化學助劑分類:
(1)過程助劑:用於(yú)提高紙機生産效率,提高經濟效益,比如:助留劑、助濾劑、樹脂障礙(ài)控制劑、消泡劑等。
(2)功能助劑:滿足用戶(hù)的特殊需求。比如:施膠劑、幹(gàn)強劑、濕強劑、柔軟劑、增白劑、染料等。
造紙配料一般包括紙漿(jiāng)、填料、膠料、染料和各種濕部助劑(jì)。
幹擾物的來源和類型:
1)來(lái)自紙漿(jiāng)
木素衍生物、半纖維素、脂肪酸、膠黏劑(jì)、膠乳、澱(diàn)粉等。
2)來(lái)自陰離子助劑(jì)
澱(diàn)粉、CMC、有機(jī)酸、染料等。
3)來(lái)自填料分散劑(jì)
聚磷酸鹽、聚丙烯酸鹽、殺(shā)箘劑(jì)等。
4)來(lái)自清水
腐殖酸、表面活性劑(jì)等。
幹擾物質對影響紙張抄造的影響:
1)影響(xiǎng)紙機(jī)運轉
2)影響(xiǎng)助劑(jì)效能
3)影響紙張質量
橋聯絮聚是一種絮聚作用,是造紙組分間(jiān)非常有效而重要的聚集方式。聚合物的分子量不能太高也不能太低。橋聯絮聚體所形成的紙料絮聚體大而疏松,具有一定的抗剪切作用,因此稱(chēng)之硬絮聚體。
橋聯絮聚體一旦被剪切作用破壞,聚合物将以平伏構象吸附在紙料表面,轉而以電(diàn)荷補(bǔ)丁機理引發紙料的絮聚,紙料不能重聚到原來的程度,橋聯絮聚實際上是不可逆的。
Zeta電(diàn)位的大小實際上反映瞭(le)顆粒表面電(diàn)荷的大小。
填料特性:造紙填料是一種顆(kē)粒很小的白色顔料,是紙料除纖維(wéi)之外占比例好大的組分。加入量可占紙料組分的20%~40%。
加填的目的:降低紙張生産(chǎn)成本,且紙張的許多性質需要加填才能達(dá)到,加填成爲紙張生産(chǎn)過程中必不可少的工藝過程。
色料:紙漿由於(yú)脫木素程度的不同可呈白色、微黃色和黃褐色。生産(chǎn)彩紙時,需要利用色料對紙漿染色;生産(chǎn)一般紙張時,也要根據用戶的要求利用色料調整紙張的色調,有時,可使用色料達到光學增白的效果。
加填對紙張性質的有利影響:
1)填料的粒度遠小於(yú)纖維,紙張加入填料後,通過(guò)加填紙頁中纖維間的空隙,可提高紙頁的勻度和表面平滑度。
2)是控制紙張光學性質的主要手段。填料的白度和折射率一般較(jiào)纖維高,且填料粒度小,比表面積(jī)大,加填可提高紙張的不透明度和白度。
3)纖維易於(yú)吸水潤漲,加填後可提高紙張的尺寸穩定性,減少紙張的吸水變(biàn)形。
4)通過加填還可調(diào)整紙張對(duì)油墨的吸收性,增加紙張的适印性等。
加填對紙張性能不利影響:
1)減(jiǎn)少纖維間(jiān)的結合,造紙紙的強度下降。
2)印刷時易掉毛掉粉,會(huì)增加對(duì)紙機的磨蝕。
填料的類型
填料分類(根據填料的來源和使用目的):礦物填料,特殊填料,輔(fǔ)助填料。 1 礦物填料 未經改性高嶺土、滑石粉和碳酸鈣(gài)均屬此類。
1)白土(高嶺(lǐng)土)六邊(biān)形 光澤度
2)滑石粉 柔軟(ruǎn)、疏水、親(qīn)油、平坦 平滑度、不透明度、印刷适性
3)碳酸鈣(gài):可提高紙張的不透明度,增加紙張的吸墨性,成紙柔軟,光澤好,白度高,用於(yú)印刷紙和字典紙。
2 特殊填料
結構(gòu)高嶺土、合成矽(guī)酸鹽、二氧化钛、氫氧化鋁和一些有機顔料。
1)結構高嶺土
提高紙張的光澤度、平滑度和對(duì)纖維的覆蓋(gài)率、白度。
2)合成矽酸鹽
高光散射能力和高吸收性,提高紙(zhǐ)張(zhāng)的适印性。
3)氫氧化鋁
可用作填料,改良紙種的白度,光澤(zé)度、平滑度和适印性,還(hái)具有很好的阻燃效果。
4)二氧化钛
是一種高加填效率的顔(yán)料,具有非常高的折射率和遮蓋(gài)力。
3.輔助填料
石膏、緞(duàn)光白、硫酸鋇(bèi)和硫酸鋅。
石膏有時與碳酸鈣(gài)和高齡土一起用於(yú)紙張的加填。也可與高嶺土一起用於(yú)塗布原料。
影響染色的因素:
1. 漿種 2. 打漿程度 3. 填料 4. pH值 5. 水的硬度 6. 助劑 7. 殺箘劑和消泡劑 8. 接觸時間 9. 加入地點與順序 10. 脫水和留著(zhe) 11. 幹燥溫度 12. 壓光 13. 損紙的影響 14. 紙張水分 15. 殘(cán)氯
膠體聚集引發的紙料聚集機理:
1)硫酸鋁(lǚ),靠電(diàn)中和作用引起紙料組分的凝聚。
2)單(dān)一陽離子聚合物(聚乙烯亞胺)通過電荷補(bǔ)丁機理引起紙料組分的凝聚。
3)在單(dān)一聚合物和雙聚合物助留體系中,高分子聚合物通過橋聯機理引起紙料的絮聚。橋聯機理是紙料留著(zhe)的主要機理。
紙料留著率:
定義(yì):留在紙幅中的物料量與生産(chǎn)加入的物料的百分比。
紙料總留著(zhe)率:進入卷紙機處的紙頁所含物料量與送到紙機濕部的物料量的比率。(對於(yú)白水循環和損紙被充分利用的紙機一般爲95%以上,一般紙機應在90%~95%)
紙料單(dān)程留著(zhe)率(首程留著(zhe)率):離開伏輥的濕紙頁所含物料量與離開流漿箱的物料量的比率。(一般爲20%~90%)
橋聯機理:
高分子量、低電(diàn)荷密度的助留劑(陽離子聚丙烯酰胺)以鏈圈鏈尾形式吸附在紙料顆粒表面,鏈圈鏈尾可伸出顆粒雙電(diàn)層(céng)之外,吸附到另一顆粒表面,在顆粒間架橋而形成大的絮聚體。
影響紙料絮聚的因素:
1)電(diàn)解質濃度 2)陰離子幹(gàn)擾物 3)細小組分 4)剪切作用
施膠作用:
施膠是使紙張獲(huò)得抗拒各種液體滲透的性能,施膠主要是降低紙張表面自由能的工藝過(guò)程。
施膠劑滿足的條件:
1)具有親水(與纖維結(jié)合)和疏水基團(在纖維表面形成疏水層(céng))
2)漿内施膠時,能被纖維表面吸附並(bìng)留著(zhe)(陽離子助留劑)
3)施膠劑粒子均勻分布(調(diào)整膠料濃度、添加點(diǎn)和漿濃)
4)具有定向能力
5)與纖維有較(jiào)強的結(jié)合力
6)對(duì)滲(shèn)透物質的化學惰性
7)對(duì)造紙過(guò)程和紙張性能無不利影響
漿内施膠目的:改良紙張對(duì)液體滲透的抵抗力,紙加工過程中減少對(duì)液體的吸收,或賦(fù)予成品紙憎水性。
常用漿(jiāng)内施膠劑(jì):松香類、AKD、ASA。
正向施膠和逆向施膠的影響:先加分散松香膠後加硫酸鋁等定著(zhe)劑的施膠順序稱(chēng)爲正向施膠,反之是逆向施膠。
陰離子分散松香膠在使用時會産生泡沫,影響施膠效果,採(cǎi)用逆向施膠,可減少配漿過程中的細小泡沫,不影響紙張勻度,並(bìng)減少紙上泡沫點。
在填料存在情況下,採(cǎi)用正向施膠時,填料會(huì)吸附部分施膠劑而影響施膠效果,因此宜採(cǎi)用逆向施膠。
在硬度較大的水質中宜採(cǎi)用逆向施膠(jiāo)。由於(yú)硬水中的鈣(gài)、鎂離子更易於(yú)與松香反應生成不溶於(yú)水的鹽,所以先加硫酸鋁可使松香優先和鋁化合物反應。
廢(fèi)紙中逆向施膠優於(yú)正向施膠。逆向施膠可克服漿中雜質及其他陰離子幹擾物的影響。
高分子聚合物的影響(xiǎng)
烷基烯酮二聚體(AKD)
AKD的大優點(diǎn):可使用碳酸鈣(gài)作填料,提高紙張的白度、不透明度、耐折度、表面強度、耐久性能和印刷性能等
缺點:紙的脆性降低
AKD的施膠機理:AKD的乳液加入漿料中以後,施膠劑粒子分散在漿料中,多個施膠劑粒子形成比較大的絮聚團,這些絮聚團和單(dān)個施膠劑粒子吸附在纖維、填料和細小纖維表面,上網後随著(zhe)這些紙料的留著(zhe)而留著(zhe)在濕紙頁中。此時AKD和纖維的共價鍵還沒有形成。在幹燥部,AKD粒子熔化而在纖維表面擴展開,分子上有反應性的官能團朝向纖維,與纖維形成不可逆的β-酮基;疏水基部分向外,使紙具有抗水性。
烯基琥珀酸酐(ASA)
ASA的施膠機理
在pH值爲5~9的範(fàn)圍内使用,在漿料中ASA可與纖維素直接反應形成酯鍵,使得分子定向排列,碳氫鍵鏈端朝向紙頁外面而賦(fù)予紙頁疏水性。
ASA的反應性很強,留著(zhe)的ASA膠料大部分與纖維在紙機運行中就發生瞭(le)比較快的反應,因此完成施膠所需的時間很短,紙張在紙機上幹燥後即可達到90%的施膠效果,是一種性能優良的中性施膠劑。
ASA除與纖維反應外,在施膠體系中還會發生水解反應生成二元酸,且水解反應比較快,爲瞭(le)控制ASA的水解,乳化後應立即加入硫酸鋁使乳液的pH值降低,保持低溫儲存,並(bìng)使從制備到使用的時間盡可能短。
ASA的使用效果及特點(diǎn):
成紙的平滑度、表面強度明顯提高,但由於(yú)添加抄造高分子助留劑,紙張灰分明顯增加,而裂斷長(zhǎng)、耐折度有所降低;
紙張強度與增強劑:
強度是紙張的一種結構性質,主要取決於(yú)紙頁中纖維間的結合情況和纖維本身的性質。 利用增強劑來改良紙張的強度已經成爲最重要的發(fā)展手段。
增強劑(jì):幹(gàn)增強劑(jì)、濕增強劑(jì)
幹(gàn)增強劑的作用機(jī)理
增強劑的增強機理集中在三個方面:
1)纖維間(jiān)的結合力是影響紙頁強度的最重要的因素。纖維間(jiān)的結合力很多,但主要是氫鍵(jiàn)結合力。
2)幹強劑是纖維的分散劑,能使纖維分布更均勻,可以改良紙頁成形,提供更加均勻的纖維之間的結合,使纖維間與高分子之間結合點(diǎn)增加,從(cóng)而提高幹強度。
3)幹增強劑能夠提高細小纖維留著(zhe)和紙頁濾水,從而改良濕紙頁的固結。 種類:陽離子澱粉、兩性及多元變(biàn)性澱粉、接枝共聚澱粉
濕強産生機理:
保護(hù)機(jī)理:保護(hù)已有的纖維間結合的機(jī)理。
增強機(jī)理: 産(chǎn)生新的、抗水的纖維間鍵合機(jī)理。
濕強劑具有的四個特征:
高聚物、陽離子型、水溶性或水分散型、能形成化學網狀結(jié)構(gòu)
常用的濕增強劑:
1.脲醛樹脂(UF) 2.三聚氰胺樹脂(MF) 3.聚酰胺多胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂(PAE) 4.聚乙烯亞胺(PEI) 5.雙醛澱(diàn)粉(DAS)
影響幹強劑因素:
1)幹(gàn)強劑(jì)性質 2)紙料與填料 3)幹(gàn)強劑(jì)用量 4)添加的位置 5)pH值影響
影響濕強劑因素:
1)樹脂本身 2)纖維 3)化學環(huán)境 4)紙機(jī)條件
根據纖維原料、漿料稀釋、助留助濾劑方面說說如何提高紙業質量?
1)使用各種幹強劑,可大幅度提高纖維間氫鍵結合力,從而顯著提高紙頁的結合強度和主要取決於(yú)纖維間結合強度的一些強度性質,如裂斷長(zhǎng)。
2)用作助留助濾劑的有機聚合電解質也會不同程度地提高纖維間的結合強度,但如果引起紙料中纖維的過度絮聚,導(dǎo)緻紙頁勻度的惡化,不利於(yú)提高紙頁的強度性質。
3)增加填料用量和提高填料留著(zhe)率通常可提高紙頁的平滑度,降低紙頁的透氣(qì)性
4)良好的助留助濾體系不但可提高紙料的留著(zhe)和濾水性能,适應紙機高速化的發展趨勢,還應盡量減少對(duì)紙張勻度和其他物理性能的不利影響。
5)提高纖(xiān)維(wéi)比例
6)降低填料用量
7)在堿(jiǎn)性PH值下抄造,提高濕壓,通過(guò)施膠/塗布。
8)提高打漿(jiāng)度
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