漿進行了助留實驗，結果如圖3所示。可以看出，陽離子的*鋁膠體與陰離子聚丙烯酰胺協同作用能顯著地提高漿料留著率，單程留著率zui大提高量可達到25％，并且所有樣品均在加入量0．4％（對絕干漿）時達到其zui大微粒助留作用。但不同*鋁膠體之間的微粒助留作用存在著一定的差異。其中，鎂鋁摩爾比為1：1的 1樣品雖然Zeta電位較低，其助留效果在低加入量下卻，但其助留效果受加入量影響非常大；#2、 4、 樣品的Zeta電位相近，助留曲線的變化規律相似，助留效果受樣品加入量的影響沒有 樣品大，在其*加入量下的紙料留著率依次高，這一變化趨勢與樣品粒度有關：粒度越小，微粒助留作用越好； 樣品盡管Zeta相對較高，但粒度zui大，助留效果zui差，其微粒助留效果隨加入量提高而不斷提高。因此，陽離子*鋁膠體的微粒助留作用隨其加入量的變化模式與樣品的Zeta電位有關，而其zui大助留作用與其膠體微粒的粒度有更密切的關系。

　　為了進一步驗證陽離子*鋁膠體粒度對其助留效果的影響，應用鎂鋁摩爾比例為1：1、Zeta電位基本相同但粒度不同的兩種*鋁膠體進行了助
留效果比較實驗。曲線1代表的樣品粒度較小。如圖4所示，兩種*鋁樣品的微粒助留效果隨其加入量的變化趨勢相同但助留效果確實與膠體微粒粒度
的大小有關，粒度越小，微粒助留作用越好。

　　3 結 論

　　3．1 利用氯化鎂和氯化鋁混合物與稀堿液的共沉淀反應，合成了帶正電荷的*鋁膠體，膠體微粒的大小與膠溶過程密切相關，微粒的帶電量卻與結構中鎂鋁摩爾比例高低有直接的關系。在從酸性到堿性的所有抄紙pH值范圍內，*鋁均帶有正電荷，并隨pH值有一定的變化。

　　3．2 *鋁膠體與陰離子聚丙烯酰胺組成陽離子微粒助留體系時可顯著提高紙料的留著率，但鎂鋁摩爾比不同的*鋁膠體由于所帶電荷和粒度的不同，其微粒助留作用存在著一定的差異。*鋁膠體的粒度越小，其微粒助留效果越好。

來源：中國造紙助劑網