湿部主要化学品特性和应用.ppt

湿部化学品特性及在造纸过程中应用,技术研究所,1,目 录,1,1,填料,施胶剂,增强剂,保留助剂,电量中和剂,染色剂,其它,2,填料(Filler)功用,填料的功能（优点）：-降低抄纸成本（最主要目的）节省纤维 降低汽耗-提高光学性质 白度 不透明度-改善印刷适印性 平滑度 油墨吸收性 改善透印-纸页稳定性 降低伸缩率,3,填料(Filler)缺点,缺点：-阻碍纤维间的结合，降低强度-抄纸消耗品的磨损-有可能诱发印刷时的掉毛掉粉现象-降低留着率、降低施胶度-厚度和挺度会降低,4,填料种类,磨耗值越大，对设备磨损越大折射率越高，越有利用提高不透明度在酸性施胶中不能使用碳酸钙,5,填料GCC与PCC,松厚度要求高的纸（如静电纸）使用轻钙可提高厚度，具有优势,6,进行施胶的目的:给纸页赋于抗水性(纸是亲水性物质),施胶(Sizing),不同接触角下通过毛细管的液体渗透现象,7,施胶剂的排列,憎水基团的表面排列,8,4,5,6,7,8,9,皂化松香胶,阴离子分散松香胶,阳离子分散松香胶,AKD,ASA,酸性施胶剂,近中性施胶剂,碱性施胶剂,纸机 pH,施胶剂pH范围,9,酸性施胶与中性施胶的比较,表面施胶:在施胶部赋于纸页抗水性,10,(酸性施胶三要素)松香矾土 浆料,酸性施胶(松香施胶剂),11,皂化松香直径0.1 30-40%游离松香熔点 140 使用PH值,阴离子分散松香粒径0.5 90-95%游离松香熔点75使用PH值,Al,Al,Al,Al,Al,Al,+,+,+,+,+,+,阳离子松香粒径0.5 95%游离松香熔点75使用PH值,+,+,+,+,+,+,分散松香胶粒径虽大，初期并不象皂化松香一样很好地被分散在纤维上，但他们的低熔点能够使很好地融解并且均匀地流平于纤维表面产生良好的施胶效果。阴离子分散松香胶需要铝离子来保留和定着于纤维上。阳离子分散松香胶特有的阳离子性，并且可以无需铝离子而被保留，但仍需少量的铝离子做定着之用。,松香施胶剂,12,硫酸铝化学特性,13,影响松香施胶因素,PH值 5.06.5（目前普遍使用阳离子松香胶）硫酸铝用量 施胶顺序 先加硫酸铝后加松香留着加填量 超过5%灰分，施胶度随加填量增加下降浆料种类 未漂浆比漂白浆容易施胶；草浆比木浆容易施胶；硫酸 盐木浆比亚硫酸盐浆容易施胶浆料温度 高于30后，施胶逐步下降：松香皂化、铝盐 水解成Al(OH)3 水的硬度 超过200mg/kg，施胶度严重下降干燥温度 8090下干燥，施胶度最高,14,中性施胶剂,15,中性施胶的优缺点,中性施胶:抄纸系统内的 pH呈中性或碱性,16,影响AKD施胶因素,AKD储存 防冻晒，温度不能超过30，一个月能使用AKD 用量 低于0.1%无效果，高于0.4%施胶度下降，一般0.10.25%，重施胶0.250.35%系统PH值 7.58.5造纸原料比表面积 加入系统的AKD大部分被细小纤维、填料等吸附，因此比表面积大、吸附作用强的原料消耗的施胶剂相对较多浆料种类 木浆好于草浆；阔叶木浆好于针叶木浆；化学浆好于机械浆。系统温度 3745系统留着率 加入系统中的 AKD 有70%以上会吸附在填料和细小纤维上，所以要求系统必须有良好的留着率，尤其是填料等细小组分的留着填料加入顺序 先加AKD，后加填料，提高AKD在纤维上的吸附。干燥温度干燥条件 保持45个烘缸温度在120以上，采取高温高速干燥，表面施胶前烘缸处纸张温度及含水率能够达到95及 4%。纸页水分 出压榨水分、进施胶压榨水分、下机水分,17,影响ASA施胶因素,浆料种类 木浆好于草浆；阔叶木浆好于针叶木浆；化学浆好于机械浆细小纤维和填料ASA乳液PH值 干燥温度 渐进式干燥加入点 填料之前，靠近流浆箱淀粉的种类 酸化阳离子淀粉，保持乳液低PH值淀粉与ASA的比例 3:1-4:1 淀粉取代度高，比例低ASA乳液粒径(0.6 及 2.0 um),18,可改善施胶的添加物,保留助剂脱水和干燥助剂阳离子淀粉湿强剂干强剂,19,对施胶不利的添加物,消泡剂 界面活性剂 树脂分散剂,湿润剂 填料-特別是高表面积 油,油乳化液,及润滑油 柔软剂 毛毯清洗剂及其他的清洗剂 氧化剂 当浓度超过 3-4 ppm（自制浆中残氯,双氧水残余）,20,中性施胶表面吸收重量波动分析,浆料配比是否变化、波动自制浆质量是否变化（残氯，双氧水残余）灰分填料是否变化留着率与白水浓度是否变化烘干曲线是否变化消泡剂是否变化施胶剂是否水解克重是否变化,21,中性施胶剂优化,高效,混合均匀,靠近或混合阳离子淀粉/保留助剂,湿段停留时间要尽量短,避免剪切,添加点远离填料和OBA,降低系统阴离子杂质,调节PH值,纸页温度大于100度,避免或少用对AKD不利的化学品 如氧化剂，消泡剂,提高单程留着率,22,主要施胶度检测法,渗透法施胶度(Stckigt)试验-在韩国和日本得到广泛使用-单位:秒.-应用于双胶纸及涂布原纸 卡伯值(Cobb)试验-在一定时间内被纸页吸收的水的重量-单位:g/m2-应用于涂布纸和板纸,23,增强剂-湿强剂,一般纸被水饱和后，只能保留其干强度的210左右，加入湿增强剂后，纸张的湿强度可达到原纸干强度的2040，甚至50。湿强纸：纸张的湿强度在其干强度的15以上的纸张。湿强剂：能使纸张的湿强度提高到原干强度的15上的助剂。,24,湿增强剂特征,必须是高聚物，并有一定的力学强度来保护纤维间结合不受润胀和损坏；必须是阳离子型的，可吸附在带负电荷的纤维上，并达到快速完全地留着；必须是水溶性的或水分散型的，以保证在浆料中分布均匀；必须能形成化学网络结构，反应为热固型，使纸张对水的润胀有一定的抵抗力。,25,常用湿强剂-PAE,PAE是一种在中性、碱性条件下固化的热固性树脂，具有很好的湿强性能，有一定的增干强和助留助滤作用。PAE产生湿强作用需要一定的熟化时间，自然条件下半个月，105下1030min。主要用于要求湿强度的特种纸 吨纸用量超过15kg时损纸需特殊处理，加热加碱蒸煮或使用湿强解离剂有时湿强剂可用于提高施胶有的纸厂生产薄页纸时加入湿强剂提高湿部的运行效率，减少断纸。,26,增强剂干强剂,天然干强剂：改性淀粉 CMC合成干强剂：低分子量聚丙烯酰胺（阴离子、阳离子、两性）淀粉能提高抗张强度10-15%，聚丙烯酰胺干强剂能提高抗张强度20-25%干强剂在提高干强度的同时一般还可以促进施胶，提高保留,27,最常用干强剂天然高分子化合物 不溶于凉水，需要进行加热糊化 冷却时发生老化或者结糊 原淀粉 加热时粘性变高，不易控制 加热后冷却及储存过程中发生老化现象 若降低温度，迅速形成 Gel（凝胶体）因形成Ge(凝胶)l而在水中分离，使淀粉沉淀 淀粉糊移动中，根据Shearing(剪切)情况粘度减少 做粘合剂用的情况下，过高的浓度会出现老化现象，失去流动性变性淀粉-粘度低，结糊（老化）倾向少,增强剂淀粉(Starch),28,淀粉原料:玉米、土豆、木薯 湿部用阳离子或两性淀粉-以提高强度和留着，辅助施胶为目的 表面胶用淀粉-氧化淀粉-改性淀粉-酶改性淀粉,淀粉在造纸行业中的应用,29,各种原淀粉属性 颗形形状和尺寸,淀粉 类型 直径 颗粒形状 胶化温度StarchTypeDiameter(m)ShapeGelatinisation(C)玉米Corn谷Cereal5-26(15)多边形Polygonal62-72(71)蜡玉米Waxy谷Cereal5-26(15)多边形Polygonal63-72(69)木薯Tapioca 根Root5-25(20)截头圆形/圆形Truncated/Round62-73(67)土豆Potato 根Root15-100(33)卵形Oval59-68(60)小麦 Wheat 谷Cereal2-10 e 20-35圆形Round58-64大米Rice 谷Cereal3-8(5)角状Angular68-78(75)高直链High Amylose谷Cereal3-24(12)圆形,伸长Round,Elongated 63-92*西谷米Sago 茎Pith15-65卵形/截头圆形Oval/Truncated-,30,各种原淀粉属性,光学显微镜Lightmicroscope电子显微镜SEM,玉米:多边形,土豆:卵形,小麦圆形,5-26 mm,80 mm,2-10&20-35 mm,80 mm,15-100 mm,80 mm,木薯:圆形或截头圆形,80 mm,5-25 mm,31,淀粉分子聚合度,直链Amylose,支链Amylopectin,淀粉Starch,=,+,CH,2,OH,CH,2,CH,2,OH,1,6-linkage,1,4-linkage,-1,4 linkage and-1,6 linkage,-1,4 linked long chains-1,6 branch points(1/1000)分子量=105-106,-1,4 linked short chains-1,6 branch points(1/25)分子量=107-109,32,各类淀粉中直链和支链的含量,淀粉 直链 支链Starch%Amylose%Amylopectin蜡玉米Waxy99木薯Tapioca1783土豆Potato2080小麦Wheat2575玉米Corn2773大米Rice3070高直链High Amylose55-7045-30直链分子量小，支链分子量大支链比例大，淀粉强度高，糊化后不易老化结皮土豆淀粉分子量大，强度好于木薯强度最好的淀粉为蜡玉米淀粉，即我们常说的“粘棒子”,33,(蛇管糊化器),(淀粉糊化的过程),淀粉的糊化-淀粉以不溶性的白色粉末形态入库-用于造纸时，将其分散到水中，然后进行糊化，待制成胶质分散的淀粉 液后使用,淀粉的糊化,34,淀粉的糊化和老化现象,35,淀粉在糊化过程中的颗粒变化-显微镜观察,36,阳离子淀粉(Cationic starch),取代度一般 按原料马铃薯（土豆）淀粉强度好于木薯淀粉，好于玉米淀粉 连续糊化：糊化温度120-125度 糊化浓度9-10%糊化后稀释到4.5%浓度储存 加入点：抄前池出口 添加浓度：1%加入浓浆中侧重于增强 加入稀浆中侧重重于保留,37,两性淀粉(Amphoteric starch),随着机械浆、脱墨浆的应用发展较快 新闻纸、箱板纸中应用较广 效果更突出，专业性更强、性能更优异 优点：强度高，用量可节约20%。稳定性好，特别对阴离子垃圾多的系统 可提高车速，减轻白水处理负荷 PH应用范围较宽，阴阳互补，有利于系统平衡 缺点：生产工艺复杂，售价较高,38,影响湿端淀粉效果的主要因素,原淀粉种类电荷分子量改性技术蒸煮品质湿端化学 阳离子需求量、电导率、细小组分等添加点,39,湿部留着-典型的浆料组分,40,湿部留着-颗粒大小与比表面积,41,湿部留着-细小组分重要性,例：*重量占60%(wt%)的长纤维的比表面积为3m2/g*重量占20%(wt%)的细小纤维比表面积为10m2/g*重量占20%(wt%)的填料比表面积为 10m2/g 即表示：长纤维占31%的表面积细小组分占69%的表面积细小组分对湿部的影响远大于长纤维，因此必须提高细小组分的留着，减少细小组分在系统中的累积,42,留着(Retention)的定义-是指流浆箱内的纸料调成物，因机械性过滤作用和絮聚原理而留在纸页，成为产品的程度-长纤维因机械性过滤作用自动得到留着，但细小纤维只能靠絮聚或者粘附在长纤维上才有可能得到留着 总留着率(Overall retention)-是指加入到系统中的原料转化为产品的比率-举例：如果每小时加入10吨原料，抄出9.5吨纸，那么这台抄纸机的总留着率为95%。而其余的5%在经过工程时或者转化为垃圾，或者随工艺排水外排,保留助剂留着率(Retention),43,单程留着率(One Pass Retention:OPR)-是指由流浆箱喷出的调成浆料在到达伏辊时残留下来的比率.-这就是一般在造纸工程上常用的留着的定义(A B)/A*100=首程留着率(%),A=流浆箱内浆浓，B=白水浓度 灰份单程留着率(One Pass Ash Retention:OPAR)-是指含在纸内的灰份的留着率.,留着率 留着的定义,44,单程留着率(OPR)的重要性 1.在抄纸工程中如果首程留着率低，就意味着细小成份在系统内累积 2.如果细小成份在系统内累积，会导致阻碍脱水性，降低各种填加剂的效率，以及加大成纸两面性差等的副作用 3.在首程留着率低的情况下，会增加压力筛和除砂器的尾渣排放量，因此总留着率也会随之降低 4.如果不改善首程留着率，而仅增加白水循环量，则抄纸机内的温度、各种离子浓度及电导率等会迅速上升，会导致影响生产效率及发生难以按要求的质量指标持续性地生产产品的问题,单程留着率的重要性,45,必须提高首程留着率(OPR)的理由：1.为原料的有效使用-各种填加的药品没有被留着，而是增大再循环的次数，则会污染白水系统，并降低药品的效果。-举一个例子：如果AKD施胶剂在白水体系内的再循环次数增加，则会因为AKD的遇水分解，造成系统内污染，施胶效果会大大降低。2.因排出造纸机外，会导致原料的流失-除砂器和压力筛从设计上必须时时排渣，在首程留着率低的情况下。因此，首程留着率低时，物资的损失也会相应增加。,必须提高首程留着率的理由,46,3.会增加白水系统的运行费用-组成白水系统的白水回收装置，是需要相当高的运行费用的设备。因此，要想减少费用，必须提高首程留着率 4.减少纸页两面差-填加剂的留着率越高，填加剂在纸页厚度上的分布才会越均匀。因此，如果留着率低，两面差就会非常严重 5.是为了提高网上脱水性-与长纤维相比，细小纤维的保水值（WRV(water retention value)）更高，表面积更大，因此，在网上会大大阻碍脱水 6.在生产高浓填加剂纸页时，为了提高白度及阻止过滤器的堵塞而使用。,必须提高首程留着率的理由,47,机械性留着:一般来讲，长纤维靠机械过滤作用得到留着 化学性留着:细小成份是靠化学性絮聚或者附着在长纤维上得到留着 复合性留着(机械+化学性复合留着),留着率 留着的机理,机械性留着,化学性留着,粒子大小,150 目网子,细小成份(fines),长纤维,PCC,留着机理(%),50,100,75,25,0,48,何谓细小粒子、细小有机聚合物助留系统概要?Hydrocol(microparticle)System（海德里克系统）-阳离子聚合物(P182)+皂土-目前较普遍所采用的助留系统 超细聚合物系统:阳离子聚合物+M-8(超细有机微粒)Telioform 系统-在原海德里克系统中，用超小有机微粒加细小聚合物一起使用-阳离子聚合物(P182)+皂土+M-8(超细有机微粒),细小粒子、细小有机聚合物助留系统概要,49,细小微粒、细小有机聚合物留着系统原理-首先用阳离子型高分子物质将浆料进行絮聚，然后用强剪切力进行破坏-再用加入带有强阴离子性的细小粒子或者有机超细微粒，促使浆料瞬间再絮聚-在这个系统中，絮聚力是由粒子的大小形成的，因此即使在剪切力作用下，絮聚被破坏，它有仍然能迅速恢复的优点(参看图示)细小微粒、细小有机聚合物留着系统的种类 1.Composil 系统(EKA):阳离子淀粉或高分子物质+硅胶 2.Hydrocol 系统(Ciba):阳离子高分子聚合物(P-182)+皂土 3.超细有机微粒系统(汽巴):阳离子高分子化合物(P-47)+阴离子超细有机微粒(M-8),细小微粒、细小有机聚合物留着系统原理,50,细小微粒、细小有机聚合物留着系统原理及优点,细小微粒、细小有机聚合物留着系统的优点 1.提高留着率 2.改善匀度 3.提高脱水性,51,皂土何物(ONZ)?-它是无机矿物质-由于呈片状，因此需要能够使其分离的膨胀时间,-,-,-,-,+,皂土(Bentonit),-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,需要使其进行分离的膨胀时间,52,什么是微小超细有机微粒?-是一种有机的细小聚合物(皂土是无机的细小粒子)-聚合物的规格非常小(150nm)，使其比表面积非常大-超细微料的电荷:带有比皂土高约10倍的强阴电荷,微小超细有机微粒(Polyflex,M-8),超细有机微料(M8),皂土(ONZ),53,M-8(polyflex)的吸附,超细有机微料(polyflex)的吸附阶段-因比表面积大，能够吸附周围阳离子物质的能力比皂土强得多.-在比M-8更早加入的阳离子型高分子聚合物 P-63将纤维、细小纤维及填加剂进行絮聚的状态下，阴离子型的 M-8用架桥结合进行再絮聚,54,1.由PAM(阳离子高分子物)的作用，纤维、细小成份及填加剂絮聚在一起，形成微小絮块 2.冲浆泵或压力筛破坏微小絮块 3.与表面积较大的 M-8和皂土(阴离子高分子)接触，使其再形成微小絮块,形成巨大凝聚体,通过冲浆泵或压力筛 的高剪切力，使巨大的凝聚体被破坏,加入P 63,M-8 及皂土对超细微粒（microfloc）形成的作用,在上浆泵入口投入,55,添加量与过絮凝作用,56,助留剂与膨润土的制备,最佳制备参数助留剂制备浓度：0.2-0.35%制备水温：40度 加入点二次稀释浓度0.05-0.1%膨润土制备浓度：2.5-4.5%制备水温：35-50度 加入点二次稀释浓度0.5-1%加入点二次稀释有利于提高保留效果，降低用量，提高匀度。一定要保证稀释水流量的稳定，温度与系统温度相差不超过10度。,57,影响留着的因素,58,电量中和剂电荷、功用、分类,电荷：一般带阳电荷功用：调整PH、电荷阴离子垃圾捕集助留辅助施胶分类：有机类：固着剂（EPI或PEI聚胺类化合物）低分子量高电荷密度无机类：聚合氯化铝（）硫酸铝（）,59,电量中和剂特性比较,有机类固着剂 优点：电荷密度高，控制电荷效果最好，用量少纯度高，杂质少不影响系统值缺点：价格高 无机类：聚合氯化铝（）：优点：有效成分较硫酸铝高，固体，液体系统变化不大，用于中性施胶效果好价格相对低廉缺点：质量不一，红褐色的铁锰离子含量高，不能用于抄纸，要用白色或无色的。硫酸铝（）：优点：价格低廉，酸性施胶松香的固着，控制缺点：加入过多纸发脆影响增白剂效果硫酸铝形成硫酸根积累，设备腐蚀有效成分低：固体为，液体为,60,染色剂-L a b三维颜色空间,61,L*值：测 试 从 明 亮 到 黑 暗 a*值：测试从红到绿b*值：测试从黄到蓝,染色剂：L*,a*,b*值 意 义,62,染色剂,染料（颜料）-赋予纸张颜色的物质(品兰,品紫,红色颜料)-适用在浆料及表面施胶、涂布中 荧光染料荧光增白剂（OBA）-将紫外线转化为可见光以提高纸张白度的物质可与含氢键的-淀粉,CMC,PVA 中使用分类：二磺酸：含二个磺酸基，湿部平衡影响小，主要用于湿部四磺酸：含四个磺酸基，主要用于表面施胶或涂布，也可用于湿部，但对系统平衡影响大。六磺酸：含六个磺酸基，主要用于表面施胶或涂布，用于生产高白度纸张，纤维亲合力低，一般不用于湿部。,63,染色剂-荧光增白剂,64,Thank you!,