造紙濕部化學課件 - 圖文 - 下載本文

? 熒光增白劑的加入量一般均較少。增白劑加入量較少時,隨用量的增加白度逐漸增加,達到

一最大值后,再增加用量,白度反而降低,故增白劑的用量不宜過量。國內紙廠的增白劑用量一般在0.2%~1%之間。 ? 3、影響染色的因素 ? 漿種

? 堿性染料對木素有很強的親和力,含大量機械漿的紙種宜用堿性染料染色。直接染料對纖維

素具有較強的親和力,染漂白化學漿最好使用直接染料,陽離子直接染料又比陰離子直接染料對纖維的親和力好。

? 紙漿的種類對陰離子染料的留著率影響很大。草漿和闊葉木比針葉木含有更多的短纖維,短

纖維的比表面積大,易于吸附染料,達到同樣的色度,需要比針葉木使用更多的染料。 ? 使用二次纖維抄紙通常需要使用一定量的染料來達到某種色調深度。二次纖維含有填料、印

刷油墨或殘余染料,而這些助劑對染料產生一定的影響,所以,造紙工作者必須熟悉所使用的二次纖維,以達到染色要求和適應紙料的變化 。

? 打漿程度 紙漿打漿程度提高,纖維比表面積增大,成紙的緊度和透光性提高,減少了對

可見光的反射能力,使成紙的顏色看起來較深。

? 填料 填料的粒度遠小于纖維,其比表面積很大,可消耗更多的漿料,加上填料對染色纖

維的掩蓋作用,在染料量相同的情況下,使成紙顏色比較深。如果增加填料量,達到同樣的色度所需要的染料量也隨之增加。因此,高加填紙張所需要的染料量明顯高于低加填的紙張。 ? pH值 pH值對染料的色調和染料留著率具有很大的影響。為了減少顏色變化,染色時應

嚴格控制體系的pH值。在多數情況下,染色都有一個最佳pH值,這時染料的留著率最高。 ? 直接染料在pH值4.5~8.0的范圍內,均可獲得很好的留著率,其他許多染料通過使用固著

劑提高其留著率可成功的應用于較高pH值下。

? 水的硬度 使用直接染料和酸性染料時提高水的硬度對染色有利。因此為了提高直接染料

和酸性染料的留著率,可人為的提高水的硬度。水的硬度不影響顏料和堿性染料的留著,但水的硬度高對熒光增白劑不利。 ? 助劑

? 硫酸鋁 硫酸鋁主要用于酸性造紙。如果在染料之后加入,可提高低親和性染料的留著率;

在染料之前加入則可降低染色深度和亮度,并可能導致染色的兩面差。

? 助留劑 助留劑可促進染料的留著。與固定劑一樣,陽離子助留劑可改變紙張的亮度,同時

也會降低熒光增白劑的作用。高分子量的聚合物對顏色黯淡作用較小。 ? 染料固定劑 低分子量、高電荷密度的陽離子聚合物固定劑常用于提高染料在纖維和填料上

的留著。如果使用恰當,效果很明顯。通常,它們應在直接染料或染色顏料之前加入,使用之前最好先在實驗室內確定加入順序。

? 殺菌劑和消泡劑 一些輔助化學品,如殺菌劑、消泡劑等可與染料或顏料反應,形成沉淀、

附聚物,甚至破壞染料結構。因此,一些與染料不相容的化學品應選擇適當的加入地點,以免與染料直接接觸,影響使用效果。

? 化學品加入量的變化 因為染料可與化學品反應,化學品加入量的變化可引起染色效果的變

化,如助留劑加入量的變化,導致紙料留著率的變化。值得注意的是,細小纖維的比表面積大,比纖維更易著色,當細小纖維的留著率由于助留劑加入量的變化而發生變化時,紙張的

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顏色也隨著變化。

? 接觸時間 增加染料和紙料的接觸時間,通常會提高染色效果。因為隨著接觸時間的延長,

染料和纖維之間會形成更多的氫鍵。 ? 加入地點與順序

? 將染料加到濃漿中達到相同的染色深度,所需染料較少。當染深顏色紙張時,最好將染料加

到濃漿中。連續染色通常將染料加到稀釋后的漿料中,如加到壓力篩或沖漿泵處。為了提高染料留著率,可使用陽離子染料或加入固定劑,但將染料加到稀釋的漿料中比加到濃漿中留著率稍低,尤其是染料加入量較高時。

? 染料和其他化學品的加入順序對染料和化學品的使用效率及紙張的均一性都產生很大的影

響。當使用具有不同電荷性質的化學品時,在與紙料充分混合之前相互不能接觸。 ? 在酸性抄紙條件下,應在加入松香和硫酸鋁之前加入染料;如果在加入硫酸鋁后再加入染料,

在染色深度降低。

? 脫水與留著 紙機脫水能力的變化可影響填料和細小纖維在紙頁Z向的分布,而染料對填料

和細小纖維具有不同的親和力,脫水條件的變化將引起染色兩面性的變化。同樣,由于染料對紙料中的不同組分具有不同的親和力,留著率的變化將引起紙頁中各紙料組分相對含量的變化,結果導致紙張顏色的變化和顏色差異。

? 干燥溫度 過干燥時,某些染料會隨水相遷移到紙張表面,導致染色不勻。使用水溶性染料

(如酸性染料)時尤為嚴重。

? 壓光 壓光可增加紙張密度(緊度),從而也增加了染色紙的顏色深度。

? 損紙的影響 生產中,回用有色損紙時,會引起染色深度的變化,就是使用白色損紙也會由

于其中含有各種化學助劑而與原漿對染料的接受程度不同,因此染料加入比例應作適當調整。一般來講,損紙與生產紙種越接近,對紙色調的影響就越小。為了保持顏色的一致性,應維持穩定的損紙比例。

? 紙張水分 紙張的水分含量越高,顏色越深,所以紙張的顏色應在恒定的紙張水分下測定,

且紙張的水分也要盡量均勻,以免影響顏色的均勻性。

? 殘氯 許多染料可與氯反應而退色,為避免對染料的干擾,對來自自來水的氯和來自漂白紙

漿的殘氯都要進行嚴格控制,否則會因染料氧化程度的變化而引起色調和顏色深度的變化,僅0.5mg/L的殘氯就可影響到某些染料的染色效果。

第七章 紙料的絮聚與助留助濾化學

? 紙料絮聚是指由各種絮聚劑或助留助濾體系所引起的紙料間的聚集。紙料的絮聚程度和方式

直接決定紙料的留著率和濾水性能及成紙勻度等。因此,紙料的助留助濾機理與紙料的絮聚機理密不可分,研究中常將紙料的絮聚機理等同于其助留機理。

? 造紙濕部助留/助濾是在紙幅成形之前,通過向紙料中加入絮凝劑引起的紙料的適當絮聚,

以達到提高紙料留著率和改善紙料濾水性能的目的。

? 良好的助留助濾體系不但可提高紙料的留著與濾水性能,適應紙機高速化的發展趨勢,還應

盡量減少對紙張勻度和其他物理性能的不利影響。

第一節 紙料組分的留著方式

? 紙頁的成形是紙料各組分在抄紙網上脫水形成以纖維交織層為骨架結構的濕紙幅的過程。上

網紙料中一部分留在網上構成濕紙幅,另一部分則通過抄紙網隨白水流失。構成紙幅的紙料

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組分通過機械和化學的兩種機理留著在抄紙網上,即機械截留和膠體聚集作用。

? 隨著紙機車速的提高和助留劑的使用,膠體聚集作用在紙料留著機理中所占比重越來越大,

因而逐漸成為紙料尤其是細小纖維組分的主要留著機理。以機械截留和膠體聚集作用留在紙幅中的紙料組分相對于總紙料量的比率,常以留著率來表示。 ? 1、機械截留作用

? 機械截留作用是指抄紙網對纖維的截留作用和在紙機網部形成的纖維交織層對細小組分的

截留作用。機械截留作用開始時不能對細小纖維和填料產生機械截留作用,僅有粗大的纖維被網部截留,當長纖維形成一定厚度的漿墊后,細小組分才會被截留,從而導致紙幅的網面結構比較粗糙,而毯面的結構光滑、致密。

? 紙幅的兩面差,即網面結構比較粗糙而毯面結構光滑、致密,與紙料留著的機械截留機理有

關。隨著紙機車速的提高,單純的機械截留作用只能使很少部分的細小纖維和填料留在紙幅中,大部分隨紙機白水流失。

? 機械截留作用僅對紙料中長纖維的留著有效,為了增加細小組分的留著率及其在紙頁中的分

布均勻性,應使細小組分吸附在纖維表面,隨長纖維組分一起通過機械截留作用留在紙頁中,或使細小組分之間聚集成大的聚集體,直接截留在紙幅中。細小組分對纖維的吸附和細小組分間的聚集均與膠體聚集作用有關。 ? 2、膠體聚集作用

? 在造紙過程中,膠體聚集是細小組分留著的主要機理,包括細小組分間的聚集和細小組分與

纖維間的聚集。

? 前者形成的聚集體僅含有細小組分,必須靠機械截留作用留在紙幅中,待其留在紙幅中時,

抄紙網上已經形成了部分纖維交織層,這部分先形成的紙幅必定含有很少的細小組分,從而造成紙幅的兩面差。細小組分間的聚集還會因填料粒度的增大和在紙幅中分布不均勻而降低填料的光學性能,此外細小組分的比表面積較大,吸附了更多的助劑,細小組分的不均勻分布也會導致各種助劑的不均勻分布。

? 后者細小纖維吸附在纖維上,與纖維一起在成形部被截留在纖維形成的漿墊中。在造紙過程

中應盡量避免纖維與纖維和細小組分與細小組分之間的聚集,盡量促進細小組分與纖維之間的絮聚。

? 膠體聚集由各種助留劑引發,由于所用助留劑不同,引發的紙料聚集機理也不同。

? 最早的助留劑是硫酸鋁,帶負電荷的紙料各組分靠鋁離子的電中和作用,引起紙料組分的失

穩凝聚。

? 后來,又以單一陽離子聚合物如PEI通過電荷補丁機理引起紙料組分的凝聚。

? 單一聚合物和雙聚合物的助留體系中,高分子聚合物則通過橋聯機理引起紙料的絮聚。一般

認為,橋聯機理是紙料留著的主要聚集機理。

? 微粒助留體系則以多種聚集方式引起紙料的聚集,并稱之為微粒絮聚機理。

? 電中和作用、電荷補丁模型和橋聯機理是膠體的基本聚集機理 ? 3、紙料留著率

? 紙料留著率是指留在紙幅中的物料量與生產中加入的物料量的百分比。

? 紙料總留著率為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例,也稱總留

著率。對于白水封閉循環程度較高和損紙得到充分利用的紙機,總留著率應達95%以上,一般紙機也應在90%~95%

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? 紙料單程留著率為離開伏輥的濕紙頁中所含物料量與離開流漿箱的物料量的比率,也稱首程

留著率。紙料單程留著率隨助留劑的使用情況差異很大,一般為20%~90%。

? 單程留著率常針對某一組分進行計算,如細小纖維單程留著率、纖維單程留著率、灰分或填

料單程留著率。

? 紙料的單程留著率可用下面的近似公式進行計算:

式中:Ch——流漿箱中紙料的濃度

Cw——網下白水的濃度

? 結果是一個相對值,因為濕紙頁帶走一部分水,但計算的單程留著率足以評價助留劑的助留

效果。

? 4、實驗室中紙料留著率的測定

? 直接測定法:實驗室抄片法

動態留著率測定儀

? 間接測定法:絮聚分析儀

? 實驗室抄片法 利用手抄片的絕干質量來計算紙料留著率R,通過測定紙漿、手抄片灰分和

填料的灼燒減量還可計算出灰分的留著率。 ? 計算公式:

? WH-恒重后手抄片質量(g);WHA-手抄片灰分質量(g);WFH-所用紙料的絕干質量

(g);WFHA-所用紙料的灰分質量(g);WS-手抄片用絕干漿質量(g);AS-紙漿灰分

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含量(%);WFR-所用填料絕干質量(g);L-填料的灼燒減量(%) ? 動態留著率的測定:

? 在普通抄片器上抄片時,與紙機上紙料的濾水與成型過程相差很大,測得的紙料留著率很高,

常不能反應紙機上的真正留著情況,尤其時高速紙機,實驗室常用動態留著率測定儀(DDJ)測定留著率。

? DDJ在不形成漿層并保持湍動下直接測定紙料留著率,紙料濃度與流漿箱接近,測得的留著

率主要與膠體聚集有關,且可模擬車速變化和助劑所受的剪切力,較為客觀的評價助劑的留著率。

? 常利用其篩選助留劑和檢驗助留體系的助留效果;還可篩選細小纖維,測定細小纖維的留著

率。

動態留著率測定儀結構示意圖

第二節 紙料的基本絮聚機理

? 電荷中和 ? 電荷補丁效應

? 橋聯絮聚

? 1、電荷中和機理

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