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

紙張在抄造過程與設備發生較大的磨擦，導致紙張產生靜電．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]．但經長期使用發現，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量分數分別為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，且明顯優于傳統的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，而是表現出一種無規律的狀態，在各自阻值范圍內上下波動，若忽略實驗誤差等因素，導致這種現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出來．

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

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種藥品做繼續探究，具體實驗操作同上，實驗結果見表2．

表2 低濃度 NaCl、CaCl2和AZO紙樣的電阻值

本批實驗數據均高于前一組對應的實驗數據，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，不足以出現比較明顯的趨勢，同時實驗誤差也對實驗結果有一定的影響．從兩組實驗對比發現，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，相較表前的實驗結果可以看出3種藥品存在協同作用，從優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超過AZO，導致這種現象的原因與這兩種物質的導電機理有關，NaCl依靠在水中電離來表現出其導電性能，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生協同作用的原因之一．

3 結論

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，且明顯優于傳統的NaCl和CaCl2等藥品；

2)3種藥品同時使用時存在協同作用，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：中國輕工業出版社，2003:371.