非纖維添加物質(zhì)應(yīng)用－4

1、第三章 非纖維添加物質(zhì)的應(yīng)用（四）1造紙化學(xué)助劑一、化學(xué)助劑在現(xiàn)代造紙工業(yè)中的作用 上個世紀末世界紙與紙板的產(chǎn)量已達30101萬噸，紙漿產(chǎn)量達17553萬噸。 我國造紙產(chǎn)量到上個世紀末已達到3000萬噸。居世界第三位。但是，我國的紙和紙板的人均消費量僅為29公斤，與世界平均消費水平（52公斤）相比還有較大的差距，與發(fā)達國家（美國人均消費量為335公斤）的差距則更大。 2 在21世紀，資源、能源和環(huán)境仍然是世界造紙工業(yè)面臨的三個主要問題，因而要使造紙工業(yè)得以持續(xù)發(fā)展，就必須解決好這些問題。從目前世界造紙工業(yè)的實際情況看，采用造紙化學(xué)助劑無疑是比較快捷和行之有效的途徑之一。雖然制漿造紙化學(xué)助劑的用

2、量只占紙張總量的12，但對造紙的質(zhì)量和成本起著非常重要的作用。在現(xiàn)代造紙工業(yè)中，化學(xué)助劑的作用幾乎可以說是無處不在。3二、造紙化學(xué)助劑的分類造紙化學(xué)助劑 過程助劑用于優(yōu)化造紙過程操作的化學(xué)助劑。 功能助劑賦予紙頁特殊功能和提高紙頁性能的化學(xué)助劑。4造紙助劑 過程助劑 助留劑 助濾劑 成形助劑 消泡劑 樹脂障礙控制劑 功能助劑 施膠劑 增強劑 紙用染料、增白劑 特殊功能助劑5使用助劑的目的和作用1、提高生產(chǎn)效率 如適應(yīng)紙機車速的提高快速脫水，使用助濾劑等。62、改進質(zhì)量，賦予紙頁特殊性能 如水泥袋紙等，加干強劑。 餐巾紙等，加柔軟劑。 照相紙、廣告紙等，加濕強劑。 3、減少流失、節(jié)約原材料 如在

3、紙頁中加入助留劑、絮凝劑等可以提高填料和細小纖維的留著。并可以減少白水的污染負荷。74、消除生產(chǎn)障礙 如用樹脂控制劑，可消除亞硫酸鹽木漿和機械木漿生產(chǎn)中的樹脂障礙。 采用防腐劑，可消除夏季在漿、白水流線上出現(xiàn)的腐漿現(xiàn)象。 5、改進生產(chǎn)操作 如使用毛毯清潔劑，保持毛毯的透氣性和濾水性。 8三、 干強劑（一）干強劑的作用 提高紙頁的強度性能。如可以用草漿、闊葉木漿、廢紙漿等，代替針葉木漿生產(chǎn)高級紙種等。 這對我們這個非木材造紙原料較為豐富的國家來說，具有重要的經(jīng)濟價值和現(xiàn)實意義。9（二）常用的干強劑種類三大類：1、天然動植物膠 （明膠、桃膠、原淀粉和改性淀粉）2、合成樹脂 （聚丙烯酰胺、丙稀酰胺與

4、丙烯酸共聚 物、聚乙烯醇、脲醛樹脂、酚醛樹脂等）3、水溶性纖維素衍生物類 （甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙 基纖維素等）10淀粉直鏈淀粉（上圖） 支鏈淀粉（下圖）11聚丙烯酰胺造紙過程用得最多的一種多功能添加劑。 作為干強劑用的聚丙烯酰胺，其分子量乙接近纖維素的分子量（10100萬）為宜。電荷特性也以接近纖維的表面電荷為好。 作干強劑時的常用量為0.10.5，最高量為1。12（三）干強劑的增強機理 影響紙頁強度的四個主要因素： 單根纖維的強度； 纖維間的結(jié)合強度； 纖維間的結(jié)合面積； 纖維的分布狀況，即紙頁成形勻度。13干強劑的增強機理 干強劑能有效地增加纖維之間的結(jié)合強度。 如淀粉的自由葡萄

5、糖羥基參與了纖維表面纖維素分子的氫鍵的形成，因此淀粉的加入增加了纖維間結(jié)合面上的氫鍵數(shù)量，從而增加了纖維間的內(nèi)部結(jié)合強度。 一般認為，增加的纖維結(jié)合力一般不會影響單根纖維的強度。14四、濕強劑（一）紙的濕強度 一般的紙在完全被水浸透后，幾乎完全失去了強度。其中未經(jīng)施膠的紙只能保留原有干紙強度的27%，經(jīng)高度施膠的紙也只能保留1012%。 紙的濕強度是指其被水完全浸濕或飽和后，仍能保持的強度。15（二）濕強劑及其作用 濕強劑是使紙頁在被水浸泡飽和后，紙頁仍能保持一定強度的化學(xué)助劑。 在一般情況下，加入濕強劑的紙頁的濕強度可以保留干紙強度的2050。16（三）常用濕強劑種類1、酸熟化熱固性濕強樹脂

6、 （脲醛樹脂UF、 三聚氰胺甲醛 樹脂MF、聚乙烯亞胺PEI等）2、堿熟化熱固性濕強樹脂 （聚酰環(huán)氧樹脂PAE）3、其他濕增強劑 (聚胺樹脂PA、合成膠乳PEL等)17（四）紙頁強度的喪失 濕紙幅經(jīng)脫水干燥后，產(chǎn)生了大量的內(nèi)部纖維鍵合。由于氫鍵在內(nèi)部纖維鍵合中起著重要的作用，紙幅也因此獲得最大的強度。 當(dāng)紙頁與水接觸以及纖維纖維間結(jié)合被水纖維間鍵合取代后，紙頁將失去其結(jié)合強度。 18（五）濕強劑的增強機理1、保護原有的纖維間的結(jié)合。該機理認為，濕強劑在纖維周圍形成一個交錯的鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻止纖維的吸水潤漲以保持原有的纖維間的氫鍵結(jié)合。 2、產(chǎn)生新的抗水纖維結(jié)合鍵。該機理認為，濕強劑與紙漿纖維交

7、聯(lián)形成了新的共價鍵、氫鍵等抗水結(jié)合鍵，從而增加了纖維結(jié)合強度。 在實際應(yīng)用中，濕強劑的增強是通過上述兩種機理的綜合作用來體現(xiàn)的。 19五、助留助濾劑（一）助留和助濾作用 助留是提高填料和細小纖維的留著，助濾是改善濾水性能，提高脫水速率。多數(shù)情況下助留和助濾是同時進行的。 20助留和助濾的目的1、提高填料和細小纖維的留著率，減少 流失，改善白水循環(huán)，減少污染。2、改善紙頁的兩面性，提高紙頁的印刷 性能。3、提高網(wǎng)部脫水能力，從而適應(yīng)紙機車 速的提高。21（二）助留、助濾劑的應(yīng)用常用助留、助濾劑的種類1. 無機鹽類 主要有硫酸鋁、聚合氯化鋁和氯化鈣，其中硫酸鋁是用量最大。在造紙逐步轉(zhuǎn)向中性抄造的現(xiàn)

8、階段，硫酸鋁的消費量雖然正在逐年減少，但仍不失為一種主要的助留劑。22常用助留、助濾劑的種類2. 天然有機聚合物類 主要有陽離子淀粉、陽離子瓜豆膠和殼聚糖等，其中陽離子淀粉是用量較大的一種，它對促進全程留著率和細小組分留著率均有重要的作用。23常用助留、助濾劑的種類3. 高分子聚合物類 可分為非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性型等四類。其代表是聚丙烯酰胺類聚合物。由于聚丙烯（PAM）酰胺價格低廉及其改性產(chǎn)品的研制，使其成為有機高分子電解質(zhì)的主要品種。 此外，還有聚胺(PA)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚酰胺(PPE)和聚環(huán)氧乙烷(PEO)等。 24（三）助留機理1、電荷中和 紙漿和大多數(shù)填料具有負

9、電荷表面，加入陽離子助留劑后，減少了纖維與填料之間的排斥力，從而得到了較好的吸附和留著。 25助留機理2、鑲嵌機理（補丁機理 Patching） 陽離子型聚合物的強陽電荷搶先吸附部分細小組分，形成局部區(qū)域陽電荷性，這些區(qū)域再吸附帶陰電荷的細小組分，從而產(chǎn)生鑲嵌留著。26助留機理3、橋聯(lián)機理（Bridging Flocculation） 具有足夠鏈長的高分子聚合物，可再纖維、填料粒子等空隙間架橋，并形成凝聚。27（四）助 濾 機 理1、電荷中和 陽離子型助留助濾劑能降低纖維、填料等的表面電荷，致使纖維和填料中充滿水的結(jié)構(gòu)受到破壞，使其表面定向排列的水分子被擾亂而容易釋放出來。2、凝結(jié)與絮聚 陽離

10、子型助留助濾劑能促進纖維和填料凝聚，使纖維和填料的比表面積降低而加速了脫水作用。28（五）常用主流助濾體系雙組分體29微粒子體系30（六）助留助濾的測試動態(tài)濾水分析儀31動態(tài)濾水儀（DDJ）32運動帶式濾水分析儀33紙機的助留助濾劑添加系統(tǒng)34六、消泡劑（一）泡沫的產(chǎn)生 當(dāng)使用洗滌不良的紙漿或不合理的施膠、再酸性系統(tǒng)中使用堿性填料等，均會造成紙料中產(chǎn)生泡沫，對生產(chǎn)操作和紙頁質(zhì)量造成不良影響。35（二）紙漿中氣泡的危害降低濾水速度、造成紙頁針眼36（三）消泡劑種類1、溶劑型消泡劑 由單一的溶劑組成。如煤油、柴油、汽油及烴類油等石油產(chǎn)品。 這類消泡劑比水輕，非表面活性，不溶于水，只能存在于液面上并

11、擴展成新的表面，使泡沫破裂而消失。但是對紙料里面或纖維表面的氣泡無效。 并容易再紙面上形成污點。 37消泡劑種類2、油型消泡劑和乳液型消泡劑 這兩種類型的消泡劑既能消除紙料表面的泡沫，又能除去紙料里面的泡沫。在組成上要復(fù)雜一些。 是由止泡劑、載體、乳化擴散劑、聯(lián)結(jié)穩(wěn)定劑等組成。用油類作載體的稱為油型消泡劑；用水作載體的稱為乳液型消泡劑。38消泡劑的消泡機理39七、防腐劑（一）腐漿的形成 由于漿料中含有豐富的碳水化合物和蛋白質(zhì)等養(yǎng)料物質(zhì)，尤其在炎熱的季節(jié)和溫暖潮濕的條件下，細菌繁殖更為迅速。在紙料和白水流經(jīng)的各種設(shè)備和管線中，如不經(jīng)常清洗，極易產(chǎn)生腐漿。 腐漿落入漿料中會引起紙頁的斷頭或產(chǎn)生紙病

12、等。40 紙漿中的細菌 尖孢真菌的絲狀結(jié)構(gòu)41 紙漿中的細菌 酵母菌的球狀結(jié)構(gòu)42（二）防腐劑的作用防腐劑抑制細菌生長的機理主要是：1、使養(yǎng)料物質(zhì)的蛋白質(zhì)變質(zhì)2、干擾細菌的細胞膜3、干擾細菌的遺傳機制4、干擾細菌細胞內(nèi)部酶的活力43（三）防腐劑的類型1、有機金屬化合物2、氯酚衍生物類3、氧化劑和還原劑4、有機溴化物和含有硫化物、氫硫基以 及苯并咪唑、苯并噻唑等基團的有機 化合物。44（四）防腐劑的選用對防腐劑的要求1、高效，有較高的殺菌能力和較低的抑菌濃度，一般抑菌濃度為1530ppm，殺菌濃度為50100ppm。2、低毒，易分解，排放后經(jīng)一段時間或在某一特定的pH值范圍內(nèi)會自行分解。3、有一定的水溶性，最好使液體，能直接稀釋使用。45防腐劑的選用1、對食品用紙