造紙濕部化學(xué)與特種紙

1、造紙濕部化學(xué)與特種紙?jiān)旒垵癫炕瘜W(xué)與特種紙孫中華現(xiàn)代制漿造紙工程流程圖現(xiàn)代制漿造紙工程流程圖制漿造紙工序中-造紙濕部化學(xué)1、制漿-纖維素分離：原料的選擇蒸煮分離纖維（堿溶出木素-黑液-堿回收）洗滌漂白（漂白劑繼續(xù)脫木素-漂白廢水有危害（二惡英）-中段水處理排放-部分回用）洗滌篩選濃縮自用（濕漿）或者抄成漿板貯存（銷售）。2、抄紙-纖維素加助劑再組裝：散漿除雜質(zhì)精漿打漿添加各種助劑（濕部化學(xué)-纖維與助劑反應(yīng)）紙料的混合紙料的流送流漿箱（headbox or flowbox）網(wǎng)部壓榨部干燥部表面施膠干燥壓光卷曲成紙。3、涂布-紙面的涂飾（化妝）：涂布原紙涂布機(jī)涂布干燥卷曲再卷超級(jí)壓光。4、或改性（如

2、用氯化鋅浸漬-鋼紙、用濃硫酸浸漬羊皮紙-電報(bào)條、描圖紙）：原紙浸漬加工干燥卷曲再卷。5、再加工（如衛(wèi)生紙或卷煙紙）：復(fù)卷裁切平板（或卷筒） 分選包裝入庫。纖維和紙中其它成分的留著和結(jié)合顯得越來越重要，纖維和紙中其它成分的留著和結(jié)合顯得越來越重要，甚至可以說沒有造紙濕部化學(xué)品的應(yīng)用，當(dāng)代紙機(jī)抄甚至可以說沒有造紙濕部化學(xué)品的應(yīng)用，當(dāng)代紙機(jī)抄不出合格的紙張，即使抄出，成本過高，因而造紙濕不出合格的紙張，即使抄出，成本過高，因而造紙濕部化學(xué)起著越來越重要的作用。部化學(xué)起著越來越重要的作用。 There are two main approaches to the process by which pa

3、per is made: mechanical and chemical造紙濕部化學(xué)的重要性VacuumProcess waterPress rollsMoving screen (“wire”)Paper(to be dried)Fiber suspension造紙濕部化學(xué)：研究體系中化學(xué)品之間的造紙濕部化學(xué)：研究體系中化學(xué)品之間的反應(yīng)及其對(duì)造紙過程和紙頁性能的影響反應(yīng)及其對(duì)造紙過程和紙頁性能的影響v懸浮物質(zhì)：纖維、細(xì)小組分懸浮物質(zhì)：纖維、細(xì)小組分( (細(xì)小纖維、填料、膠體物質(zhì)細(xì)小纖維、填料、膠體物質(zhì)) )v溶解物質(zhì)：各種電解質(zhì)和聚合電解質(zhì)溶解物質(zhì)：各種電解質(zhì)和聚合電解質(zhì)v表面活性物質(zhì)：分散

4、劑，消泡劑，清洗劑表面活性物質(zhì)：分散劑，消泡劑，清洗劑, , 木質(zhì)抽提物，木質(zhì)抽提物，v水水濕部化學(xué)功能濕部化學(xué)功能一切你看不見，但你又確實(shí)看得到它們?cè)谟绊懼埖馁|(zhì)量及紙機(jī)的一切你看不見，但你又確實(shí)看得到它們?cè)谟绊懼埖馁|(zhì)量及紙機(jī)的運(yùn)行性能。運(yùn)行性能。紙性紙性Structural formation 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)成形成形Mechanical strength 機(jī)械機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)度Appearance optical 外觀外觀光學(xué)光學(xué)Barrier & Resistance sizing 抗液體滲透抗液體滲透施膠施膠Permanence stability 形穩(wěn)性（尺寸穩(wěn)定性）形穩(wěn)性（尺寸穩(wěn)定性

5、）運(yùn)行性提高運(yùn)行性提高M(jìn)achine Efficiency 紙機(jī)效率紙機(jī)效率Drainage speed 濾水速度濾水速度Foaming 泡沫泡沫Spots, Holes & Deposits 斑點(diǎn)、針眼、沉積斑點(diǎn)、針眼、沉積制漿造紙工業(yè)仍面臨著的突出問題: 能源、原料和污染能源、原料和污染 為解決以上問題必須使用助劑為解決以上問題必須使用助劑l用低質(zhì)量的漿料生產(chǎn)出高強(qiáng)度高質(zhì)量用低質(zhì)量的漿料生產(chǎn)出高強(qiáng)度高質(zhì)量的紙張的紙張l節(jié)約資源節(jié)約資源,減少漿耗減少漿耗,減少排水處理負(fù)荷減少排水處理負(fù)荷l在高速抄造下，力爭(zhēng)提高漿中微細(xì)組在高速抄造下，力爭(zhēng)提高漿中微細(xì)組分的留著，同時(shí)又要盡量強(qiáng)化紙機(jī)濕

6、分的留著，同時(shí)又要盡量強(qiáng)化紙機(jī)濕部脫水部脫水 為解決以上問題必須使用助劑為解決以上問題必須使用助劑!造紙化學(xué)品分類造紙化學(xué)品分類制漿制漿/ 脫墨化學(xué)品脫墨化學(xué)品過程化學(xué)品過程化學(xué)品功能化學(xué)品功能化學(xué)品涂布加工用化學(xué)品涂布加工用化學(xué)品水處理化學(xué)品水處理化學(xué)品造紙化學(xué)品 造造紙紙濕濕部部助助劑劑 過程助劑過程助劑 助留劑助留劑 助濾劑助濾劑 成形助劑成形助劑 消泡劑消泡劑 樹脂障礙控制劑樹脂障礙控制劑 功能助劑功能助劑 施膠劑施膠劑 增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑 紙用染料、增白劑紙用染料、增白劑 特殊功能助劑特殊功能助劑全球領(lǐng)先的制漿造紙化學(xué)品公司全球領(lǐng)先的制漿造紙化學(xué)品公司產(chǎn)品品種產(chǎn)品品種主要公司主要公司過程化

7、學(xué)品赫克力士、巴克曼實(shí)驗(yàn)室、凱米拉等助留/濾劑依卡、凱米拉、巴斯夫等合成施膠劑赫克力士、拜爾、凱米拉、巴斯夫、依卡等松香施膠劑赫克力士、喬治亞-太平洋、凱米拉、依卡等膠乳粘合劑道化學(xué)、巴斯夫等濕/干強(qiáng)劑赫克力士、巴克曼實(shí)驗(yàn)室、凱米拉等表面施膠劑赫克力士、巴斯夫、依卡等造紙纖維和細(xì)小纖維的基本特造紙纖維和細(xì)小纖維的基本特性及其對(duì)濕部化學(xué)的重要性性及其對(duì)濕部化學(xué)的重要性 許多不同種類的纖維已用于造紙，如許多不同種類的纖維已用于造紙，如礦物礦物纖維、動(dòng)物纖維、合成纖維、植物纖維纖維、動(dòng)物纖維、合成纖維、植物纖維。目前植物纖維是最重要的，其中木材纖維目前植物纖維是最重要的，其中木材纖維的使用量最大。的

8、使用量最大。 A纖維形態(tài) (1)(1)針葉木：針葉木： (2)(2)闊葉木：闊葉木： 纖維的超細(xì)結(jié)構(gòu)纖維的超細(xì)結(jié)構(gòu): : 一木纖維橫斷面的剖面，木纖維的細(xì)胞壁包括許多不同的層：初生壁、S1、S2及S3次生壁、纖維間的胞間層，纖維中間的空洞是細(xì)胞腔。 B纖維化學(xué) 纖維和細(xì)小纖維的許多化學(xué)性質(zhì)是由其化學(xué)組成決定的。木漿纖維中含有纖維素、半纖維素及木素這些存在于細(xì)胞壁中復(fù)雜的混合物。另外，還含有有機(jī)溶劑可溶的樹脂和脂肪(指抽出物)，這些在制漿中未完全除去，它們對(duì)抄紙過程產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 C制漿過程對(duì)纖維的影響制漿過程對(duì)纖維的影響制漿過程會(huì)以多種方式改變木材纖維的化學(xué)制漿過程會(huì)以多種方式改變木材纖維的

9、化學(xué)成分，這主要取決于所使用的方法及漿的得率。成分，這主要取決于所使用的方法及漿的得率。 機(jī)械法制漿機(jī)械法制漿Mechanical pulp 化學(xué)制漿化學(xué)制漿Chemical pulp 化學(xué)機(jī)械法制漿（半化學(xué)漿）化學(xué)機(jī)械法制漿（半化學(xué)漿）Mechanical and chemical pulp：純度和強(qiáng)度比機(jī)械漿要高，而漿得率又高于化學(xué)紙漿！純度和強(qiáng)度比機(jī)械漿要高，而漿得率又高于化學(xué)紙漿！細(xì)小纖維 定義：紙料組分中能通過200目（或相當(dāng)于直徑76m的小孔）篩的可被光學(xué)顯微鏡看到的所有粒子 (fines)。 原生細(xì)小纖維（Primary fines） 二次細(xì)小纖維（Secondary fines

10、） 三次細(xì)小纖維（Tertiary fines）細(xì)小纖維對(duì)紙機(jī)濕部運(yùn)轉(zhuǎn)性能和紙頁性質(zhì)的影響 明顯降低紙料的明顯降低紙料的濾水性能濾水性能。 留著性能差，易留著性能差，易隨白水循環(huán)積累，影響到紙機(jī)的隨白水循環(huán)積累，影響到紙機(jī)的清清潔程度和運(yùn)轉(zhuǎn)性能潔程度和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。 細(xì)小纖維對(duì)紙頁性質(zhì)的直接影響：光散射系數(shù)、紙細(xì)小纖維對(duì)紙頁性質(zhì)的直接影響：光散射系數(shù)、紙張強(qiáng)度、發(fā)脆。張強(qiáng)度、發(fā)脆。 降低各種助劑的使用效能。降低各種助劑的使用效能。填料填料礦物填料礦物填料: 屬經(jīng)濟(jì)類填料，加填既可改善紙張屬經(jīng)濟(jì)類填料，加填既可改善紙張 的性能，也可降低紙張的成本的性能，也可降低紙張的成本 特殊填料特殊填料：屬于技術(shù)

11、填料，采用特殊填料加填：屬于技術(shù)填料，采用特殊填料加填的主要目的不是降低成本，而是利用填料改善的主要目的不是降低成本，而是利用填料改善紙張的某些性能紙張的某些性能 。礦物填料礦物填料（1 1）白土（高嶺土）白土（高嶺土）（2 2）滑石粉）滑石粉（3 3）碳酸鈣：）碳酸鈣： 研磨碳酸鈣（研磨碳酸鈣（grinding calcium carbonate，GCC ） 沉淀碳酸鈣沉淀碳酸鈣 (precipitated calcium carbonate, PCC)特殊填料特殊填料 包括結(jié)構(gòu)合成硅酸鹽、二氧化鈦、氫氧化包括結(jié)構(gòu)合成硅酸鹽、二氧化鈦、氫氧化鋁和一些有機(jī)顏料。鋁和一些有機(jī)顏料。填料填料光散射

12、系數(shù)光散射系數(shù) cm2/g高嶺土填料高嶺土填料1100-1200鍛燒高嶺土鍛燒高嶺土2600-3000研磨碳酸鈣研磨碳酸鈣1400-1700沉淀碳酸鈣沉淀碳酸鈣2200-2700二氧化鈦二氧化鈦4500-6000漂白化學(xué)漿漂白化學(xué)漿220-350機(jī)械漿機(jī)械漿500-750加填對(duì)漿內(nèi)施膠的影響加填對(duì)漿內(nèi)施膠的影響 不論采用何種施膠劑和施膠方法，加填總不論采用何種施膠劑和施膠方法，加填總是降低施膠效果是降低施膠效果 。 原因：原因：對(duì)施膠劑的吸附作用遠(yuǎn)大于纖維對(duì)施膠劑的吸附作用遠(yuǎn)大于纖維（1）填料易流失）填料易流失（2）大部分施膠劑要通過與纖維的反應(yīng)固著）大部分施膠劑要通過與纖維的反應(yīng)固著 到纖維

13、上才能產(chǎn)生施膠作用到纖維上才能產(chǎn)生施膠作用 造紙過程干擾物造紙過程干擾物n干擾物有時(shí)指“陰離子雜質(zhì)”或“陽離子電荷需求量”。它是由一些膠體和可溶物組成（DCS-dissolved and colloidal substances)。干擾物的來源和類型干擾物的來源和類型 l來自紙漿來自紙漿，如木素衍生物、半纖維素、脂肪，如木素衍生物、半纖維素、脂肪酸、膠粘劑、膠乳、淀粉等；酸、膠粘劑、膠乳、淀粉等；l來自陰離子助劑來自陰離子助劑，如淀粉、，如淀粉、CMC、有機(jī)酸、有機(jī)酸、染料、殺菌劑等染料、殺菌劑等 l來自填料分散劑來自填料分散劑，如聚磷酸鹽、聚丙烯酸酯、，如聚磷酸鹽、聚丙烯酸酯、殺菌劑等殺菌劑

14、等 l來自清水來自清水，如腐殖酸、表面活性劑、殺菌劑，如腐殖酸、表面活性劑、殺菌劑等等 。但大部分有害干擾物來自紙漿懸浮液但大部分有害干擾物來自紙漿懸浮液 。干擾物的處理干擾物的處理n一般處理方法是在加入其它一般處理方法是在加入其它陽離子化學(xué)添陽離子化學(xué)添加劑加劑之前用可中和電荷的試劑去中和它們，之前用可中和電荷的試劑去中和它們，如用明礬、聚合氯化鋁或低分子量如用明礬、聚合氯化鋁或低分子量 、高電、高電荷密度的陽離子聚合物。荷密度的陽離子聚合物。解決陰離子干擾物問題的途徑解決陰離子干擾物問題的途徑 l最佳途徑是最佳途徑是減少或避免陰離子干擾物的出現(xiàn)減少或避免陰離子干擾物的出現(xiàn)，如，（如，（1

15、1）優(yōu)化制漿工藝，尤其是控制漂白終點(diǎn)）優(yōu)化制漿工藝，尤其是控制漂白終點(diǎn)pHpH值和漂損，（值和漂損，（2 2）強(qiáng)化紙漿的洗滌；（）強(qiáng)化紙漿的洗滌；（3 3）縮）縮短紙漿在堿性條件下和高溫階段的貯存時(shí)間；短紙漿在堿性條件下和高溫階段的貯存時(shí)間；（4 4）提高紙料中各組分的留著率；（）提高紙料中各組分的留著率；（5 5）對(duì)白）對(duì)白水進(jìn)行處理。水進(jìn)行處理。 根據(jù)其來源和性質(zhì)，大致可分為：樹脂根據(jù)其來源和性質(zhì)，大致可分為：樹脂（pitchpitch）、膠黏物（）、膠黏物（stickesstickes）、塵粒（）、塵粒（dirt dirt particlesparticles）、白樹脂（）、白樹脂（wh

16、ite pitchwhite pitch）和涂）和涂布損紙沉積物（布損紙沉積物（coating broke depositscoating broke deposits）等。等。樹脂與沉積物樹脂與沉積物樹脂與沉積物的危害樹脂與沉積物的危害 樹脂和沉積物既可沉積到設(shè)備表面，也可樹脂和沉積物既可沉積到設(shè)備表面，也可在聚結(jié)后返回漿中，并隨后留著紙頁中，其對(duì)在聚結(jié)后返回漿中，并隨后留著紙頁中，其對(duì)造紙過程的危害也就主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一造紙過程的危害也就主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是沉積到紙機(jī)部件上是沉積到紙機(jī)部件上降低紙機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能降低紙機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，二，二是沉積到紙頁中是沉積到紙頁中影響紙張質(zhì)量影響紙張

17、質(zhì)量。 樹脂障礙的濕部控制方法樹脂障礙的濕部控制方法 l降低降低樹脂與沉積物的樹脂與沉積物的粘性粘性，防止其聚結(jié)和沉積，防止其聚結(jié)和沉積在設(shè)備表面；在設(shè)備表面； l利用固著劑將樹脂和膠黏物等利用固著劑將樹脂和膠黏物等固著在纖維上固著在纖維上，隨紙頁將其帶出抄紙系統(tǒng)隨紙頁將其帶出抄紙系統(tǒng) ；l將樹脂和膠黏物等將樹脂和膠黏物等分散分散成極細(xì)的顆粒，防止沉成極細(xì)的顆粒，防止沉積物的形成；積物的形成； 增干強(qiáng)劑增干強(qiáng)劑干增強(qiáng)劑的分類及主要品種干增強(qiáng)劑的分類及主要品種 ：l天然聚合物：淀粉及其改性物、殼聚糖及其改性天然聚合物：淀粉及其改性物、殼聚糖及其改性物、植物膠等物、植物膠等 。l合成聚合物：聚丙烯

18、酰胺、乙二醛等合成聚合物：聚丙烯酰胺、乙二醛等 。干強(qiáng)劑的增強(qiáng)機(jī)理干強(qiáng)劑的增強(qiáng)機(jī)理至少有以下三種至少有以下三種：l提高纖維間的結(jié)合提高纖維間的結(jié)合 ：氫鍵，羥基、胺基與纖維表面羥基：氫鍵，羥基、胺基與纖維表面羥基形成氫鍵結(jié)合，增加氫鍵的數(shù)目；靜電吸附結(jié)合：陽離子形成氫鍵結(jié)合，增加氫鍵的數(shù)目；靜電吸附結(jié)合：陽離子基團(tuán)與纖維上陰離子基團(tuán)之間，陰離子基團(tuán)通過鋁離子與基團(tuán)與纖維上陰離子基團(tuán)之間，陰離子基團(tuán)通過鋁離子與纖維形成靜電結(jié)合等。纖維形成靜電結(jié)合等。l提高纖維分布均勻性，減少紙頁的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象提高纖維分布均勻性，減少紙頁的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象：由：由此使纖維更加均勻地結(jié)合，導(dǎo)致纖維間及纖維與高分

19、子之此使纖維更加均勻地結(jié)合，導(dǎo)致纖維間及纖維與高分子之間結(jié)合點(diǎn)增加，從而提高干強(qiáng)度。間結(jié)合點(diǎn)增加，從而提高干強(qiáng)度。l使紙頁纖維結(jié)合到一起：分子柔韌，增加結(jié)合面積使紙頁纖維結(jié)合到一起：分子柔韌，增加結(jié)合面積（類似（類似打漿作用）。打漿作用）。 淀粉類干增強(qiáng)劑淀粉類干增強(qiáng)劑 （1）陽離子淀粉（2）兩性及多元變性淀粉（3）接枝共聚淀粉 聚丙烯酸胺類增強(qiáng)劑聚丙烯酸胺類增強(qiáng)劑陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)陽離子聚丙烯酰胺(PAM)兩性聚丙烯酰胺兩性聚丙烯酰胺與纖維的結(jié)合方式兩性聚丙烯酰胺與纖維的結(jié)合方式 殼聚糖殼聚糖增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑水溶性植物膠水溶性植物膠- -槐豆膠、瓜爾膠槐豆膠、瓜爾膠 濕增強(qiáng)劑濕增強(qiáng)劑

20、 脲醛樹脂脲醛樹脂 (UF)(UF)三聚氰胺甲醛樹脂三聚氰胺甲醛樹脂(MF)(MF)聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷樹脂聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷樹脂(PAE) (PAE) 聚乙烯亞胺聚乙烯亞胺(PEI) (PEI) 環(huán)境友好濕強(qiáng)劑環(huán)境友好濕強(qiáng)劑- -聚羧酸類聚羧酸類/ /戊二醛戊二醛殼聚糖類殼聚糖類施膠劑施膠劑（一）施膠的目的（一）施膠的目的 賦予紙頁抗墨水、抗油、抗血、抗水和水汽浸賦予紙頁抗墨水、抗油、抗血、抗水和水汽浸蝕的功能。蝕的功能。（二）（二）施膠（施膠（sizing）定義：在紙料中纖維表面或）定義：在紙料中纖維表面或紙張表面均勻地附著表面自由能低的物質(zhì)，賦予紙張表面均勻地附著表面自由能低的物質(zhì)，賦

21、予紙頁具有抗拒流體滲透性能的過程。紙頁具有抗拒流體滲透性能的過程。 (三）施膠程度（施膠度）三）施膠程度（施膠度） 分為分為重施膠、中度施膠、輕度施膠重施膠、中度施膠、輕度施膠和不施膠。和不施膠。（四）施膠分類（四）施膠分類l 紙內(nèi)施膠（漿內(nèi)施膠）紙內(nèi)施膠（漿內(nèi)施膠）l 紙面施膠（表面施膠）紙面施膠（表面施膠）l 雙重施膠（漿內(nèi)和表面均施膠）雙重施膠（漿內(nèi)和表面均施膠）（五）施膠劑（五）施膠劑l 松香膠類松香膠類（松香膠、強(qiáng)化松香膠和分散松香膠等）（松香膠、強(qiáng)化松香膠和分散松香膠等）l 合成膠合成膠（中性施膠劑（中性施膠劑AKD等）等）l 表面施膠劑表面施膠劑（氧化淀粉、聚乙烯醇、苯丙類、羧甲

22、（氧化淀粉、聚乙烯醇、苯丙類、羧甲基纖維素等）基纖維素等）施膠劑施膠劑 施膠和施膠劑的發(fā)展施膠和施膠劑的發(fā)展 合成膠料的發(fā)展國際上目前采用較多的合合成膠料的發(fā)展國際上目前采用較多的合成施膠劑成施膠劑lAKDAKD（Alkyl Ketene DimersAlkyl Ketene Dimers）烷基烯酮二聚物）烷基烯酮二聚物lASA (Alkyl Succinic Anhydride)ASA (Alkyl Succinic Anhydride)烯基琥珀酸酐烯基琥珀酸酐ASAASA與與AKDAKD的性能比較的性能比較 性能性能 ASAAKD商品形態(tài)商品形態(tài)油狀物油狀物乳液乳液水解與纖維反應(yīng)速度水解與纖維反應(yīng)速度非?？旆浅？?中等中等水解物水解物 引起沉淀，損失施膠引起沉淀，損