PAM用作造纸助剂
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人气：2762 发布时间：2010-02-02 11:15 关键词：加药混合 产品型号： 应用领域：水处理 产品价格：面议 想了解更多产品详情，请 |
关于造纸助剂
［摘要］：关于造纸助剂
关于造纸助剂
造纸湿部化学助剂的应用，近年来一直在大幅度的上升，这主要是受到以下因素的影响：
纸机车速的提高。
碱性造纸系统填料使用量的增加。
废纸的大量回用。
新闻纸中使用填料量的不断增加。
为了使用户更充分的了解我公司的造纸助剂系列产品的性能及应用，我公司技术部参考有关技术资料，编写了这个材料，希望能为有关客户的技术应用提供一些参考，由于我们的造纸专业知识有限，不当之处在所难免，望在生产实践中，结合自己的成功经验，使这些化学助剂在造纸工艺中发挥更有效的作用。
一、助留剂
纸页成型过程是湿部化学最主要的应用领域，助留剂、助滤剂又是两类最重要的过程助剂，其使用量近年来一直在大幅度上升，助留助滤剂即可单独使用，也可配合使用。目前发展趋势是向阳离子聚合电解质和微粒助留系统方向发展。必须牢记，应将白水浓度划分为细小纤维、填料、胶体物质和溶解的物质。在理想的情况下，通过添加不同种类的助留剂，应该能够分别控制上述物质的浓度。但对于那些溶解和胶体物质含量较高的纸料，仍然缺乏非常有效的助留剂。
造纸工业实际应用的有高分子量、低电荷密度（100万~500万，1%~10%）的絮凝剂，常常在高剪切力、湍流状态下用于细小组分的留着；低分子量、高电荷密度（1000~100000、40%~80%）的产品（阳离子型）用于电荷中和及在低剪切力下起留着作用。
纸料中有不同尺寸和形状的颗粒，其絮凝动力学取决于它们的碰撞频率、碰撞效率、絮凝体强度和作用在絮凝体上的外力。颗粒在湍流的造纸湿部的碰撞频率大于数千次每秒，聚合物的吸附可在1s内完成。曾有人计算过在1000s-1的剪切速率下纸料颗粒的碰撞频率，发现不同的颗粒其碰撞频率明显不同，如下所示：
纤维与填料颗粒间的碰撞频率109s-1
细小纤维相互间的碰撞频率106s-1
纤维与纤维间的碰撞频率5000s-1
填料间的碰撞频率1s-1
即使高分子聚合物在纸料中的浓度仅为10mg/L，纤维与聚合物间的碰撞频率也可高达1010s-1，在纸机上，即使接触时间很短（几毫秒到几秒），颗粒间相互碰撞反映的可能性很大，絮聚过程可很快完成。
在湍流状态下，通过对聚合物吸附、重构、断开的动力学研究和实践都表明，CPAM在纤维表面的停留时间应当尽可能的短，如小于10s，这就对CPAM的添加点作出了要求。单一聚合物助流系统，CPAM应在离心筛后添加；微粒系统中，聚合物应在扇泵和离心筛前添加，在离心筛后添加微粒。
纸料中各细小组分的聚集机理：
一般来说，细小组分的聚集机理有电荷中和、补丁效应、架桥絮凝三种基本形式，但这三种机理并不是独立的，它们在不同的系统中所起的相对作用大小不同。
电荷中和：细小纤维和填料在纸料悬浮液中显负电性而相互排斥，加入电解质，使所带的正电荷被中和，颗粒间的相互排斥力减小，当颗粒间发生碰撞时，引起颗粒间的凝聚。用于电荷中和的聚电解质，通常属低分子量、高电荷密度的电解质，如聚合氯化铝（PAC）、聚乙烯亚胺（PEI）、聚二烯丙基迩甲基氯化铵（PDADMAC）、聚胺和聚酰胺多胺环氧氯丙烷等，
补丁效应：该机理的关键是阳离子补丁的形成。补丁应有高的电荷密度，且厚度大于纤维表面的双电层。可通过搞电荷密度，低、中等分子量的阳离子聚电解质（如聚乙烯亚胺、聚胺）形成补丁。选择聚合物时，必须注意聚合物应当有足够的电荷密度和分子量，使其不至于很快扩散进入纤维孔隙内，一般合适的分子量范围为10万~100万，如果有支链，也会阻止聚合物的重构和扩散。
阳离子聚合物吸附在带负电的纤维表面，在该处形成带正电的区域，局部带正电荷的颗粒与周围颗粒带负电的部分发生静电吸引，从而引起凝聚，吸引的程度，取决于聚合物的电荷密度和在颗粒表面的覆盖程度
架桥絮凝：用于架桥絮凝的电解质为高分子量、低中等电荷密度。聚合物分子量是架桥絮凝的关键因素，电荷密度、颗粒表面的电荷密度和系统的离子强度也很重要。
一）、助留剂的应用条件
助留剂的作用效果受很多因素的影响，必须根据所用的浆种及所添加的其他化学助剂来进行选择。影响助留效果的主要因素可以归纳如下：
1、聚合物的类型和相对分子质量因为留着过程非常复杂，有各种机理，不同离子和不同分子质量的助剂，作用亦有所不同。作用的侧重点不同，并且受与之配合的另一种聚合物的影响，离子类型对于助留性不是关键因素，但由于目前基本上是酸性造纸工艺，所以，阳离子性聚合物一般更具有优势，一个原因是其对PH值的变化不敏感。高相对分子质量的助留剂在使用时，因粘度高，应配成0.1%~1%的水溶液加入浆料。
2、助留剂加入位置由于高分子助留剂兼有留着、滤水和絮凝三种作用，而且前两者作用随着时间的延长而递减，后者则随着时间的增加而递增。为得到最大的留着和滤水效果，尽量减少絮凝现象，在与纸料均匀混合前提下，助留剂加入位置应尽可能接近纸机的网前箱，使湿纸页成形区能形成微絮凝物，而不使纸料絮凝，影响纸的匀度。
3、填料粒子大小和形状填料粒子尺寸对于助留效果有重要的影响。在不加助留剂时，填料粒子只能通过过滤而被留着在成形纸页上，留着性和粒子尺寸有着近似线性的关系，而留着性随着纤维分散程度的降低而有所提高。天然填料如碳酸钙等，具有和纸纤维相似的表面电荷性质，即其ξ电位是负值，如果没有和阳离子聚合物发生作用，则和浆中纤维一样在表面显示负电性。在加入助留剂时，纤维和填料可通过凝结、凝聚或附聚而被留着。填料留着与粒子尺寸无关，而更主要地依赖于纤维-微粒絮凝物的形式流失，同时，细小纤维的留着率有所降低。
如果加入相反电荷的聚合物助留剂，则填料表面的电荷得以中和，使得填料和纤维间的相互作用得以加强，而留着性得到改善。
机械浆和低打浆度的化学浆，填料和纤维之间的作用点是十分有限的，过滤留着机理起主要作用，这样，粒子大小对留着率有显著影响，大的粒子可以被更多的保留下来。在一般情况下，填料留着率低于40%时，过滤机理起主要作用，而如果填料留着率在40%以上时，则填料与纤维束和纤维有物理吸附作用，这时，粒子的尺寸对留着性的影响不大。
填料粒子的形状对留着亦有影响，表面较粗糙的易于留着。
二）、合成高分子助留剂
聚丙烯酰胺及其改性物是目前最常用的助留剂。
阴离子聚丙烯酰胺的助留效果不如阳离子聚丙烯酰胺，但其使用方便，故目前仍在造纸湿加工中广泛应用，也是最早的助留剂品种之一，聚合物的相对分子质量对助留效果起着至关重要的作用。
1、单阳离子聚合物体系：作为助留剂使用的主要是阳离子聚合物，这类助留剂可直接与纤维和填料形成静电吸附使之留着，同时亦可通过桥联作用与纤维结合。常用低电荷密度、高分子量的阳离子聚丙烯酰胺，使用阳离子聚合物对各种填料留着率是不同的，一般来说，用量在0.15%~0.2%时，留着率提高10%以上，白水沉降速度也有相当程度改善，而对滑石粉留着效果不明显，白水澄清效果亦不理想。
2、阳离子（或两性）加阴离子聚合物助留系统：在提高助留效率的研究中发现，组合使用两种不同电荷的聚电解质，可以生成强度较高的硬韧性絮团，并且先加入低、中等分子量，高电荷密度的阳离子（两性）聚电解质，它产生阳离子补丁，然后再加入阴离子聚电解质，助留效果最佳，这种助留剂的作用过程称为双元助留系统。一般来说，阳离子聚电解质平均相对分子质量为2×104~5×105，阴离子聚电解质的平均分子量为5×106~10×106，系统中，阳离子添加量为0.07%，而阴离子的添加量为0.12%。
3、阴离子、阳离子（两性）增强剂混合配方（聚离子复合物PIC）助留系统：预先将特定的阴离子增强剂和阳离子增强剂混合，使之反应生成超高分子量聚合物离子复合物（PIC），将PIC添加到浆料中能柔性的适应抄纸条件，既能呈现出增强作用，又能发挥出良好的助留助滤效果。由于超高分子PIC会产生强烈的架桥作用，所以应在使用中使之充分分散，不要使细小组分和纤维产生强烈的絮凝而破坏纸页匀度，因此添加位置应设在纸浆和白水混合后的冲浆泵和纸机筛的入口处较为适宜。多用于纸板的抄造。
4、微粒体系：一般是先在浆中添加高分子的阳离子聚合物CPAM，然后添加活性比表面积非常大，带高密度负电荷的特殊无机颜料粒子（如彭润土、胶体二氧化硅），该系统能产生非常有利于助留和改善纸页匀度的絮凝作用，现已被广泛应用于纸和纸板的生产中，特别是高速纸机、高级纸的抄造中。
5、三阶段Compozil系统——微粒絮凝系统的衍生系统：由于纸料配比中的机械浆、废纸脱墨浆（DIP）、涂布损纸浆的增加，使纸机湿部化学更加复杂，纸料中含有更多的杂阴离子。在微粒絮凝系统的基础上，新开发出三阶段Compozil系统，针对纸料中含较多阴离子杂质的特点，添加特殊的阳离子聚合物，以消除其影响，为微粒系统发挥作用提供条件。首先在浆料中施加特殊的低分子量高阳离子聚合物形成阴离子捕集系统，减少浆料中溶解和分散的杂志的不良影响。其次，向纸料中加入高电荷密度的阳离子淀粉。第三阶段是在纸料中添加胶体二氧化硅，产生良好的微絮凝作用，并取得理想的助留和纸页匀度效果。
6、Integra助留系统：该系统单独或组合使用凝结剂、凝聚剂、微絮聚物三类药品，取得了综合满足抄纸系统的助留、助滤和良好纸页匀度的效果。系统所用的凝结剂为分子量各异、电荷量不同的PDADMAC，它是阴离子捕捉剂，应根据纸料中阴离子颗粒的特点，选择合适分子量的PDADMAC。所用的凝聚剂是在聚丙烯酰胺结构中，引入了阴离子型的丙烯酸或阳离子型的胺基聚合物，产品的形态是W/O型的乳液，分子量非常高，为1500~2000万，有效成分达25%。所用的微聚物是从蒸煮木材的黑夜中开发出的易溶于水的中等分子量阴离子型聚合物——木素磺酸钠。在Integra系统中，首先用PDADMAC中和纸料中的阴离子杂质，以便为超高分子量的聚合物发挥作用创造条件，再添加PAM，纸料中的细小纤维和填料与纤维一起形成大的絮团，但其通过纸机压力筛受到剪切力作用时，便分裂成小絮团。在该状态下，添加木素磺酸钠，利用其分散效果将这些絮团分散成稳定、柔性、均一的细小絮团，从而取得良好的助留和纸页匀度效果。该系统又有良好的助滤作用。
两性离子聚丙烯酰胺在助留中也得到有效利用。（1）阳离子聚合物助留剂可直接和带负电荷的纤维（包括细小纤维）结合。（2）阴离子聚合物助留剂则通过浆中AL3+和细小纤维结合，或和填料形成桥联。（3）两性离子聚合物助留剂则兼具上述两种作用。（4）非离子聚合物助留剂通过氢键或范德华力与细小纤维及填料产生吸附作用。上述作用的结果是形成了各种交联网络，从而起到应有的助留效果。
有时，化学交联和物理交联作用同时存在，并且由于形成的聚集体不易被机械力所破坏而显著提高助留效果。两性聚合物则因其适应的PH范围宽，且阴离子基团可通过AL3+与纤维配合；阳离子基团则直接和纤维结合，所以，具有更好的助留作用。
