摻鋁氧化鋅型導電粉在靜電復印紙中的應用

周 揚， 付建生， 萬朝雨， 王 歡

(1 湖北工業(yè)大學制漿造紙學院， 湖北 武漢 430068； 2 湖北工業(yè)大學工程技術學院， 湖北 武漢 430068)

紙張在抄造過程與設備發(fā)生較大的磨擦，導致紙張產(chǎn)生靜電．由于靜電的吸引力使紙頁吸在一起，使紙張在印刷機送紙過程中吸不起頁或吸進夾頁，影響印刷效率，造成紙張損失；在靜電復印時，導致圖像模糊而影響復印效果；有時造成復印機夾紙堵塞現(xiàn)象[1]．解決方法有：1)使用靜電消除器；2)表面膠適當提高食鹽用量[2]．但經(jīng)長期使用發(fā)現(xiàn)，這種加氯化鈉的靜電復印紙在使用時復印效果不是很理想，并且氯化物的長期使用對抄紙設備有一定的腐蝕和磨損．AZO(摻鋁氧化鋅)型納米導電粉[3]克服了以上不足．據(jù)此，本研究試將此種納米級導電粉應用于靜電復印紙中，探究其導電性能，并與傳統(tǒng)的氯化鈉等效果進行比較．

1 實驗

1.1 實驗原料、儀器及藥品的制備

1.1.1實驗原料氧化淀粉，廣西明陽淀粉有限公司；未表面施膠原紙，定量70 g/m2；AZO型導電粉，粒徑30 nm，電阻1.2×105Ω·cm，廣州延瑞化工；氯化鈉、氯化鈣A R ，上海國藥集團．

1.1.2實驗設備線棒涂布器(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 )，北京化工機械有限公司；萬用電表(MF30)，上海第四電表廠等．

1.1.3淀粉溶液的熬制稱取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導電粉溶液的配置分別配置質(zhì)量分數(shù)分別為1%和1‰的3種試樣溶液，AZO導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驗紙頁表面，并將紙頁于105℃下烘干15 min，測量紙頁前后質(zhì)量差，其差值即為實際表面涂布淀粉量，并換算成g/m2，通過實驗確定單面涂布量2 g/m2為最佳．

1.3 實驗紙頁電阻的測定

將計量好的藥品溶液通過移液管準確量取，并將量取的溶液與確定的淀粉溶液均勻混合，然后施于待測紙頁上，再將紙頁在105℃下烘15 min，取出熨平．并將準備完成的紙頁進行裁剪，將恒溫水浴鍋水溫設置在90℃，并將裁剪后待測的紙樣置于恒溫水浴鍋上部并予以固定，通過水蒸氣對紙樣進行返濕15 min，使表面施膠層中加入的鹽電離紙張電阻減小，進而測量潤濕紙樣表面單位長度的電阻，通過阻值來表征紙樣的導電性能．

2 結(jié)果與討論

2.1 NaCl、CaCl2和AZO對紙頁導電性能影響

分別選取0.5%、1%、1.5%和2%(占絕干紙頁重量)4個添加量的3種藥品，并將其結(jié)果與原紙電阻比較，來探索藥品對紙頁電電性能的影響強弱．實驗測得未表面施膠原紙阻值為1 120 kΩ，加入各種藥品的實驗結(jié)果見表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的電阻，其中在藥品添加量相同時，AZO納米導電粉對紙頁電阻的降低程度最為明顯，NaCl次之，CaCl2對紙頁的電阻降低程度最小，說明AZO型導電粉在改善紙頁導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電阻時，并未隨各自相應添加量的提升而增強，而是表現(xiàn)出一種無規(guī)律的狀態(tài)，在各自阻值范圍內(nèi)上下波動，若忽略實驗誤差等因素，導致這種現(xiàn)象的原因可能是本組實驗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，未能達到很好的分散效果，致使部分藥品不是以均勻的形式分散于紙頁表面，而是與淀粉以一定形式膠黏包覆，使得在測量時部分藥品試劑的導電性能沒有顯現(xiàn)出來．

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

2.2 低濃度NaCl、CaCl2和AZO對紙頁導電性能影響探究

分別選取0.5‰、0.75‰、1‰和1.5‰4個添加量的3種藥品做繼續(xù)探究，具體實驗操作同上，實驗結(jié)果見表2．

表2 低濃度 NaCl、CaCl2和AZO紙樣的電阻值

本批實驗數(shù)據(jù)均高于前一組對應的實驗數(shù)據(jù)，這說明藥品在降低濃度之后，藥品添加量依然是改善紙頁電性能的一項非常重要的因素，但這種影響并非呈線性關系，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，同種藥品對紙頁的電性能影響沒有隨著添加量的提高而呈現(xiàn)線性降低，可能是因為本組實驗濃度跨度比較小，不足以出現(xiàn)比較明顯的趨勢，同時實驗誤差也對實驗結(jié)果有一定的影響．從兩組實驗對比發(fā)現(xiàn)，三種藥品的加入對紙頁的導電性能都有明顯的提升，其中添加量AZO的效果最好；當藥品單獨使用時，少量的添加對紙頁導電性能即可有明顯的降低效果，紙頁電阻至少降低200 kΩ，但增加用量并不能成線性地降低紙頁的電阻，當添加量逐漸增大時這種趨勢變緩．

2.3 正交實驗

綜合以上分析，少用量多組合的混合添加可能對紙頁導電性能有待探究．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驗，實驗結(jié)果見表3．

表3 正交實驗表

從表3中可以看出，當添加量減小到千分之數(shù)量級時，NaCl對紙頁的導電性能影響最為顯著，AZO和 CaCl2的影響次之，測得紙樣中電阻最低達到450 kΩ，相對原紙1 120 kΩ有了顯著的降低，相較表前的實驗結(jié)果可以看出3種藥品存在協(xié)同作用，從優(yōu)方案可以看出當添加量NaCl在0.3‰、CaCl2在0.1 ‰和AZO 在0.1 ‰的組合添加時對紙頁導電性能最好．NaCl的導電性能影響已經(jīng)超過AZO，導致這種現(xiàn)象的原因與這兩種物質(zhì)的導電機理有關，NaCl依靠在水中電離來表現(xiàn)出其導電性能，AZO并不是依賴于水，而是通過自身空余的自由電子來實現(xiàn)其導電性能，在添加量同時降低時，由于返濕的蒸餾水沒有減少，則NaCl可以充分的電離，其導電效果也會更好．AZO與其他兩種藥品導電機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紙頁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的導電性能，而是隨添加量的提高，緩慢提高導電性，其中AZO型導電粉在改善紙頁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種藥品同時使用時存在協(xié)同作用，當藥品添加量NaCl在0.3‰、CaCl2在0.1 ‰和AZO 在0.1 ‰的組合添加時對紙頁導電性能提升最為突出，紙樣的電阻由原來的1 120 kΩ降低到450 kΩ以下．

[參考文獻]

[1] 周寶森，劉德山.應用靜電消除器消除紙張靜電[J].紙和造紙，1992(1)：45.

[2] 段愛琴.靜電復印紙質(zhì)量的提高[J].造紙化學品，2011(10)：42-43.

[3] 翟旺建，傅 剛，劉志宇，等. 摻鋁氧化鋅陶瓷靶材的制備及其薄膜的光學性能[J]. 電子元件與材料，2012(3)：31-33.

[4] 石淑蘭，何叔望.制漿造紙分析與檢測[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2003:371.