工控网首页
>

应用设计

>

高速纸机用微粒助留体系的研究进展

高速纸机用微粒助留体系的研究进展

2006/7/4 8:50:00
微粒助留体系出现于20世纪80年代,此类体系具有十分有效的助留助滤性能,可显著改善纸页匀度,受到造纸界的广泛重视。随着造纸技术的发展,纸机逐渐向高速化、大型化和中性抄纸发展,特别是近几年废纸和脱墨纸浆的大量使用,使纸料的滤水变得困难,纤维留着率恶化,纸页的强度降低,纸机运转性能变差。对于单一聚合物类助留剂而言,所产生的絮聚物在经高剪切力破坏后不能有效地重聚。由此,微粒助留体系应运而生,并显示出明显的优势,实际应用过程中则多采用多种组分配合以达到协同效果。实践证明,微粒助留体系是一种优良的高速纸机用助留剂。 1 海德罗科尔(Hydrocol )微粒助留体系 该体系即阳离子聚丙烯酞胺/膨润土体系,是一种典型的复式助留体系(Dual Control System),由高相对分子质量、低电荷密度的阳离子聚丙烯酰胺和膨润土构成,首先由英国联合胶体公司开发,用于造纸湿部取得了巨大的成功。就我国而言,山东轻工业学院的刘温霞最先指出了该体系的重要性,并在国内首次开展了一系列相关研究工作,取得了突破性的成效。之后,南京林业大学等单位也开展了与该体系相关的研究工作。基于该体系的卓越性能及显著优势,该体系在我国造纸工业中的推广应用具有十分广阔的前景。 海德罗科尔体系的助留机理与单一的助留剂不同,一般认为:当将阳离子聚丙烯酰胺首先加入至纸料体系中时,阳离子聚丙烯酰胺以链圈、链尾的形式吸附至纸料粒子表面,并以桥联形式引发纸料的初始絮聚,所形成的初始絮聚体经高剪切作用,破碎成小碎块,暴露出更多的阳离子聚丙烯酰胺吸附点;加入负电性膨润土后,膨润土吸附至阳离子聚丙烯酰胺的链圈链尾之间,将细小碎块重新连接起来,形成尺寸更小、结构更为致密的微小絮块,从而在提高纸料留着率的同时,也显著改善了纸料的滤水性能及成纸的匀度。 应该指出,该体系可在较广的pH范围内获得良好的应用效果,且综合考虑,该体系亦十分经济。通常情况下,为提高纸张强度,淀粉是一类常用的造纸助剂,海德罗科尔体系不仅能大幅度地改善淀粉的留着性,而且允许使用价格低廉、质量相对较差的阴离子淀粉;该体系在提高淀粉留着率的同时,也可降低排放废水的生化耗氧量。 2 阴离子胶体二氧化硅/阳离子淀粉(康波季尔)助留体系 该体系是由瑞典依卡公司开发的。应用这种体系时,首先加入阳离子淀粉,使其充分吸附,在纸浆体系受到高剪切作用之后,再加入阴离子胶体二氧化硅,形成复式控制系统。体系中的胶体二氧化硅是一种无机阴离子微粒,其粒径小,比表面积大,负电性高。对于该体系的作用机理而言,一般认为:加入至纸料体系中的、具有庞大的三维结构的阳离子淀粉,在纸料表面吸附时几乎不产生重构和扩散作用,而是从粒子表面伸出,提供某种架桥作用,所形成的初始絮聚体具有很强的韧性,经过高剪切力的作用,在一定程度上仍保持原始絮聚状态。淀粉中直链淀粉相对分子质量小,其数量远远超过支链淀粉。在典型加入量的条件下,这些分子可提供较多的阳离子位置,因此对细小纤维和填料上的表面负电荷的中和更为完全、均匀。加入阴离子胶体二氧化硅后,经剪切后的纸料形成微小絮聚物,起到协同助留作用,应当指出,胶体二氧化硅在最后的絮聚中主要起电中和作用,其电荷密度对体系的絮聚效率非常重要。 当浆料配比中的机械浆、废纸脱墨浆(DIP)及涂布损纸浆增加时,纸料体系中含有更多的阴离子,这就使得纸机湿部化学变得更为复杂。由此,便出现了三阶段“Compozil”助留体系。在这一体系中,第一阶段是向浆料体系中添加特殊的高电荷密度的线形低相对分子质量聚合物,即阴离子垃圾捕捉剂(Anionic Trash Catcher, ATC ),它能够减少已溶解和分散的杂质的不良影响,可将树脂固着在纸浆纤维上,使之絮凝成团而减少树脂障碍的产生。第二阶段是向纸浆体系中添加新型的高阳离子化淀粉(HCS)。第三阶段是向体系中加入胶体二氧化硅,完成“Compozil”体系的絮凝作用。 3 阳离子聚丙烯酰胺/高聚结构二氧化硅助留体系 由阳离子聚丙烯酰胺与新型的高聚结构三氧化硅组成的微粒助留体系在当今现代化的夹网成型纸机的高剪切力条件下具有较好的使用效果。高聚合结构二氧化硅粒径为2~3 nm,比表面积为900m2/g ,球状三氧化硅通过共价硅氧烷键相互联接,足以抵御剪切力的破坏。应该指出,保持良好的使用效果所需要的相对分子质量和电荷密度取决于体系的电导率、 阴离子干扰物的数量和与纸机流送系统剪切点相关的加入点。纸机的车速和系统的剪切力越高,相应的聚合物相对分子质量就应越大,以抵消聚合物链上增加的劈断,从而获得较好的桥联絮聚效果。 4 氢氧化铝类微粒助留体系 常规的氢氧化铝类微粒助留体系由阳离子淀粉和由硫酸铝、氢氧化钠现场制得的氢氧化铝胶体组成。应用这种助留体系时,先将阳离子淀粉加入到预先碱化的纸浆体系中,在纤维和细小纤维表面形成阳离子补丁;然后在高剪切力之后再加入明矾,并使之与预先加入的碱发生碱化水解反应,生成阴离子性的胶体氢氧化铝。在pH约为8时,生成的阴离子胶体氢氧化铝与表面吸附了阳离子淀粉的纤维发生交联等作用。这种助留体系所对应的填料留着 率较高,并且能够改善滤水性能:除利用硫酸铝的碱性水解生成胶体氢氧化铝外,还可利用预先碱化的聚合氯化铝和聚合硫酸铝直接水解生成胶体氢氧化铝,与阳离子淀粉组成微粒助留体系。这样便省去了纸浆的预碱化。 应该指出,聚铝类无机聚合物属铝盐水解的中间产物,其水解生成的氢氧化铝类胶体只有在中性到微碱性的条件下才能带有足够多的负电荷。 因此,这种微粒助留体系在中性到微碱性的条件下更为有效。另外,由聚铝类无机聚合物如聚合氯化铝、聚合硫酸铝与阳离子淀粉组成的微粒助留体系,对于纸浆体系中的Ca2+,不像胶体二氧化硅微粒助留体系那样敏感,尤其在脱水过程中,当Ca2+浓度较高时,仍能保持较好的脱水性能。由聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸硫酸铝与阳离子淀粉组成的微粒助留体系对两组分的加入顺序不敏感。 5 阳离子改性胶体SiO2/阴离子聚合物助留体系 这是一种由阳离子微粒和阴离子聚合物构成的微粒助留体系。其中的阳离子微粒组分实际上可通过对胶体二氧化硅进行改性处理,使其表面带有一层氧化铝,或者可以通过使铝离子取代胶体二氧化硅表面的部分区域,使之在低pH的条件下带有阳电荷,另外,还可以将氧化铝混合于二氧化硅溶胶的结构中。 应用这种体系时,一般先加入阳离子微粒,在纸浆纤维和填料表面形成阳离子补丁或在它们之间形成絮聚体,这种絮聚体具有“弹性”。在高剪切力的作用下,这种絮聚体被分散成一定尺寸的小絮聚体;此时再加入阴离子聚合物,通过架桥和静电中和等作用,得到理想的“微絮聚物”。 在纸浆体系中单独使用阳离子微粒时,搅拌速率对细小纤维和填料所形成的絮聚体的影响较小,这说明阳离子微粒在具有较高的阳电荷密度和合适的尺寸的情况下,已经在纤维和填料间形成了较强的结合;而单独使用阴离子聚合物时,在一定的条件下由于阴离子聚合物主要通过桥联起作用,因此,随着搅拌速率的增大,体系的絮凝情况逐渐减小,即表现为相对浊度逐渐增大。采用阳离子微粒与阴离子聚合物复配时,随着搅拌速率的增大,体系的相对混浊度变化很小,直至搅拌速率增大到1000 r/min以上时,相对混浊度才有所上升。 6 Retaminol Syncro助留体系 这一微粒助留体系是由拜尔化学公司新近开发出的一种新的微粒助留助滤体系。传统微粒助留体系是使阳离子聚合物引发的原始絮聚遭受高剪切力,然后通过添加微粒使它们再絮聚。这种机械控制工艺的缺点是聚合物的消耗量相对较高;而新的微粒助留体系的主要特点是引发初始絮聚的阳离子聚丙烯酰胺是用Retaminol Syncro PR系列的、经特别改性的阳离子聚丙烯酰胺乳液,而微粒组分是经特殊工艺处理的蒙脱石;初始絮聚用化学方法进行控制,而不是传统微粒助留体系中借助机械剪切作用的方法。经改性的蒙脱石不需要借助于机械剪切作用而很容易地分散成悬浮液,具有相当有效的助留助滤作用,它可广泛用于各种中性和碱性抄纸。 7 阳离子胶体A12O3助留体系 阳离子胶体A12O3微粒是水软石A12O3(Boehmite Alumina)的乙酸盐,是一种纤维状的阳离子物质。该物质是一种高度阳离子化的微粒,具有“纤维”形态,且有较高的正电荷和可控的粒度,具有特定的微粒助留性能,可单独或与聚合物类物质配合而用于造纸湿部中,在特定的条件下对纸料体系起到有效的助留作用。所用聚合物可以是阳离子型、非离子型和两性型,或者是它们的混合物。 8 阳离子氢氧化镁铝胶体/阴离子聚丙烯酰胺体系 氢氧化镁铝为一种混合金属氢氧化物,是最常见的一类水滑石,具有与蒙脱石类似的层状结构,所不同的是其骨架带有正电荷,层间平衡离子为阴离子,呈正电性,层间距可通过填充离子半径不同的阴离子来调节。层状结构是由金属氢氧八面体靠共用边连接而成的,有单层、双层和多层结构,厚度一般为0.5~4.0 nm,有的可达8 nm,粒径15~50 nm 。永久性正电荷由八面体中心的Mg2+被A13+同象置换而产生。氢氧化镁铝具有正电性,具有潜在的微粒助留性能。研究表明,将采用共沉淀法制备的氢氧化镁铝与阴离子聚丙烯酰胺配合,所构建的助留体系在特定条件下可起到良好的助留作用。 9 结束语 随着人们精益生产意识的加强,纸机的车速越来越高,要使造纸湿部的细小纤维及填料有较高的留着率,达到节约成本、降低环境污染、改善纸机运转性能的目的,一个有效的助留体系起着至关重要的作用。〕微粒助留技术已被实践证明是一项能够优化生产、提高生产应变性能以及产品质量的有效途径。微粒助留技术的进一步发展必将对造纸工业产生深远的影响。 信息来源于:中国造纸技术网
投诉建议

提交

查看更多评论
其他资讯

查看更多

助力企业恢复“战斗状态”:MyMRO我的万物集·固安捷升级开工场景方案

车规MOSFET技术确保功率开关管的可靠性和强电流处理能力

未来十年, 化工企业应如何提高资源效率及减少运营中的碳足迹?

2023年制造业“开门红”,抢滩大湾区市场锁定DMP工博会

2023钢铁展洽会4月全新起航 将在日照触发更多商机