周 揚(yáng)， 付建生， 萬(wàn)朝雨， 王 歡

(1 湖北工業(yè)大學(xué)制漿造紙學(xué)院， 湖北 武漢 430068； 2 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

紙張?jiān)诔爝^(guò)程與設(shè)備發(fā)生較大的磨擦，導(dǎo)致紙張產(chǎn)生靜電．由于靜電的吸引力使紙頁(yè)吸在一起，使紙張?jiān)谟∷C(jī)送紙過(guò)程中吸不起頁(yè)或吸進(jìn)夾頁(yè)，影響印刷效率，造成紙張損失；在靜電復(fù)印時(shí)，導(dǎo)致圖像模糊而影響復(fù)印效果；有時(shí)造成復(fù)印機(jī)夾紙堵塞現(xiàn)象[1]．解決方法有：1)使用靜電消除器；2)表面膠適當(dāng)提高食鹽用量[2]．但經(jīng)長(zhǎng)期使用發(fā)現(xiàn)，這種加氯化鈉的靜電復(fù)印紙?jiān)谑褂脮r(shí)復(fù)印效果不是很理想，并且氯化物的長(zhǎng)期使用對(duì)抄紙?jiān)O(shè)備有一定的腐蝕和磨損．AZO(摻鋁氧化鋅)型納米導(dǎo)電粉[3]克服了以上不足．據(jù)此，本研究試將此種納米級(jí)導(dǎo)電粉應(yīng)用于靜電復(fù)印紙中，探究其導(dǎo)電性能，并與傳統(tǒng)的氯化鈉等效果進(jìn)行比較．

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料、儀器及藥品的制備

1.1.1實(shí)驗(yàn)原料氧化淀粉，廣西明陽(yáng)淀粉有限公司；未表面施膠原紙，定量70 g/m2；AZO型導(dǎo)電粉，粒徑30 nm，電阻1.2×105Ω·cm，廣州延瑞化工；氯化鈉、氯化鈣A R ，上海國(guó)藥集團(tuán)．

1.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備線棒涂布器(XL-120)，東莞塘廈鑫磊儀器廠；電子分析天平(AL-204 精度0.0001 g)，梅特勒-托利儀器(上海)；數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱 (101A-3)，上海浦東；電熱熨斗(ST-3 )，鞏義市予華儀器公司；超聲波振蕩儀(DER-45 )，北京化工機(jī)械有限公司；萬(wàn)用電表(MF30)，上海第四電表廠等．

1.1.3淀粉溶液的熬制稱(chēng)取5 g氧化淀粉，加30 mL去離子水使之成糊狀，在攪拌下將其加入65 mL沸騰去離子水中，煮沸數(shù)分鐘，冷卻[4]．

1.1.4氯化鈉、氯化鈣和AZO導(dǎo)電粉溶液的配置分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%和1‰的3種試樣溶液，AZO導(dǎo)電粉用超聲波振蕩儀振蕩3 min．配置溶液待用．

1.2 表面施膠量的確定

采取表面施膠的涂布方式，選用線圈直徑80 μm的刮棒，選取一定量的氧化淀粉溶液施涂于實(shí)驗(yàn)紙頁(yè)表面，并將紙頁(yè)于105℃下烘干15 min，測(cè)量紙頁(yè)前后質(zhì)量差，其差值即為實(shí)際表面涂布淀粉量，并換算成g/m2，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定單面涂布量2 g/m2為最佳．

1.3 實(shí)驗(yàn)紙頁(yè)電阻的測(cè)定

將計(jì)量好的藥品溶液通過(guò)移液管準(zhǔn)確量取，并將量取的溶液與確定的淀粉溶液均勻混合，然后施于待測(cè)紙頁(yè)上，再將紙頁(yè)在105℃下烘15 min，取出熨平．并將準(zhǔn)備完成的紙頁(yè)進(jìn)行裁剪，將恒溫水浴鍋水溫設(shè)置在90℃，并將裁剪后待測(cè)的紙樣置于恒溫水浴鍋上部并予以固定，通過(guò)水蒸氣對(duì)紙樣進(jìn)行返濕15 min，使表面施膠層中加入的鹽電離紙張電阻減小，進(jìn)而測(cè)量潤(rùn)濕紙樣表面單位長(zhǎng)度的電阻，通過(guò)阻值來(lái)表征紙樣的導(dǎo)電性能．

2 結(jié)果與討論

2.1 NaCl、CaCl2和AZO對(duì)紙頁(yè)導(dǎo)電性能影響

分別選取0.5%、1%、1.5%和2%(占絕干紙頁(yè)重量)4個(gè)添加量的3種藥品，并將其結(jié)果與原紙電阻比較，來(lái)探索藥品對(duì)紙頁(yè)電電性能的影響強(qiáng)弱．實(shí)驗(yàn)測(cè)得未表面施膠原紙阻值為1 120 kΩ，加入各種藥品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1．

表1 NaCl、CaCl2和AZO紙樣的電阻值

由表1可知，與未表面施膠原紙(阻值為1 120 kΩ)相比，三種藥品的加入都明顯降低了紙頁(yè)的電阻，其中在藥品添加量相同時(shí)，AZO納米導(dǎo)電粉對(duì)紙頁(yè)電阻的降低程度最為明顯，NaCl次之，CaCl2對(duì)紙頁(yè)的電阻降低程度最小，說(shuō)明AZO型導(dǎo)電粉在改善紙頁(yè)導(dǎo)電性能方面有顯著的效果，且明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的NaCl藥品；但三種藥品在降低紙頁(yè)電阻時(shí)，并未隨各自相應(yīng)添加量的提升而增強(qiáng)，而是表現(xiàn)出一種無(wú)規(guī)律的狀態(tài)，在各自阻值范圍內(nèi)上下波動(dòng)，若忽略實(shí)驗(yàn)誤差等因素，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能是本組實(shí)驗(yàn)所選取的藥品濃度偏高，較高濃度的鹽在與淀粉結(jié)合使用時(shí)，未能達(dá)到很好的分散效果，致使部分藥品不是以均勻的形式分散于紙頁(yè)表面，而是與淀粉以一定形式膠黏包覆，使得在測(cè)量時(shí)部分藥品試劑的導(dǎo)電性能沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)．

因此，需要降低藥品的實(shí)驗(yàn)濃度繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)參考某紙廠的NaCl用量為紙質(zhì)量的0.09%，故而選取藥品添加量范圍在1‰(占絕干紙頁(yè)質(zhì)量)作繼續(xù)實(shí)驗(yàn)．

2.2 低濃度NaCl、CaCl2和AZO對(duì)紙頁(yè)導(dǎo)電性能影響探究

分別選取0.5‰、0.75‰、1‰和1.5‰4個(gè)添加量的3種藥品做繼續(xù)探究，具體實(shí)驗(yàn)操作同上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2．

表2 低濃度 NaCl、CaCl2和AZO紙樣的電阻值

本批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均高于前一組對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這說(shuō)明藥品在降低濃度之后，藥品添加量依然是改善紙頁(yè)電性能的一項(xiàng)非常重要的因素，但這種影響并非呈線性關(guān)系，其中CaCl2減小幅度最小，NaCl和AZO的變化幅度較大；在不同濃度比較中，同種藥品對(duì)紙頁(yè)的電性能影響沒(méi)有隨著添加量的提高而呈現(xiàn)線性降低，可能是因?yàn)楸窘M實(shí)驗(yàn)濃度跨度比較小，不足以出現(xiàn)比較明顯的趨勢(shì)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)誤差也對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的影響．從兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，三種藥品的加入對(duì)紙頁(yè)的導(dǎo)電性能都有明顯的提升，其中添加量AZO的效果最好；當(dāng)藥品單獨(dú)使用時(shí)，少量的添加對(duì)紙頁(yè)導(dǎo)電性能即可有明顯的降低效果，紙頁(yè)電阻至少降低200 kΩ，但增加用量并不能成線性地降低紙頁(yè)的電阻，當(dāng)添加量逐漸增大時(shí)這種趨勢(shì)變緩．

2.3 正交實(shí)驗(yàn)

綜合以上分析，少用量多組合的混合添加可能對(duì)紙頁(yè)導(dǎo)電性能有待探究．選取NaCl添加量0.2‰、0.3‰和0.4‰，和0.5‰，CaCl2添加量0.1 ‰、0.3‰和0.5‰與AZO添加量0.1‰、0.2‰和0.3‰做三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3．

表3 正交實(shí)驗(yàn)表

從表3中可以看出，當(dāng)添加量減小到千分之?dāng)?shù)量級(jí)時(shí)，NaCl對(duì)紙頁(yè)的導(dǎo)電性能影響最為顯著，AZO和 CaCl2的影響次之，測(cè)得紙樣中電阻最低達(dá)到450 kΩ，相對(duì)原紙1 120 kΩ有了顯著的降低，相較表前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出3種藥品存在協(xié)同作用，從優(yōu)方案可以看出當(dāng)添加量NaCl在0.3‰、CaCl2在0.1 ‰和AZO 在0.1 ‰的組合添加時(shí)對(duì)紙頁(yè)導(dǎo)電性能最好．NaCl的導(dǎo)電性能影響已經(jīng)超過(guò)AZO，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因與這兩種物質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)理有關(guān)，NaCl依靠在水中電離來(lái)表現(xiàn)出其導(dǎo)電性能，AZO并不是依賴(lài)于水，而是通過(guò)自身空余的自由電子來(lái)實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電性能，在添加量同時(shí)降低時(shí)，由于返濕的蒸餾水沒(méi)有減少，則NaCl可以充分的電離，其導(dǎo)電效果也會(huì)更好．AZO與其他兩種藥品導(dǎo)電機(jī)理的不同也可能是其產(chǎn)生協(xié)同作用的原因之一．

3 結(jié)論

1)少量的藥品添加量即對(duì)紙頁(yè)的電性能有明顯的效果，但添加量太大并不能明顯提升紙頁(yè)的導(dǎo)電性能，而是隨添加量的提高，緩慢提高導(dǎo)電性，其中AZO型導(dǎo)電粉在改善紙頁(yè)電性能方面有顯著的效果，且明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的NaCl和CaCl2等藥品；

2)3種藥品同時(shí)使用時(shí)存在協(xié)同作用，當(dāng)藥品添加量NaCl在0.3‰、CaCl2在0.1 ‰和AZO 在0.1 ‰的組合添加時(shí)對(duì)紙頁(yè)導(dǎo)電性能提升最為突出，紙樣的電阻由原來(lái)的1 120 kΩ降低到450 kΩ以下．

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