硕士学位论文-优化高档卷烟纸湿部化学控制的探索.pdf

致谢 本论文是在导师曹云峰副教授 、 曹继华高级工程师和林尤长教授级高级工 程师的严格要求和悉心指导下完成的 。 三年来 , 导师们为该论文的顺利完成倾注 了大量的精力和时间 , 给予了方方面面的指导和帮助 。 导师们渊博的学识 、 严谨 的治学态度 、 科学的思考方式 、 崇高的师德都使我受益匪浅 。 在此 , 特向导师们 表示最真挚的谢意 。 论文的实验过程中得到了相关自动化仪表公司的工作人员的大力协助 , 持 此表示感谢 。 感谢公司的及公司上海代表 处的顾斌先生 的热心指点 。 最后 , 向在读研究生期间给予本人关心和帮助的所有老师 、 同学和朋友表 示衷心的感谢 作者周家俊 二五年七 月一日 摘要 民丰特种纸业股份有限公司 造纸机是一条投产于年专门生产高档 卷烟纸的现代化薄页纸生产线 , 投产四年来 , 该纸机总体运行稳定 , 产品质量可 靠 。 但是 , 该纸机在生产过程中一直存在着系统及填料留着率低 、 化学添加剂用 量大且不稳定 、 纸机运行效率不理想 、 系统沉积物多 、 以及白水中 负荷高等 几个棘手而又不易解决的问题 。 为此 , 本论文着重对纸机湿部进行了全面的调查 分析 , 找出了纸机留着率不稳定 、 系统电荷不稳定以及由次而带来的其它问题产 生的根源 , 并成功利用湿部留着率控制系统和湿部电荷控制系统进行控制 , 从而 彻底解决了以上问题 。 由于卷烟纸生产工艺的特殊性 , 纸机留着率的大小和稳定性会直接影响卷 烟纸的灰份含量和透气度 , 最终影响 烟支的燃烧 、 包灰和灰色等 。 因此 , 稳定和 提高留着率就成了卷烟纸生产过程中首先必须解决的问题 。 而原卷烟纸生产过程 中阳离子助留剂添加量是由人工手动加入的 , 使纸机系统 留着率和填料留着率都 偏低 , 白水浓度偏高 , 且都不稳定 , 采用人工手动加入的方 法已不能满足现代造 纸系统的需求 。 为此 , 从自动化公司引进了一套在线留着率 控制系统 , 通过该系统来控制助留剂添加量 , 进而控制系统留着率 , 使得该纸机 从以前网部总留着率处在 一 之间 , 填料留着率总体低于既 , 达到现在的网 部总 留着率基本上控制在 一 , 填料留着率也上升到了 左右 , 同时其留着 率也变得相当稳定 。 从而达到稳定和提高该纸机的系统留着率和填料留着率的目 的 。 在线留着率控制系统投入运行后 , 纸机系统 留着率得到了一定的改善 , 但 是纸机以前存在的运行效率不理想 、 系统沉积物多等问题仍然存在 , 同时还发现 助留剂用量与以前相比要大 , 且有时会出现大幅度的无规律波动 。 通过对造纸系 统中的短纤维成浆池出 口 、 长纤维成浆池出 口 、 损 纸成浆池出 口 、 混合浆池出 口 、 纸机浆池出口 、 稳浆箱出 口 、 冲浆泵前 、 流装箱出口个控制点电荷需 求量及 电位测定 , 并将两者的数据进行综合分析发现 , 问题产生的根源是 系统内过量的负电荷造成的 。 过量的负电荷不但会消耗大量的阳离子性化学品 , 增加化学品的消耗 , 还会在系统中产生阴离子垃圾而影响纸机的正常运行 。 经进 一步研究发现该纸机湿部过量的负电荷主要来源于损纸 , 为了彻底解决损纸带来 的电荷问题 , 引进了公司的一套由浓浆取样器及在线电荷分析仪 组合成的在线电荷检测系统 , 同时将该系统与纸机控制系统中的白水回收系统以 及助留剂系统进行组合 , 构成了湿部电荷检测控制系统 , 实现对该纸机湿部的电 荷控制 , 从而彻底解决了该纸机的系统电荷问题 。 通过对该纸机湿部化学控制的优化 , 使得纸机以前一直存在的系统及填料 留着率低 、 化学添加剂用量大且不稳定 、 纸机运行效率不理想 、 系统沉积物多 、 以及白水中 负荷高等问题都得到了一定程度的解决 , 使得纸机在运行效率 、 化学品消耗 、 产品质量等方面都有显著的改善和提高 。 关键词湿部 , 留着率 , 湿部电荷 , 电位 一一 二 而 , , , , , 二 一 ,一 , 玩 , , , 二 , , , , , , 小 , , , 诩 , , 别 一 , , 朋 , , , 一 , , 田旧 , 一 , 一 奸 , , , , 阴 , 二 , , 二 一,一, 目录 第一章前言 一 第二章文献综述 一 湿部控制简介 一 湿部化学对纸机运行稳定性的影响 一 , 造纸原料的胶体特性 、 动电行为 、 及表面电荷特性 一 造纸系统中阴 、 阳离子的需求量 一 造纸填料 一 概述 一 造纸填料的类型 一 填料的物化特性 一 填料留着 一 助留剂及助留助滤化学 一 纸料组分的主要留着方式 一 常用的助留剂 一 细小组分的聚集机理 一 细小组份的助留化学 一 湿部电荷测量与化学控制 一 重要的湿部化学参数 一 造纸系统中电荷的产生 一 卷烟纸的基本特性 一 对于造纸湿部化学的国内外研究动态 一 第三章湿部留着率控制研究 一 实验室湿部调查试验 一 试验条件 一 主要试验仪器 一 试验方法及步骤 一 试验结果及数据 一 留着率在线自动控制系统应用一 应用条件 一 在线控制系统控制简介 一 应用结果及数据 一 研究结果分析与讨论 一 第四章湿部电荷控制研究 一 实验室湿部调查试验 一 试验条件及取样点的确定 一 主要试验仪器 一 试验方法及步骤 一 试验结果及数据 一 实验室电荷调查结果分析与讨论 一 生产应用 一 生产条件 一 在线电荷分析仪简介 一 在线电荷控制系统控制部位及控制原理简介 一 研究结果分析与讨论 一 第五章结论 一 参考文献 一 分类号 专业代码 学校代码 学号 豁 南拿积队梦 专业学位研究生学位论文 详 细摘 要 论文题目 对优化高档卷烟纸湿部化学控制的探索 作者 周家俊 学位名称 专业领域 研究方向 指导教师 工程硕士 林业工程 制浆造纸化学与工程 曹云峰 曹继华 副教授 高 工 二五年七月 对优化商档卷烟纸湿部化学控制的探索 摘要 民丰特种纸股份有限公司的 机是一条投产于年专门生产高档卷烟纸 的现代化薄页纸生产线 , 投产四年来 , 该纸机总体运行稳定 , 产品质量可靠 。 但 是 , 该纸机在生产过程中一直存在着系统及填料留着率低 、 化学添加剂用量大且 不稳定 、 纸机运行效率不理想 、 系统沉积物多 、 以及白水中 负荷高等几个棘 手而又不易解决的问题 。 初步分析认为该纸机一直以来存在的这些问题主要与纸 机湿部化学控制紧密相关 , 为了找出问题产生的具体原因 , 进而彻底解决问题 , 先后多次对该纸机湿部进行全面的调查分析 , 分别找出了问题产生的根源 , 并提 出了彻底解决问题的办法 。 即在掌握了大量的理论依据后 , 对该纸机湿部控制系 统进行了两次改造 , 经改造后该纸机以前存在的上述问题基本上都得到了解决 。 具体来说 , 对优化该纸机湿部化学控制的探索是按照下 面两个步骤分步进行的 。 首先 , 结合该纸机实际运行情况 , 纸机在运行过程中系统及填料留着率低对 产品质量以及浆料和填料消耗等方面都带来了一定的负面影响 , 因而认为要优化 该纸机湿部化学控制 , 首先需要解决的问题就是留着率问题 。 由于卷烟纸生产工 艺的特殊性 , 纸机系统和填料留着率的大小和稳定会直接影响卷烟纸的灰份含量 和透气度 , 进而影响烟支的燃烧 、 包灰和灰色等 。 为了提升产品质量 , 降低浆料 和填料的消耗 , 稳定和提高留着率就成了必须首先解决的问题 。 先对纸机的留着 率情况进行了一段时间的测定 , 积累了一定的实验数据 , 分析这些实验数据发现 该纸机的系统留着率和填料留着率都偏低 , 白水浓度偏高 , 且都不稳定 。 结合该 纸机的生产工艺 , 认为问题产生的主要原因是使用阳离子助留剂对纸机留着率进 行控制 时 , 由于其添加量是根据时间生产情况由人工手动加入的 , 其添加量的大 小不能真正满足系统的需求 。 为了解决该问题 , 从自动化公司引进了一套 在线留着率控制系统 , 通过该系统来控制助留剂添加量 , 进而控制系统留着率 。 从而达到了稳定和提高该纸机的系统留着率和填料留着率的目的 。 其次 , 在在线留着率控制系统投入运行后 , 纸机系统 留着率得到了一定的改 善 , 但是纸机以前存在的运行效率不理想 、 系统沉积物多等问题仍 然存在 , 同时 还发现助留剂用量与以前相比要大 , 且有时会出现大幅度的无规律波动 。 初步分 析认为上述问题的产生与系统 内湿部电荷水平有一定的关系 , 为了找出问题产生 的根源 , 只有对纸机作全面的湿部调查 。 实验室湿部调查采用的是由自动化 公司提供的实验室颗粒电荷测定仪及系统 电位分析仪 , 针对纸 机具体流程 , 共取个位置作为取样点 , 分别在这个位置取样测定各自的 电荷需求量及电位 , 将两者的数据进行综合分析 , 可以得出问题产生的根源 是系统 内过量的负电荷造成的结论 。 系统中过量的负电荷不但会消耗大量的阳离 子性化学品 , 增加化学品的消耗 , 还会在系统中产生阴离子垃圾而影响纸机的正 常运行 。 经对 实验数据作进一步分析发现该纸机湿部过量的负电荷主要来源于损 纸 , 为了彻底解决损纸带来的电荷问题 , 引进了公司的一套由浓浆取样 器及 在线电荷分析仪组合成的在线电荷检测系统 , 同时将该系统与纸机部 分白水回收以及白水回用系统以及短流程系统进行组合 , 构成了湿部电荷检测控 制系统 , 实现对该纸机湿部的电荷控制 , 从而彻底解决了该纸机的系统电荷问题 。 通过先后两步对该纸机湿部化学控制进行优化 , 使得纸机以前一直存在的系 统及填料留着率低 、 化学添加剂用量大且不稳定 、 纸机运行效率不理想 、 系统沉 积物多 、 以及白水中 负荷高等一系列问题都得到了一定程度的解决 , 使得纸 机在运行效率 、 化学品消耗 、 产品质量等方面都有显著的改善和提高 。 由于提高和稳定了系统留着率和填料留着率 , 彻底解决了纸机湿部电荷的影 响 , 使得民丰特种纸股份有限公司的 机的成纸质量有了较大的提高 , 如成纸 匀度 、 透气度 、 抗张强度 、 伸长率等物理指标 , 从而提高了用户对产品的信任度 , 进而提升了产品的市场竞争力 , 从而提高该纸机的经济效益 。 关键词湿部 , 留着率 , 湿部电荷 , 。 电位 一一 一 , 苏 , , , , 二 一 , , 一, , , 一, , 一 , 一, , , , , , , , , , , , , , , , , , , 卜 , , , , , 一 , , , 一 , 一 , , , , , , , 二 , 一 , , , , , , , 亡 一,一, 对优化高档卷烟纸湿部化学控制的探索 第一章前言 卷烟行业是一个特殊的行业 , 国家实行专卖 , 自上世纪七 、 八十年代以来 , 烟草行业率先进行技术革新 , 大量引进 国际一流的卷烟设备 , 以提高产品质量和 工作效益 , 从而对与之配套的卷烟纸也提 出了更高的要求 , 因国产卷烟纸由于抗 张强度和伸长率偏低 、 盘纸盘面粗糙易断等原因 , 而不能适应现代高速卷烟机的 要求 , 造成国外卷烟纸大量进入国内市场 , 进 口份额最高时超过总用量的 , 不仅花费了大量的外汇 , 更为严重的是冲击了卷烟纸的民族产业 。 为适应新形势 的需要 , 以民丰 、 华丰 、 恒丰等为主的卷烟纸企业加快技改步伐 , 全套从国外引 进 国际一流的卷烟纸生产线 , 通过各 自的消化 、 吸收 、 改进 、 创新 , 从而生产出 完全能替代进口的高档卷烟纸 。 同时 , 近年来由于卷烟行业的快速发展 , 使得其 在生产装备和生产技术上都有了较为全面的提高 , 因此对与之配套的卷烟纸也就 有了更高的要求 , 要求卷烟纸在产品质量上能满足卷烟工业的需要 , 为了有效提 高产品质量 , 也需要我们优化生产工艺 。 本文通过实验分析研究影响卷烟纸质量 最关键的部位 一湿部化学的研究与控制 , 从而优化湿部化学工艺 , 使得化学药 品在最低的用量时发挥最高的效能 、 细小纤维和填料获得最高的留着率而又没有 破坏纸页的匀度 、 纸料上 网后有更快的滤水速率 、 白水更清洁通过测量获得的 流浆箱电位 、 网下白水的阳离子需求量 、 值 、 网下白水浊度等来调控聚 电介质的加入量 , 从而保证纸料的电荷平衡 , 获得最佳的助留助滤效果 , 来说明 如何通过不断优化湿部控制来稳定和提高卷烟纸的质量 , 达到和超过进口纸的水 平 , 以振兴 民族工业 。 造纸湿部化学理论实际上主要就是胶体化学理论和表面化学的理论 。 造纸配 料中除纤维外 , 其余组分颗粒直径均在胶体粒子范围内即直径小于腼 , 由 于胶体颗粒具有很大的比表面积 , 具有很强的吸附能力 , 大部分造纸化学反应都 发生在这些颗粒表面 , 如纤维 、 填料和细小纤维的絮集溶解的聚合物分子在 纤维 、 细小纤维 、 填料上的吸附树脂和施胶剂分子的聚集树脂和施胶剂分子 在纤维 、 细小纤维和填料上的吸附悬浮和溶解性的阴离子物质表面负电荷的电 和溶解性的无机盐和非溶解性的粒子化合物之间的平衡纤维和细小组分对水 的吸附作用造纸湿部化学品及其作用机理湿部化学测量和控制等等都属于造纸 湿部化学研究的范畴 。 湿部化学对纸机运行性能有正反两方面的影响 。 一方面 , 控制好湿部化学的 有关工艺参数 , 将起到强化纸料滤水性 、 减少空气进入和消除泡沫的作用 , 保持 网部清洁 , 降低白水中固形物的含量另一方面 , 如果这些因素失去控制 , 纸机 运转就不正常 , 如粘网 、 粘辊 , 纸料滤水性降低 , 湿纸幅经常断头 , 纸页产生斑 点和气泡 , 从而降低生产效率 。 由于生产工艺的需要 , 纸张在抄造过程中会添加各种各样的化学助剂 , 对于 这些化学药品来说 , 可以分为以下两种其一是为了获得纸张的各种特殊性能 , 即提高纸页最终使用性能与质量的助剂 , 这类助剂称为功能助剂 , 如干强剂 、 湿强剂 、 施胶剂 、 增白剂 、 染料等其二是为了提高生产效率和改善纸机的运行 性能 , 即促进和改善成形过程为主 , 防止生产产生波动和干扰的各种助剂 , 称为 过程助剂 , 如助留剂 、 助滤剂 、 消泡剂 、 杀菌剂等 。 所谓湿部化学控制 , 其实 主要就是对这些化学助剂进行合理控制 , 使其达到最佳效果 , 从而实现对纸机网 部滤水 、 留着 、 成形 以及白水循环过程和白水质量的控制 , 从而降低化学品及 原 、 辅物料的消耗 , 并使纸机正常运行同时稳定和提高产品质量 。 欧美等西方发达国家在过去的十年之中 , 在湿部化学领域基本上完成了从酸 性造纸向中性碱性造纸的转化 。 从而使得纸张能在较高值下进行抄造 , 其 优点是减少设备腐蚀 , 纤维获得很好的润胀 , 强度提高 , 填料含量提高 , 纸幅 干燥容易 , 车速提高 , 纸的耐久性提高 , 产量增加 , 能耗降低 。 这些造纸技术的 应用推广 , 对湿部化学产生了巨大的影响 。 他们在用 , 填料以及填料改性 、 湿部化学应用于回收纤维 、 填料 、 助留剂 、 增强剂的应用 、 新型湿部化学助剂的 开发 、 湿部化学过程测量与控制等几个方面都已经取得了很大的进展 , 同时 , 在 湿部电荷的测量和控制方面也己经开始进行研究 , 在一些高速的新闻纸机和文化 用纸纸机上已经开始应用 , 但是 , 在薄页纸方面尤其是卷烟纸目前他们并未作全 面深入的湿部化学研究 。 目前 , 国内有些大的造纸企业特别是那些生产新闻纸或文化用纸的企业 , 对 湿部化学控制投入 了大量的人力 、 物力和时间 , 对造纸湿部化学也进行了深入的 研究 , 缩小了与西方发达国家的差距 。 但是目前国内对卷烟纸生产湿部化学控制 方面研究尚少 , 尤其是对卷烟纸生产过程中湿部电荷控制方面的研究更少 , 本文 主要针对卷烟纸生产中湿部化学控制方面着了一定的摸索和研究 , 从而为我们进 一步优化卷烟纸生产工艺 , 进而生产出更高质量的产品提供技术保障 。 第二章文献综述 湿部控制简介 湿部化学对纸机运行性能的影响 一般说来 , 纸机湿部化学状况对纸机运行性能有着十分显著的影响 , 一旦其 湿部化学控制不好 , 就会带来一系列的问题 , 。 纸料的滤水性问题纸料的滤水性在纸机运行中是一个十分重要的性能 , 其好坏直接影响纸页在网上的脱水和成形 , 一般来说纸料滤水性能受纤维 原料类型 、 温度 、 打浆度 、 加填量 、 浓白水的特性白水中固形物的含 量 、 电介质浓度和溶解性有机物的含量等 、 纤维与纤维 、 细小纤维与细 小纤维间的絮凝状况等因素的综合影响 。 沉淀和结垢 问题湿部化学失控时会导致造纸系统不稳定 , 白水浓度急剧 增大 , 经常发生填料沉淀和结垢 , 一般是 由于化学添加剂使用不当造成的 系统 电荷不平衡 、 化学助剂不相容 、 以及化学平衡不稳定等原因造成的 。 糊网 、 糊毯及粘辊问题该类问题与纸料中的溶解性有机物的含量 、 上网 纸料的粘度及系统中微生物的数量有关 , 也与纤维原料种类 、 纸浆类型及 滤水性等有关 , 同时与系统内的阴离子垃圾含量密切相关 。 泡沫问题泡沫的形成主要与表面活性剂如脱墨剂 、 施胶剂 、 填料 、 分 散剂等的添加情况密切相关 。 造纸原料的胶体特性 , 动 电行为 , 以及与之有关的表面电荷特性 所谓造纸胶体系统主要包括纤维 、 细小纤维 、 矿物填料和颜料 、 天然的和合 成的添加剂 , 以及造纸原料中可溶性或胶体性的成分等等 。 为更好地控制好加入 湿部的助留剂 、 助滤剂 , 更好地控制如内施胶剂 、 干湿强剂等一些功能型化学品 在纸料上的沉淀和吸附 , 必须全面研究造纸原料的动电学 。 纤维素纤维上的电荷起源 第二章文献综述 湿部控制简介 湿部化学对纸机运行性能的影响 一般说来 , 纸机湿部化学状况对纸机运行性能有着十分显著的影响 , 一旦其 湿部化学控制不好 , 就会带来一系列的问题 , 。 纸料的滤水性问题纸料的滤水性在纸机运行中是一个十分重要的性能 , 其好坏直接影响纸页在网上的脱水和成形 , 一般来说纸料滤水性能受纤维 原料类型 、 温度 、 打浆度 、 加填量 、 浓白水的特性白水中固形物的含 量 、 电介质浓度和溶解性有机物的含量等 、 纤维与纤维 、 细小纤维与细 小纤维间的絮凝状况等因素的综合影响 。 沉淀和结垢 问题湿部化学失控时会导致造纸系统不稳定 , 白水浓度急剧 增大 , 经常发生填料沉淀和结垢 , 一般是 由于化学添加剂使用不当造成的 系统 电荷不平衡 、 化学助剂不相容 、 以及化学平衡不稳定等原因造成的 。 糊网 、 糊毯及粘辊问题该类问题与纸料中的溶解性有机物的含量 、 上网 纸料的粘度及系统中微生物的数量有关 , 也与纤维原料种类 、 纸浆类型及 滤水性等有关 , 同时与系统内的阴离子垃圾含量密切相关 。 泡沫问题泡沫的形成主要与表面活性剂如脱墨剂 、 施胶剂 、 填料 、 分 散剂等的添加情况密切相关 。 造纸原料的胶体特性 , 动 电行为 , 以及与之有关的表面电荷特性 所谓造纸胶体系统主要包括纤维 、 细小纤维 、 矿物填料和颜料 、 天然的和合 成的添加剂 , 以及造纸原料中可溶性或胶体性的成分等等 。 为更好地控制好加入 湿部的助留剂 、 助滤剂 , 更好地控制如内施胶剂 、 干湿强剂等一些功能型化学品 在纸料上的沉淀和吸附 , 必须全面研究造纸原料的动电学 。 纤维素纤维上的电荷起源 表 一 、 一 、 的电位 助剂 电位 一 表 一 纸浆悬浮液的电位 浆 广纸马尾松 岳纸马尾松 种 酸性浆 机械浆 废纸浆 本色浆 漂白浆 本色苇浆 漂白苇浆 电位 一 一 一 一 一 一 一 表 一 本色马尾松浆各筛份组分的电位 网 目 一 电位 一一一一 一 全筛 一 表 一 不同值下漂白麦草浆的电位 电位 一一一一一一一一 比表面积 由于细小纤维颗粒的体积小 , 单位质量有很大的表面面积 。 报道细 小纤维的表面积是纤维的一倍 , 如表 一 所示 , 说明表面积对表面吸附的影 响较大 , 化学助剂主要是通过 电化学吸附过程而起作用 , 因此 , 细小纤维对造纸 表 一 纤维组分与细小纤维组分的比表面积 盲磁西,一一一一一一不而不石万一 细小纤维组分 一 了 湿部化学的影响特别大 。 细小纤维的吸水能力很大通常是纤维的 一 倍 , 所以细小纤维含量高 , 纸料的比表面积就大 , 在网部的脱水阻力也大 。 造纸系统中阴 、 阳离子的需求量 阳离子 的需求量 用标准阳离子试剂聚烯丙基二甲基氯化按加入到待测纸料中 , 充分混合 、 吸附平衡后 , 将纤维滤去 , 滤液用标准阴离子试剂聚乙二醇硫 酸钾滴定 、 甲胺苯蓝作指示剂 , 滴至终点 , 滤液由蓝变粉红 , 记录下 。 同样量的用滴定至终点 , 记录下 。 一 。 阴离子需求量 。 。一。 。 操作步骤 同上 , 只是两种滴定剂和被滴定剂相交换 , 指示剂仍为 , 但终 点是粉红色变成蓝色 。 胶体滴定比率 当时 , 纸料显净阳电性 时 , 纸料显净负电性 时 , 体系显中性 。 因此 , 要使纸料成形时达到最佳的化学药品留着 、 纸料的最佳助留和助滤效 果各种化学药品的加入位置 、 间隔时间 、 均匀分布等影响因素除外 , 可 以通 过测定上网前后纸料及浓 白水的 、 电位和值来控制聚 电介质的加入 量 , 使上网纸料处在等电点附近 。 造纸填料 概述 在造纸工业上填料一直是重要的原材料 , 在纸和纸板广阔的领域 , 因各种用 途 、 白度等而得到广泛应用 。 新闻纸中加入的特殊填料 , 用于改善其光学性能和 印刷性能 , 文化用纸加填量高达一 , 一方面用于改善难纸的物理性能 , 更 重要的是降低生产成本 , 对于卷烟纸来说 , 其加填量更是高达 一 , 其作用一 方面是改善纸页的阴燃性能 , 另一方面提高纸页的不透明度 、 白度以及透气度等 加填的作用 填充纸页空隙 , 改善纸页结构 提高纸的白度 、 不透明度和光泽度等表面性能 提高纸张的平滑度等外观和手感性 改善纸张的印刷适应性透印性 、 平滑度 、 油墨吸收性 改善纸的形稳性 代替纤维 , 降低成本 。 选用原则 颗粒细而均匀 , 纯度高 , 以增加覆盖力和填料留着率 白度高 、 亮度大 、 无杂质 、 有光泽 相对密度高 , 不易溶解于水 折光率高 , 散射系数大 , 以提高纸的不透明度 化学稳定性好 , 不易受酸碱作用 资源丰富 , 价格便宜 。 造纸填料的类型 造纸填料主要有以下几种 , 对于卷烟纸来说 , 主要是使用碳酸钙 , 尤其是 , 另外有时也配加少量的二氧化钦 , 来提高纸页的不透明度和白度 。 高岭土化学组成 ,、 、。 高岭土制备过程水洗一除杂一除砂一漂白过滤改性处 碳酸钙化学组成一 、户 曰 理 分为研磨碳酸钙和沉淀碳酸钙 二氧化钦有锐钦型和金红石型 三轻基铝 、 , 含 。 , 对提高纸的白度 、 不透明度 、 油 、 、产 几 、 、 墨透印性和阻燃性有好处 。 生产过程铝矿溶解 中 , 然后经水解生成结晶 。 。 滑石粉主要化学成分 , 属斜晶体 , 片状 , 鳞片 状 , 有滑腻感 , 白度 一 。 表 一 填料的物化特性 填料的各物化特性 填料 粒径折光系数比表面积 , 亮度 高岭土 滑石粉 二氧化钦 一 一 一 一 一 锐钦 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 光散射系数 , 一 一 一 一 纤维 空气 水 淀粉 漂 白化学浆 机械浆 一 一 一 成 一 目 一 填料留着 由曹佳等人研究表明 , 大部分填料在一时呈负电性 , 造纸纤维也呈 负电性 , 而填料大部分又留着到纸页中 。 这种作用是怎么产生的呢一般解释 为机械捕集如果填料的首程留着率低于 , 则填料是被机械捕集 。 例如 在高速纸机上 , 由于强的剪切力和系统中过多的阴离子废料 , 助留剂将失效 。 静电吸附作用当填料的首程留着率高于时 , 静电吸附占主导地位 , 填料与 纤维和纤维纸料絮凝 、 絮聚 。 因此 , 留着率是平衡车速与浆流上网剪切力的结 果 。 助留剂及助留助滤化学 纸料组分的主要留着方式 许多学说都认为细小纤维和填料等在纸页中的留着主要通过两种方式作用 , 即机械截留和胶体絮凝作用来实现的 , 而随着对留着机理不断深入的研究 , 认为 后一种作用更为重要 。 细小纤维的机械截留或过滤作用 长纤维形成交织层令使得网 目孔径更小令细小纤维截留令细小纤维 、 填料填 充在纤维网格中但成形元件的脉冲会影响己形成的交织层网络而破坏己截留的 细小纤维的留着 。 细小组分的胶体聚集细 小组分的主要留着机理 在造纸过程中 , 胶体絮聚是细小组分留着的主要机理 , 包括 由纯细小组分形 成的絮凝物以及含有纤维的细小组分絮凝物 。 在后者中 , 细小纤维吸附在表面 上 , 这些细小组分随着纤维在纸机成形部被固定并结合在成形浆垫中叫 。 纯纤 维絮凝是不希望出现的 , 在造纸过程中应尽量避免 。 造纸应促进细小纤维和纤维 间的絮凝 。 为了使细小纤维在纸幅中分布均匀 , 只要在纸页成形之前 , 大多数细 小组分粘附存纤维上 , 就可实现这一点 , 如果仅由细小组分形成的絮凝物通过机 械截留而 留着 , 只有当纸页形成之后才可进行 , 这样 , 先形成的纸幅中细小组分 对纸页的两面性影响不大 。 希望细小组分均匀分布的另一原因是由于化学添加剂 倾向于吸附在细小组分上 , 为了使化学添加剂有良好的分布 , 细小组分必须很均 匀地分布在纸幅中 。 常用的助留剂 助留剂类型 无机盐一硫酸铝 、 膨润土 、 胶体硅 、 胶体氢氧化铝等 天然聚合物一阳离子淀粉等 合成聚合物一 、 子量 一 万 上 。 聚胺 、 工 、 高分子量 低分子量一万 一 万特高分子量 中等分 以 助留剂电荷类型 非离子 、 阳离子 、 阴离子 、 两性型电荷密度低电荷密度 一 中电荷密度 一高电荷密度一特高电荷密度一 造纸工业上常用助留剂 高分子量 、 低 电荷密度的絮凝剂常用在高剪切力 、 高湍流条件下细小 粒子的留着 低分子量 、 高电荷密度的阳离子常用在低剪切力的造纸系统中 , 用于 电荷改性和留着方面 。 非离子 , 为丙烯酞胺聚合物 一 阴离子基团可 以是磺酸基或梭基 , 分子量 、 万 , 低 电荷密度 一 阳离子基团一般为伯 、 仲 、 叔胺基 , 分子量 、 万 , 中等电荷密度 两性阴离子基团是梭基 , 阳离子基团是伯 、 仲 、 叔胺基 。 聚胺 低中分子量和高电荷密度 , 一般与 一以构成双元助留系统 。 聚胺 通常以一的水溶液供应 。 聚乙烯亚胺 支链结构中含有伯 、 仲 、 叔胺基 , 电荷密度随值变化 。 以 一的碱性溶液供应 , 一般作为助留剂和电荷中和剂 。 , 垃 一 一 罕 , , 一 十 十一 玩 七 , 聚氧化乙烯 述 一一一一卜 一 对木素中的酚一有较强的亲合力 , 因而会很强地吸附在机械浆上 , 是 一种很好的机木浆细小组分助留剂 。 作为助留剂的相对分子量一般在 万以上 , 非离子有机高分子 、 阴电荷密度很低 , 常与酚醛树脂共同组成助留体 斗口剑 州 细小组分的聚集机理 吸附今重构今扩散今吸附和重构的聚合物链向颗粒的孔隙内扩散 小 聚合物在纤维表面扁平吸附快速 纤维和聚电介质间的反应 阳离子聚合物加入浆中时 , 吸附会发生三个阶段 浆料中各组分的聚集机理 电中和 电介质或低分子量聚合物加入后 , 通过压缩颗粒的双电层使其排斥力减小到 凝聚电中和 , 异凝聚和补丁 细小纤维的聚集机理 絮凝架桥絮凝和网状絮凝 小于范德华吸引力时 , 颗粒间碰撞引起凝聚 。 异凝聚机理 相反 电荷颗粒间发生的聚集 , 如带阳电荷的颗粒沉淀到纤维表面 。 补丁机理 阳离子聚合物强烈地吸附在负电荷的纤维表面上 , 吸附处的电荷发生反转 变为正电荷 , 称为阳离子补丁 。 通过正电荷的补丁与相邻的表面带负电荷的 粒子间产生静电吸引而发生的聚集 。 吸引的程度取决于聚合物的电荷密度和表面 覆盖程度的大小 , 一般约为 。 架桥絮凝机理 高分子聚合物电介质用于纤维和细小组分聚集时 , 一般按以下四步聚合物 分子吸引到颗粒表面 , 发生碰撞形成初始吸附聚合物的一部分被粘附在颗粒 上 , 而其余部分则伸出外围的水中 , 形成一系列的环和链另一颗粒与伸向聚合 物外的环和链相碰撞碰撞的颗粒吸引聚合物表面形成的环和链 , 在两颗粒间形 成一架桥 , 从而发生聚集 。 影响架桥絮凝的主要因素分子量分子链越长 , 架桥形成絮凝物的能力越强聚合物电荷密度越大颗粒间吸引力越大细小 组分的表面 电荷细小组分表面积越大 , 吸附速率越快 , 颗粒间对聚合物链产生 的吸引越强 。 网络絮凝机理 聚合物今颗粒间的反应今产生网络状物令机械截留令留住颗粒等 细 小组份的助留化学 细小组份的表面化学特性 造纸纤维在无任何化学助剂添加时 , 不同的纤维原料成纸物理性能和首程留 着率也不一样 , 生长期短的麦草浆由于其过目的细小纤维数量较大 , 抄造过 程中将造成大量的流失 , 为保证纸张所需的性能 , 往往在抄纸湿部加入某些功能 型化学助剂 , 而加入的这部份化学助剂能否有效地吸附到纸料组份上 , 取决于纸 料组成对它们的表面性化学吸附能力 。 已吸附有化学助剂的纸料组份最后能否被 有效地留着在湿纸页中 , 而不随白水流失 , 研究认为造纸配料中的细小纤维和填 料直接影响到原材料消耗及其功能的发挥和成纸的质量 。 助留剂及助留系统 阳离子淀粉一阳离子聚丙烯酞胺助留系统 麦草浆细小组份首先用的阳离子淀粉予吸附 , 然后加入的胶 , 通过成形前阳离子聚丙烯酞胺的加入量来研究这种双组份助留系统对细料留着率 和纸页施胶度的影响 , 结果见图 一 和 一 所示 。 日 日门 以乃叮 哥种翻菜界 八互口 一 用量 , 图 一一 用量与细料留着率 乙 侧翻樱 一 用量 , 又 图 一一 用量与纸页施胶率 由图 一 、 一 可知 , 为达到较高的留着率 , 必须加入较多的 一 , 这可能 与细小组份中含有较多的半纤维素和阴离子杂细胞有关 , 它们带有较高的负电 荷 。 在这种条件下 , 更多的阳离子聚合物在发挥助留功能之前就已被消耗 。 阳离子聚丙烯酞胺一阴离子膨润土 微粒助留系统 合成聚合物是一类线性直链高分子 , 用量过大往往会造成纸页匀度的降低 , 而由 一一 组成的双组份微粒助留系统不仅可 以提高细料的首程留着 率 , 降低 一 的用量 , 而且对纸页的匀度有明显的改善 。 施胶后的纸料加入 一定量的 一 , 并经剪切力较强的标准离解器离解秒 , 然后加入的膨 润土搅匀后抄片 , 其结果如图 一 所示 。 一一 二二 赞御田幕界 一 用量 , 图 一一一 用量与细料留着率 由 一一 组成的微粒助留系统 , 与图 一 相比 , 当加有 后 , 两者达到同样的留着率 , 一 的需要量只有单一 一 助留系 统的一半 , 纸页的施胶度也同样有明显的对映关系 。 一 加入纸料中后 , 经高 剪切力作用 , 其分子量有可能下降 , 大部份的细料颗粒以阳离子补丁的形式存 在 , 一 电荷密度越高 , 补丁作用越强 , 再将这些补丁凝结在一 起 , 构成一定粒径范围的大颗粒 , 从而提高细料的留着率 。 一胶体氮氧化铝微粒助 留系统 一胶体氢氧化铝助 留系统中 , 胶体氢氧化铝带有负电 , 与阳离子淀粉构成 微粒助留系统 。 微胶粒氢氧化铝需现配现用 , 值在以上 , 低于氢氧 化铝胶粒将失去负电性 , 转为电中性 、 阳电性 , 氢氧化铝胶粒成为铝离子大 一厂二二 一一门卜 一一弓卜 哥柳田哀界 用量 , 图 一一胶体氢氧化铝加入量与细料留着率 于氢氧化铝胶粒将成为偏铝酸 , 表现出极强的负电性离子 , 失去微粒助留 功能 。 如图 一 所示 。 阳离子聚合物 一阴 离子胶体硅微粒助留系统 胶体硅微粒助留机理与膨润土微粒助留机理相同 。 它们的最大区别在于 比表面积 。 膨润土为铝酸盐呈板片状结构 , 而铝酸盐被夹在两层硅酸盐中 间 , 在板片的表面由于离子的置换作用而带负电荷 , 比表面积在 一 左 右而胶体硅是 由硅酸冷凝成直径 一 纳米的粒子 , 然后在特定条件下成长为 纳米的胶体粒子 , 比表面积 一 , 现场制备的聚硅酸盐微胶粒是通过硫 酸滴定硅酸钠生成 、 纳米粒径的硅胶 , 然后让其熟化连结在一起像一串葡 萄形成微粒胶 , 比表面积高达 负电荷 。 膨润土的负电荷来自于板片表面的离子置换 , 虽然其表面积较 大 , 但相对负电荷密度并不很高 , 因此其用量较大 一 纸相比较而 言 , 胶体硅或胶体硅微粒是其表面被 一 基团所包围 , 这些 一 基团在时 产生电离 , 致使硅粒子带负电荷 , 由于胶体硅微粒的比表面积是胶体硅的 一 倍 , 所以它 的负电荷也是胶体硅 的 一 倍 , 一般胶体硅用量为 一 纸 、 一 纸絮聚颗粒 。 膨润土构成的微絮聚更紧密 , 受剪切力作 用影响小而胶体硅或胶体硅微粒构成的微絮聚粒径比膨润土小 , 且絮聚速度很 快不到 , 絮聚体受剪切力作用较大 , 一旦剪切力消失絮聚就恢复原状 , 因 此 , 采用胶体硅更能改善纸的匀度 。 酚醛树脂 一聚氧化 乙烯助留系统 该系统适用于含磨木浆机械浆或木质素含量高的造纸系统 。 目前 , 该 系统被广泛应用于北美 、 澳大利亚的新闻纸生产上 , 欧洲生产新闻纸还采用 工 一 助留系统 。 酚醛树脂极易与浆纤维上的木质素结合 , 然后聚氧化乙烯高分子 与酚醛树脂络合 , 形成网络絮聚 。 酚醛树脂为苯酚与甲醛的聚合物线性高分子 , 苯环上有酚经基 、 醇轻基 。 酚醛树脂对纸浆纤维上的木质素具有极强的亲合力 , 酚醛树脂牢固吸附在纤维表面聚氧化乙烯为由环氧乙烷集合而成 , 高分子 由亚 乙基通过氧桥交替联结 , 是一种非离子线性高分子聚合物 。 聚氧化乙烯分子中的 氧极易与己吸附在纤维表面的酚醛树脂上的醇轻基形成氢键 , 由于聚氧化乙烯的 长线性分子在稀浆中可以与多根纤维或细小纤维上的酚醛树脂作用 , 因此 , 酚醛 树脂与聚氧化乙烯构成的助留系统特别适合于木质素含量高的造纸系统 , 而且不 受水溶性的阴离子物质如树脂酸 、 胶粘剂等干扰 。 酚醛树脂 一聚氧化 乙烯助 留系统应先加入酚醛树脂用量一般为 、 , 经均匀混合和充分吸附 后 , 再加入聚氧化乙烯用量一般为 、 , 酚醛树脂与聚氧化乙烯的最 佳配比在 。 聚氧化乙烯分子量低于万为聚乙二醇 , 属非离子表面活性 剂 , 常作为涂布润滑剂以改善纸张的光泽和平滑性 。 分子量低于万常作为纸 料分散剂 , 保证纸页的匀度应用在高级卫生纸 , 作为助留剂的聚氧化乙烯分 子量一般在万 以上 , 才能发挥良好的助留助滤效果 。 。 湿部电荷测量与化学控制 造纸系统湿部化学的本质就是胶体化学 , 即带电粒子悬浮在流体介质中 , 有 效地协调带电粒子之间的反应是实现纸机湿部理想化运行的关键 。 近年来 , 随着 浆料电荷分析技术和分析仪器的进步 , 浆料系统中电荷的分布及需求的测定更加 准确 , 并可据此对纸机湿部化学品的添加作出相应的调整以实现其最优化 。 重要的湿部化学参数 赶电位 当带电粒子在极性液体中运动时 , 在粒子紧固层和周围介质之间的滑移面处 产生的电位称为毛电位 , 毛电位是粒子表面的电位 。 抄纸化学是真正的胶体化 学 。 在抄纸体系中 , 可能是 由于纤维素表面的 一 电离 , 以及半纤维素中葡萄 糖醛酸所含的 一 电离 , 纤维表面一般带有负电荷 。 矿物质填料 , 由于粒子和 水之间的相互作用或者 由于吸附其它带电物质 , 也会获得表面电荷 。 毛电位反映 了粒子之间的静电斥力 , 另一方面 , 粒子还因布朗运动而反复碰撞 , 在这期间 , 粒子接近将产生范德华力 , 因此 , 具有同性电荷的两个双 电层之间的相互排斥作 用会使胶体系统保持稳定 , 如果范德华力占了优势 , 将会导致粒子问产生凝聚 。 为了获得良好的留着 , 必须使得弓电位接近于零 , 因为此时吸引力和斥力的合力 非常小 , 不足以阻碍粒子之 间的凝聚 , 所以纤维和填料粒子之间将发生有效的凝 聚 , 获得较高的保留率 。 值 当值升高时 , 毛电位升高 打浆度提高时 , 毛电位升高 当 值很低时 , 纤维表面的电荷几乎为零值对其它离子型添加剂的电离水平有 类似的影响 。 纤维 、 细小纤维和填料粒子表面的电荷密度取决于它们表面的弱酸 性基团 , 大多情况下主要取决于 一 的电离 。 梭酸的约等于 , 实际上 , 在 值小于时梭基己完全质子化 , 此时 , 纤维和细小组分的表面 电荷趋近于 。 随着值的升高 , 更多的 一 产生 电离 , 粒子表面的电荷密度随之提高 , 所以浆料心的电位也会提高 。 值对其它阳离子助留剂也有类似的影响 。 粒子表 面电荷密度的变化表 明值的变化对阳离子助留剂和浆料组分之间的反应会产 生很大的影响 。 电荷需求 电荷需求代表了系统的电荷携带量 。 电荷需求是指给定体积浆料的净电荷趋 于零时所需的电荷量阳电荷或阴电荷 。 因为浆料中含有一些溶解的胶体状物质 。 简称 , 助留剂和纤维 、 细小组分及 的反应是一种表面效应 , 主要是阳离子添加剂与浆料粒子表面的功能基之间 的反应 , 任何使表面功能基产生变化或改变助留剂分子形状的浆料性质都会影响 助留剂的使用结果 。 木材制浆车间 、 漂 白车间 、 回用纸和损纸 以及伴随初始的添 加剂都会带人各种各样的 , 如木素 、 半纤维素 、 分散剂和施胶剂等 , 这些物 质一般带有阴电荷 , 会干扰阳离子助剂和浆料组分之间的反应 , 所以又称这些干 扰物为 “ 阴离子垃圾 ” , 不断增加的白水封闭系统和大量应用机械浆 、 废纸浆的 结果 , 使之变成 了明显的造纸 问题 。 通常用阳电荷需求来衡量浓度 。 电导率 电导率可用于估量试样中总的溶解离子量 , 包括有机离子和无机离子 , 取决 于系统中盐的含量 。 电导率会影响电位 , 电导率升高时 , 反离子的数量增 多 , 会压缩带电粒子的双 电层 , 当电位降到零时 , 阴离子电荷的数量却保 持不变 , 所以仅仅测定系统的电位是不够的 。 封闭循环用水的提高会导致 系统电导率的升高 , 如同 , 电导率的升高也会使表面功能基产生变化或改变 助留剂的分子形状 , 从而影响助剂的使用 。 当电导率升高时 , 会屏蔽带电基团 , 这种屏蔽效应会改变聚合物的分子外形 , 减少其回转半径 , 减弱其作用范围 , 降 低聚合物的活性 。 特别是使用絮凝剂时 , 这种影响更加明显 , 因为絮凝剂作为桥 接分子 , 需要其分子充分伸展 , 才能发挥最大絮凝作用 。 造纸系统中电荷的产生 造纸纤维和各种助剂悬浮在水中都会产生一定的静电荷 , 包括纤维 、 细小纤 维 、 填料 、 助留剂 、 干强剂 、 木素 、 半纤维素 、 分散剂 、 矾土等 , 不论是分散的 颗粒还是溶解的分子都是如此 。 静电荷包括表面电荷和溶解电荷 , 两者在湿部化 学中都起着重要的作用 。 纤维和细小纤维的表面电荷 纤维和细小纤维表面一般带负电荷 , 这些表面阴离子之间的斥力使得纤维能 够在水中稳定地存在 , 而为了获得良好的成形必须在纸机的网部克服这种斥力 。 在硫酸盐浆中 , 纤维素和半纤维素的梭基是电荷的最大来源未漂浆中含有的木 素酚基 、 机械浆经亚硫酸盐处理而具有一定量的磺酸基 , 除磺酸基在宽值范 围内能电离之外 , 纤维和填料的其他荷电基团大多数都是弱酸 , 所以其电离度取 决于体系的值 , 。 颜料和填料的表面电荷 一些矿物颜料如瓷土等 , 晶格上离子的同晶型替代物将导致电荷的不平衡而 产生净电荷也有一些矿物颜料如二氧化钦 , 其电荷源于表面轻基的离子化 。 但 是这些矿物颜料的表面电荷的类型与值和化学环境密切相关 。 造纸系统中的溶解电荷 造纸系统中 , 很大一部分溶解电荷是随原料偶然进入到系统中的外来干扰性 物质 , 它们的存在不但会干扰化学添加剂的使用效果 , 而且还可能导致纸机的运 转性能下降或形成沉积物某些过程助剂如树脂分散剂 、 填料分散剂 、 网毯清洗 剂等也是造纸系统中溶解 电荷的来源之一所有未留存在纸页 内的溶解的功能型 助剂经白水循环进入到纸机流浆箱后成为系统中溶解电荷的又一来源 , 这些物质 被称为 “ 溶解污染物 ”。 其电荷或来源于梭基 阴离子 或来源于各种季钱或叔胺基 团阳离子等其他基团 , 这些基团的电离取决于值和基团的本质 , 这些溶解电 荷的携带者可总称之为聚合电解质 。 卷烟纸的基本特性 卷烟纸是卷烟机械包裹烟丝制成卷烟的薄型包装材料 , 也是具有保证和控制 卷烟和烟丝的燃烧性能的特种工业技术用纸 , 由于当今社会禁烟的呼声越来越 强烈 , 因而对卷烟 的要求也越来越高 , 卷烟纸作为卷烟生产的重要基本材料之 一 , 其性能的优劣对卷烟的质量有很大的影响 。 为了生产出高质量的卷烟纸 , 在有了先进的设备和工艺技术外 , 优化湿部控制亦十分的关键 。 下面是卷烟行 业对卷烟纸制定了特殊的技术要求 卷烟生产要求提供全白色 、 不透明 、 有清晰罗纹的低定量 、 高透气度 、 高 强度的优质卷烟纸 。 卷烟纸的平滑 、 吸胶和盘纸质量要求稳定 , 特别是每个盘纸之间 , 质量必 须均匀一致 、 稳定 。 虽对卷烟纸的抗张强度 、 伸长率不过分强调 , 但要求人们应特别注意卷烟 纸的综合强度 , 即生产中的复卷 、 分切设备及其安装精度 、 灵敏性 。 , 卷烟纸应有一定的坚挺性 , 以适应细支卷烟或低定量混合烟丝的包裹要 求 , 以保持卷烟外形的结实 , 用来减轻卷烟点燃后受热时产生的纵向弯 为使卷烟纸的燃烧与烟丝相适应 , 选用的填料与添加剂要有良好的包灰 性 , 稍 漫的燃烧速率 。 要特别注意卷烟纸生产中的分切 、 包装过程 , 尽量减少和清除掉落或积累 的尘屑 , 以保护卷烟生产环境和卷烟机的高速运转 。 对于造纸湿部化学的国内外研究动态 对于造纸湿部化学来说 , 其研究的内容主要包括造纸湿部理论 、 造纸湿部化 学品及作用机理 、 湿部化学测量 、 控制及应用三大部分 。 就目前来说湿部化学的 基本理论包括胶体特性中的扩散双 电层理论 、 胶体稳定性理论中的理论 、 湿部化学的界面动电理论等经过国内外学者多年来的潜心研究 , 这些基本理论都 己经得到认可并已经成为我们在进行实验研究和实际生产中的理论依据 。 近年来 随着科技的发展和行业领域研究的不断深入 , 造纸化学品也不断出现 , 各种新型 的和改进型的助剂如助留助滤剂 、 成形剂 、 消泡剂 、 施胶剂 、 增强剂 、 特殊功能 助剂等助剂的使用 , 为我们提高生产效率 、 改进产品质量 、 减少原料流失 、 消除 生产障碍 、 改进生产操作起到了无法估量的作用 。 同时 , 近年来 , 由于许多造纸 技术的发展 , 诸如提高纸机车