非纤维添加物质的应用.ppt

第九章 非纤维添加物质的应用（一）,本章概述 添料（调料）的目的,提高纸页质量，赋予纸页某些特殊功能。 （如抗水、增强、柔软和色彩等） 增加产量，改进操作，减少流失，降低成本。（如加填、助留、消泡等）,常用的添料工艺,施胶 加填 染色 使用化学助剂,施 胶,一、概述 （一）施胶的目的 赋予纸页抗墨水、抗油、抗血、抗水和水汽浸蚀的功能。 （二）施胶程度（施胶度） 分为重施胶、中度施胶、轻度施胶和不施胶。,（三）施胶方法 纸内施胶（浆内施胶） 纸面施胶（表面施胶） 双重施胶（浆内和表面均施胶） （四）施胶剂 松香胶类（松香胶、强化松香胶和分散松香胶等） 合成胶（中性施胶剂AKD等） 表面施胶剂（氧化淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等）,二、施胶效果理论 （一）液体在纸页上的扩散与渗透,纸或纸板主要由纤维组成，纤维具有亲水性。纤维本身有微细管，纸页上又有许多孔隙，能起毛细管作用，这样液滴便会在纸面上产生扩散与渗透现象，使纸具有吸液性能。 阻止纸页的吸液性能，就要防止液体在纸页上的渗透与扩散。,（二）接触角与表面润湿,液滴能否在纸面产生扩散并使其润湿，主要取决于纸面对液滴的附着力和液滴本身的内聚力之间的平衡关系。 附着力 内聚力 液滴产生扩散 内聚力 附着力 形成液珠,纸页抗拒液滴润湿的方法,1、降低纸面对液滴的附着力 2、增加液滴本身的内聚力 内聚力是液滴本身固有的物理性质，一般不予改变。 唯一的方法是降低纸面对液滴的附力。而内聚力与附着力之间的平衡关系主要取决于两相间接触角的大小。,三、施胶过程理论,纤维和松香粒子在水中均带负电荷，相互不能接近。为了使松香胶粒子与纤维结合，必须消除这一障碍。 由胶体电位（电泳淌度、Zeta电位）的研究证实，在pH46范围内，松香胶加入硫酸铝液后，所生成的沉淀物具有正电性，这一现象与施胶过程有重要的关系。,2、松香胶沉积物的形成,在施胶过程中，加入沉淀剂（矾土等）后会使松香胶粒子与纤维吸附。但究竟是先使胶料粒子带上正电荷沉淀到纤维表面，还是先使纸浆纤维带上正电荷吸附胶料粒子？,界面动电势学说：,实验结果表明： 由于胶料粒子的负电位较高，粒径较小，所以优先吸附三价水合铝离子（六水铝离子）。,（三）配位学说,配位理论认为，施胶效应是水合铝离子、松香酸和纤维素进行络合反应的结果。,配位学说,（四）施胶效应的完成,施胶效应的最后取得是在纸页干燥过程中完成的。 松香胶料是两性分子， 松香（R-COOH）中的羧基（ -COOH ）是一个极性基，具有亲水性。 R-基（C19H29-)为非极性基，是疏水性基团。,施胶效应的完成,松香胶沉淀物定着到纤维表面之后，只有发生定向排列，才能取得抗液性的施胶效果。 干燥前 干燥后,三、纸内施胶,（一）松香胶体系 1、松香 松香是由称为树脂酸的一系列三环酸所组成，是一种复杂的混合体，松香酸是该系列的主要成分，其分子式为C19H29COOH，分子量302.04。 松香是一种棕色透明的水不溶固体，其颜色从很浅的琥珀色到深红褐色不等。,1、皂化的目的 皂化是将松香和皂化剂在一定的温度下反应，使不溶于水的松香酸转化为溶于水的松香酸钠。,二、皂化松香,4、松香胶的分类,以游离松香含量划分 褐色胶又称中性胶。不含游离松香，即全部松脂酸都被皂化，胶液呈中性或微碱性，颜色为暗褐色。 白色松香胶含有2040的游离松香。颜色呈乳白色，呈碱性。 高游离松香胶含有7080的游离松香。性质不稳定，易凝聚成大颗粒。,（三）强化松香胶,1、强化松香胶的理论依据 松香胶起作用的官能基是羧基。天然松香只有一个羧基。若能设法增加松香中羧基的数量，则可望提高松香胶的施胶性能。,2、马来松香,马来松香是一种改性松香，将松香在熔融状态加入马来酐（顺丁烯二酸酐）。所得产物有三个羧基。,（四）分散松香胶,1、特点 普通松香胶均为皂型松香胶。而高分散松香胶是100 游离松香的高游离松香分散体。 少用或不用硫酸铝作沉淀剂，可用在pH67的条件下施胶。 施胶效果是普通松香胶的两倍左右。,（五）合成胶,1、中性施胶与中性、碱性造纸 合成胶是一类中性施胶剂。中性施胶是指在pH值大于6的弱酸性，接近于中性或弱碱性条件下进行的施胶。 中性、碱性造纸是指在接近于中性或弱碱性条件下进行抄纸。中性施胶剂就是为适应中性或碱性抄纸而发展起来的。,三、表面施胶 属于纸加工的一种工艺。,（一）目的和用途 1、提高纸张表面的憎液性能和印刷适性。 2、提高纸张的物理强度和表面性能。 3、减少纸页的两面差和变形。 4、减少胶料的流失。,（二）表面施胶方法,1、辊式表面施胶（水平辊）,辊式表面施胶（垂直辊）,辊式表面施胶（倾斜辊）,2、槽式表面施胶,3、烘缸表面施胶,4、压辊表面施胶,5、压光机表面施胶,（三）表面施胶剂,1、淀粉 淀粉是一种天然高分子化合物，是一种重要的表面施胶剂。 常用品种有改性淀粉： 氧化淀粉 羟烷基淀粉 阳离子淀粉 阴离子淀粉 酶化淀粉,表面施胶剂,2、纤维素衍生物 羧甲基纤维素CMC，用漂白木浆加烧碱和氯乙酸经醚化制成。广泛用于造纸工艺中的浆内施胶和表面施胶，以提高纸页的强度和耐油性与吸墨性。 此外，还有 甲基纤维素。 羟乙基纤维素,表面施胶剂,3、聚乙烯醇PVA 是以乙炔或石油为原料，聚合制成聚醋酸乙烯脂，再经碱或酸水解而成的高分子聚合物。 具有良好的胶粘强度和成膜性，主要用于表面施胶。,表面施胶剂,动物胶 是用动物的骨头、皮等提炼出来的一种蛋白质。上等的色泽浅而透明，称为明胶。可以用于造纸的表面施胶。,第九章 非纤维添加物质的应用（二）,一、加填的目的和作用 1、改变纸的光学性质 纤维素的折光率为1.53， (滑石粉1.57,瓷土1.55） 填料的折光率和光散射系数均大于纤维素。 通过改变折光率和光散射系数，增加纸页的不透明度和亮度，并防止透印。,加 填,理想填料的粒度，相当于测量光速波长（457nm）的一半，即250nm。,2、改善纸页的表面性能和印刷适性 加填可以改善纸页的平滑度和匀度，提高纸页的吸收性和吸墨性，并降低纸页的保水性和变形性。 3、赋予纸页某些特殊功能 如卷烟纸加碳酸钙，改进透气性，调节燃烧速度。导电纸加入碳黑，以获得导电性。,4、节省纤维原料，降低生产成本 填料的价格是几分钱1kg，而纤维原料的价格是几元钱1kg。因此加填可大大节约纤维用量，并大大降低生产成本。 当然，填料的加入量也不能过大，否则会大大降低纸页的强度指标。,三、常用填料（Fillers）,1、滑石粉（Talc） 在国内使用最为广泛，白度较高（96.8%），粒子呈鳞片状，有皂滑的手感。可提高纸页的平滑度和匀度，改善印刷适性。对施胶的影响较小，价格低廉。,2、瓷土（Clay） 又称高岭土。使用较广泛。除折光率较低外，其余性能与滑石粉相似。此外，瓷土加填对纸页的强度指标影响较大。,3、碳酸钙（Calcium Carbonate） 用于造纸加填用的主要有两种：,天然碳酸钙 研磨碳酸钙、白垩（e）（Grinding limestone, GCC）,人造碳酸钙 沉淀碳酸钙（Precipitated Products Made Synthetically, PCC）,研磨碳酸钙 (Limestone,GCC),沉淀碳酸钙（PCC）,沉淀碳酸钙有三种结构： 1) 针状体（霰石，aragonite PCC） 2) 偏三角面体（scalenohedral PCC） 3) 菱形六面体（rhombohedral PCC）,偏三角面体PCC 菱形六面体PCC,4、二氧化钛 （Titanium Dioxide）,二氧化钛又名钛白粉，是一种高级填料，其白度高（95%），粒度小（0.15-0.3），具有较高的光泽度和光散射系数，覆盖力强，能显著地增加纸页的白度和不透明度。,四、填料的选用,1、书写纸、有光纸等一般纸种，应选用价廉且能满足质量要求的普通填料； 2、薄型字典纸（40g/m2以下），可采用质量良好的二氧化钛填料。,第九章 非纤维添加物质的应用（三）,染 色,一、染色和调色的目的 1、为了生产颜色纸需进行染色。 2、生产白纸需对纸页进行调色，以使得 每批产品的色调趋于一致。 3、对某些纸种，需要提高白度，因此需 加入增白剂增白。,三、色料的分类和性质,色料分为： 颜料有色的填料，不溶于水，与纤维无亲和能力，着色的质量主要取决于其粒度及其在纸页上的分散。分为无机颜料和人造颜料两种。 染料溶于水，着色质量好。分为天然染料与人造染料两种。造纸工业中主要使用人造染料。,人 造 染 料 1、碱性染料,具有氨基碱性基团的有机化合物。可溶于水 ，着色力极强，容易使纤维上色，色彩鲜艳，价格低廉。在造纸生产上应用广泛。 但耐光、耐热性极差，对酸、碱、氯根的抵抗力也弱。故产品容易褪色。,2、酸性染料,具有苯羟基或磺酸基的酸性有机化合物，呈酸性。其染色离子时酸根与钠、钾和铵等阳离子结合而成，极易溶于水，水的硬度和浆温对染色影响不显著。 酸性染料的着色能力和色度的鲜明性较碱性染料差一些，而耐光、耐热性比碱性染料强，但耐酸、耐碱和抗氯性能极差，抗潮解性也较弱。,3、直接染料,直接染料是含有磺酸基团的偶氮化合物，在水中的溶解度比酸性染料差，不溶于冷水，可溶于50oC以上的热水中。 水的硬度对其略有影响。 直接染料的着色力和鲜艳度均远不如碱性染料，而耐热性、耐光性优于碱性和酸性染料。,常用直接染料,直接品蓝 直接胡蓝 直接桔黄 直接大红 直接猩红,4、荧光增白剂,荧光增白剂是一种荧光染料，其化学组