（制浆造纸工程专业论文）废纸脱墨过程中产生的胶粘物及其控制.pdf

废纸脱墨过程中产生的胶粘物及其控制 摘要 随着纸及纸板消费的增长和现代造纸工业产能的迅猛增加，国内 纤维原料供需矛盾突出，缺口逐年增大，加强与完善废纸的回收及加 大废纸浆的消费已越来越成为国内造纸界关注的焦点。在废纸制浆过 程中，废纸的组成及油墨类型的复杂性给脱墨工艺带来了很大的难 度，具体体现在脱墨、漂白及去除胶粘杂质三大要素上，尤其是胶粘 物问题，因其成分的复杂性与多样性及沉积于纸机各部，严重影响纸 张质量、纸机抄造及运行性能，是尘埃度和引起纸机、印刷机上纸页 断头的元凶，胶粘物问题因此成为阻碍废纸利用率提高的一个重要因 素。 本论文从理论与工厂实践两方面对胶粘物的来源、种类、控制方 法与测定及对废纸制浆、纸机抄造及成纸质量等方面的影响等进行了 系统阐述，对于造纸工作者认识胶粘物从而进一步控制胶粘物提供了 参考。 胶粘物来源广泛，除了纸的粘合剂外，油墨和涂料也是胶粘物的 来源。完善废纸回收网络，加强回收过程中废纸的分类与挑拣，了解 各种废纸胶粘物的来源及其化学特性，对分析胶粘物的种类、有效控 制制浆造纸过程中胶粘物发生、保持造纸操作顺利进行及提高终端产 品质量具有重要的意义。 大胶粘物由于它们的尺寸较大，一般是可以通过筛选和除渣来将 它们除去。相反，微细胶粘物，会通过筛选和除渣，它们分散在浆中 或回用水中，失稳时就会形成再生胶粘物，这种胶粘物很难控制，但 有可能被洗涤和浮选除去，同时，微气浮水处理对于去除微细胶粘物 也将起着关键的作用。 废纸中的不溶于水的原生胶粘物，可用机械方法除去，在抄纸时 不难控制。再生胶粘物来源于废纸中的溶解物和胶体物。可在纸机的 前面加入阳离子絮凝剂以促进再生胶粘物在该处的沉淀从而减少在 纸机上的沉降现象。聚一己二烯一二甲基氯化铵( 简称聚一d a d m a c ) ， 作为阳离子有机絮凝剂，是一个十分有效的阴离子垃圾收集剂，它比 其他阳离子聚合物能生成憎水性较弱，粘性较小的沉淀物。 胶粘物粒子形成沉积的主要特性是表面张力和表面电荷。各种生 产变数如p h 、温度和化学药品等是引起胶粘物沉积的主要因素，它们 将使溶解物和胶体物失稳，随后即凝聚和沉积。 胶粘物控制的常用方法中，通常，机械( 物理) 方法是去除大多 数污染物的主要方法，包括筛选，洗涤、浮选、热分散、机械处理等； 化学法包括改变胶粘物粘性和避免沉积的化学处理及除去杂质后产 品没有明显缺点的化学处理和胶粘物形成时能除去的化学处理。生产 中常用的化学处理为用滑石粉大量吸附及用生物酶控制。 关键词：废纸脱墨，胶粘物，原生胶粘物，阳离子絮凝剂 n d r i n k i n gp r o c e s so ft h es t i c k i e s a n dc o n t r o l a bs t r a c t w i t ht h e r a p i dg r o w t h o fm o d e r n p a p e r i n d u s t r i a l p r o d u c t i o na n dp a p e ra n db o a r dc o n s u m p t i o n ，t h e c o u n t r y s i m b a l a n c eo fs u p p l ya n dd e m a n di nf i b e rr e s o u r c eb e c o m e s m o r ea n dm o r es e v e r e i ti sb e c o m i n gt h ef o c u so fa t t e n t i o ni n t h ep a p e ri n d u s t r yt om a k et h ew a s t ep a p e rc o l l e c t i n g s y s t e m m o r es o u n da n dc o m p l e t e ，a n dr e u s et h ew a s t ep a p e ra sm u c ha s p o s s i b l e d u r i n gr e c o v e r e dp u l pm a k i n g ，t h ec o m p l e x i t yo f w a s t ep a p e rc o m p o s i t i o na n di n kt y p eb r i n gm u c hc h a l l e n g et o d e i n k i n gp r o c e s s ，s u c ha si n ka n ds t i c k i e sr e m o v a l ，b l e a c h i n g d u et o c o m p l e x i t ya n dv a r i e t yo fs t i c k i e s ，i ti s p o s s i b l et o d e p o s i ta td i f f e r e n tp a r to fp a p e rm a c h i n ew h i c ha f f e c t sp a p e r q u a l i t ya n dm a c h i n er u n n a b i l i t y 。s t i c k i e sa r ea l s ot h em a i n s o u r c eo fd i r ts p e c k sa n dw e bb r e a k sb o t hi np a p e rm a c h i n ea n d p r i n t i n gm a c h i n e s ot h es t i c k i e sp r o b l e ma l r e a d yb e c o m e sa c r i t i c a lf a c t o rt oh i n d e rt h er e c y c l i n gr a t i oi n c r e a s eo fw a s t e p a p e r h et h e s i se x p o u n d st h es t i c k i e ss o u r c e ，v a r i e t y ，c o n t r o la n d m e a s u r e m e n t i ta l s o p r e s e l l t sh o ws t i c k l e sa f f e c tp u l pa n d p a p e rm a k i n g ，f i n a lp a p e rq u a l i t ye t c t h e s ew i l lp r o v i d et h e i n f o r m a t i o nt oh e l pp a p e r m a k e r sk n o wm o r ea b o u ts t i c k i e s ，a n d c o n t r o lt h ep r o b l e mm o r ee f f e e t i v e l y s t i c k i e sc o m ef r o md i f f e r e n ts o u r c e s ，s u c ha sb i n d e r s ，i n k a n dc o a t i n g i ti s v e r yi m p o r t a n tt oc o n s u m m a t ec o l l e c t i n g s y s t e mo fw a s t ep a p e ra n dc o n t r o lw a s t ep a p e rq u a l i t ya tt h e b e g i n n i n go fp r o c e s s i ti sn e c e s s a r yt oh a v eac l e a ri d e a o f d i f f e r e n ts t i c k l e ss o u r c e sa n dp r o p e r t i e s ，f i n do u tt h e r i g h t s o l u t i o n st os o l v et h e mi nt h ep r o c e s s 。 g e n e r a l l y ，l a r g es t i c k i e sa r ee a s i e rt or e m o v eb ys c r e e n i n g n l a n dc l e a n i n g w h i l em i c r o s t i c k i e sc o u l dp a s st h r o u g hs c r e e n p l a t e ，a n de n t e ri n t ot h ep u l ps u s p e n s i o no rc i r c u l a t i o nw a t e r l o o p ，t h e ya r ep o s s i b l et or e m o v et h r o u g hw a s h i n ga n df l o t a t i o n i n a d d i t i o n ，d a f ( d i s s o l v e d a i r f l o t a t i o n ) w i l lp l a y a v e r y i m p o r t a n tr o l et or e m o v em i c r o s t i c k i e s t h eo r i g i nw a t e rs o l u b l es t i c k i e si nt h er e c o v e r e dp a p e r c o u l db er e m o v e db ym e c h a n i c a lm e t h o d s e c o n d a r ys t i c k i e s r e s u l tf r o ms o l u t e sa n dc o l l o i di nr e c o v e r e dp a p e r t h es o l u t i o n i s a d d i n g t h ec a t i o n i cf l o c c u l a n t sb e f o r e p a p e r m a c h i n et o a c c e l e r a t ei t sp r e c i p i t a t i o n ，t h e r e f o r er e d u c et h ed e p o s i to nt h e p a p e rm a c h i n e a sac a t i o n i co r g a n i cf l o c c u l a n t s ，d a d m a ci s am o r ee f f e c t i v ea n i o n i ct r a s hc o l l e c t o rf o rt h el e s ss t i c k ya n d h y d r o p h i l i cs u b s t a n c e st h a no t h e rc a t i o n i cp o l y m e r t h em a i n p r o p e r t i e so fs t i c k i e s a r es u r f a c et e n s i o na n d s u r f a c ec h a r g e t h eo p e r a t i o nv a r i a b l es u c ha sp h ，t e m p e r a t u r e a n dc h e m i s t r ys t r o n g l ya f f e c t t h ed e p o s i to fs t i c k l e s ，w h i c h m a k ed e s t a b i l i z a t i o no ft h ec o l l o i d sa n ds o l u b l e t h e r e f o r e c a u s ef l o c c u l a t ea n dd e p o s i t t h es t i c k i e sc o n t r o lc o u l db em a n a g e db yt h em e c h a n i c a l a n dc h e m i c a lm e t h o d s m o s to fs t i c k i e sc o u l db er e m o v e db y t h em e c h a n i c a lw a y si n c l u d i n gs c r e e n i n g ，w a s h i n g ，f l o t a t i o n ， d i s p e r s i n ga n ds oo n t h ec h e m i c a lt r e a t m e n ti s t oc h a n g et h e s t i c k i e st a c k ya n dp r e v e n ti t sd e p o s i t i o nm o s t l yb yu s eo ft a l c o rt h eb i o e n z y m e k e yw o r d s ：d e i n k e d ，s t i c k i e s ，o r i g i n a ls t i c k i e s ，c a t i o n i c f l o c c u l a n t i v 废纸脱墨过程中产生的胶粘物及控制 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承 担。 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名 雌名：牡日期：一 废纸脱墨过程中产生的胶粘物及控制 第一章绪论 1 1 我国造纸工业现状及特点概述 我国造纸工业已成为世界造纸工业主要生产国和消费国，同时也 是世界造纸产品主要进口国，产品自给率达8 8 7 ，基本上满足国内 新闻出版、印刷、商品包装等相关行业消费需求。我国纸及纸板生产 企业约有3 5 0 0 家，生产能力约5 6 0 0 万t 。 “十五”期间，我国造纸工业进入快速发展期，为进一步实现： 造纸工业现代化和行业可持续发展打下了良好基础，主要呈现以下特 点。 政策环境基本建立，林纸一体化发展形成共识 消费和生产快速增长，生产量增长速度高于消费量 行业运行质量明显提高，经济效益显著增长 原料结构有所改善，产品结构进一步优化 产业集中度得到有效提高，呈现出产业集群化发展趋势 企业重组力度加大，初步形成一批具有竞争力的龙头企业和多元 化竞争格局 污染防治初见成效，资源消耗有所降低 1 2 废纸脱墨的发展 废纸脱墨起源于1 8 0 0 年，到2 0 世纪才在工业上进行应用，且首 先在欧美、日本发展起来。在我国，尤其是近十年来，废纸的使用量 及脱墨技术亦随着造纸业的快速发展而得以发展。 1 2 1 废纸浆消费量的增长拉动着废纸进口量的突飞猛进 随着纸及纸板消费的增长和现代造纸工业产能的迅猛增加，国 内纤维原科供需矛盾突出，缺口逐年增大，加强与完善废纸的回收 及加大废纸浆的消费已越来越成为国内造纸界关注的焦点。2 0 0 4 年 我国纸浆消费总量4 4 5 5 万t ，其中废纸浆2 3 0 5 万t ，占纸浆消费总 量的5 2 。从进口依存度看，2 0 0 4 年我国进口废纸1 2 3 0 万t ，增长 高达3 14 倍，年均增长高达4 2 7 ，占世界净出口量的3 8 ，成 为世界最大的废纸进口国，占全球废纸出口贸易量的4 4 。 陕西科技大学硕士学位论文 2 0 0 4 年我国废纸用量为2 8 8 1 万t ，利用率为5 3 ；废纸回收量 1 6 5 1 万t ，回收率仅3 0 3 5 ，比全球平均水平4 7 8 低l7 4 5 个百 分点。 1 2 2 废纸制浆技术的发展 高浓、低温、低p h 值碎解废纸； 分级筛筛分废纸浆； 利用完善的筛选系统和新型窄缝筛去除杂质和胶粘物； 两段浮选有利于最大限度地去除胶粘物及提高纸浆白度； 将水循环回路按水质不同分开处理，回收纤维； 用过氧化氢及还原性漂剂结合的两段漂白，将纸浆漂至7 0 以 上自度；另据介绍，还原性漂剂还可有效去除废纸纤维中的有 色物质。 热分散机去除胶粘物及提高漂白化学品的效率。 1 3 选题意义及论文规划 1 3 1 选题意义 随着现代造纸工业产能的快速增长及人们对环保、森林资源保护 意识的增强，造纸资源短缺日益严重，由此，二次纤维的利用越来越 受到重视。 废纸被美称为城市中的森林资源，与原生资源相比，用废纸造纸， 能耗低、环保处理费低、单位原科成本低( 比原生木浆成本低5 0 0 7 5 0 元吨) ，可以大大减少林木、水、电消耗和污染物排放，据估计，回 收一吨废纸以生产0 8 吨再生造纸纤维计，可以少砍1 7 棵大树，节 省3m 3 的垃圾填埋场空间( 固体垃圾减少7 0 ) ，节约标准煤1 2 吨( 节 能6 0 7 0 ) 。节约电6 0 0 千瓦，节水1 0 0m 3 ( 节水5 0 ) ，可减少大气污染6 0 7 0 ， c o o 量减少4 0 ，因此，废纸的再生利用具有显著的社会与经济效益。大力发 展废纸造纸是造纸行业推进绿色消费的关健，目前许多发达国家在进 口纸张时要求出口国的纸产品必须使用一定比例的再生纤维，并将含 有再生纤维的纸称作环保绿色纸张。 但是，随着回用纤维的不断增加、纸机车速的提高和造纸用水的 封闭循环，对再生浆质量和造纸系统的运行稳定性提出了更高的要 求。废纸质量越来越受到关注，主要表现在废纸的组成及油墨类型越 2 废纸脱墨过程中产生的胶粘物及控制 来越复杂，给脱墨工艺带来更大的难度，具体体现在脱墨、漂白及去 除胶粘杂质三大要素上，尤其是胶粘物问题，因其成分的复杂性与多 样性及沉积于纸机各部，严重影响纸张质量、纸机抄造及运行性能， 是尘埃度和引起纸机、印刷机上纸页断头的元凶，胶粘物问题因此成 为阻碍废纸利用率提高的一个重要因素。 1 3 2 胶粘物的控制技术 胶粘物的控制技术可大体分为工艺控制法( 物理机械控制法) 和 化学控制法。前者的控制对象主要是一次胶粘物，是去除大多数污染 物的主要方法，对工艺流程的设计和设备性能的依赖性很大，而后者 的控制对象主要是二次胶粘物。 1 3 3 本论文结合工厂实践 从胶粘物的来源、种类、控制方法与测定及对废纸制浆、纸机抄 造及成纸质量等方面的影响等方面进行了系统的阐述与研究，对于造 纸工作者在利用废纸制浆过程中，认识与控制胶粘物提供了参考。对 于大力发展我国废纸制浆，节约森林资源起到了促进作用。 3 陕西科技大学硕士学位论文 第二章胶粘物的主要来源及其化学性质 在以往的造纸和加工过程中使用的并掺杂在废纸中以及带入回 用系统的添加剂都是回用中胶粘物的来源。胶粘剂、油墨、涂料、脱 墨化学品、湿强树脂以及其他产品和生产用添加剂都可能是回用纸厂 出现胶粘物现象的起因。如油墨的构成除颜料、载色体和调节剂外， 就包括有粘合剂，油墨常用粘合剂有碳氢树脂、松香酯等；涂料的配 方组分包括颜料、粘合剂和添加剂，其中粘合剂种类就有淀粉、大豆 蛋白质、丙烯酸和聚醋酸乙烯酯等。 表2 1 废纸回用过程中肢粘物的潜在来泺 t a b l e2 1w a s t ep a p e rr e c y c l i n gp r o c e s ss t i c k i e sp o t e n t i a ls o u r c e s 现将废纸中胶粘物的几个主要来源分述如下： 2 1 粘合剂 粘合剂产品被造纸界公认为是废纸浆中胶粘物的主要来源之一， 并且是废纸中最严重的杂质。例如在欧洲，胶粘剂总产量的2 8 都进 入了纸张和包装工业，使得今天的造纸工业无论从数量还是销售量都 4 废纸脱墨过程中产生的胶粘物及控制 成为胶粘剂产品的最重要用户。 粘合剂的主要作用是将两种物质的表面粘结在一起。在纸加工 中，粘合剂主要用来粘合杂志、书籍、目录本、密封用标签的涂布、 自封信封的生产和瓦楞纸箱制造等方面。 粘合剂必须满足充分的粘合和结合，除此之外，粘合剂必须有足 够的内在力量( 结合力) 以保证连接物料的结合能经受得住外来的机 械应力。 纸和包装产品的加工中，绝大部分采用水蒸发( 分散式粘合剂) 、 图2 - 1 欧洲纸和纸板加工业中各种粘合荆的 组成纸和纸板加工中应 耗用量( 1 9 9 5 )用的粘合体系也有它共 f i g 2 4e u r o p e a np a p e r a n d p a p e r b o a r d性的地方，生产瓦楞纸 板时主要用液态体系，淀 粉产品为主；书籍粘接传统使用分散胶和热熔物；纸加工业各粘 胶体系中，分散胶占主导地位。 从图2 - 1 中可以看到：欧洲纸和纸板加工业中，分散式粘合剂占 整个粘合剂消耗量的4 0 ；其次是淀粉、糊精、干酪素等天然胶体系 占整个粘合剂消耗量的2 3 ，在高温液态下加工而后冷却形成固形膜 的热熔粘合剂( 如聚尿烷) 则占整个份额的3 l 。 纸制品加工使用的粘合剂组分和应用场合见表2 2 。 5 陕西科技大学硕士学位论文 表2 - 2 纸制品加工使用的粘合荆 t a b l e2 - 2p a p e rp r o d u c t su s e df o rpr o c ess i n gt h eb i n d e r $ 本配方中也含有蜡。 粘合剂常分为： ( 1 ) 热熔粘合剂：热熔粘合剂( h m a ) 在液态下施用，在室温 下冷却。它们最大的用途是粘合杂志、书籍和胶合纸箱。组分中最常 用的热塑聚合物或共聚物有乙烯基醋酸乙烯酯( e v a ) 、苯乙烯一丁二 烯橡胶、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯( p u r ) 、聚异戊二烯等。改性树 脂、原树脂和合成树脂可提供必要的粘稠性。非线性的或分支的蜡和 低分子量的聚乙烯则用来调整热熔粘合剂的粘度和熔点。少量的添加 物诸如填料、热稳定剂以及抗氧剂也有应用。 6 废纸脱墨过程中产生的胶粘物及控制 热熔粘合剂在室温下是固体，通常在6 0 1 2 0 变软。在碱性或 酸性水溶液中，热熔粘合剂通常是不能再分散的，但能溶解于有机溶 剂如二氯甲烷和甲苯，热熔物的密度为0 9 1 o g c m 3 。 ( 2 ) 分散性粘合剂：分散性粘合剂被广泛应用于纸加工中，分 散性粘合剂内含有由不同单体组成的胶粘性聚合物，以十分微细的颗 粒分散在液相中分散介质以外相存在于液相中，它的高极性使分散 性粘合剂特别适用于粘合相纸、木材、织物之类极性物质。 在分散性粘合剂中，通常会有由不同单体形成的多种聚合物存 在。分散的颗粒需要用保护性的胶体或乳化剂来使它们彼此分开并分 布在水中而不至于产生重新凝聚的现象。聚乙烯醇是最常用的保护性 胶体或乳化剂，而用于分散性粘合剂的单体则是醋酸乙烯酯、乙烯、 乙烯丙酸酯和丙烯酸盐。不同单体使分散性粘合剂的特性变化很大， 因为它们可能生成各种不同的均聚物，共聚物或三聚物。 尽管颗粒大小分布会影响液态聚合物的应用特性，但分散物的化 学特性也在很大程度上决定了粘合部位的特性。此外，乳化剂、保护 性胶体的品种和数量对粘合剂的特性也有着决定性的影响。分散的聚 合物有较大的内表面表明一个分散更细的内分散体系。由于这些化学 品组合到粘合膜内，故对纸或纸成品的抗水性等最终特性有着重要的 影响。 液相去除后，分散的聚合物形成胶粘膜，这主要由于蒸发和基质 的吸收。水的除去使颗粒浓度加大直至单个的颗粒相互接触，空隙变 小。比毛细力的增加使具有塑胶特性的颗粒形成均匀的膜。为了保证 这一作用发生，阈温度( 最低的膜形成温度) 对每一种分散性聚合物 是必要的以形成一透明的粘合膜。 分散性聚合物的粘合剂薄膜是热塑性物质，在高温下会变软和塑 性。根据所含不同的聚合物，这一作用发生在6 0 和1 5 0 之间。不 论是哪一种物质，其聚合度越高，则软化温度也越高。同时，较高聚 合度的粘合膜在胶合面有较好的抗热性能。 ( 3 ) 溶剂粘合剂：溶剂粘合剂最佳的应用领域是压敏粘合剂。 早先的压敏粘合剂由由溶剂中的橡胶组成。高挥发性的溶剂蒸发后， 粘合剂的粘度增加，润湿能力下降。当粘合剂组分的分子量增加时， 粘合膜内的结合力也增大。有机溶剂价格的上涨，环保的要求，干燥 费用和溶剂回收费用的增加加快了用非溶剂的胶粘技术来替代溶剂 7 陕西科技大学硕士学位论文 的步伐。用丙烯酸盐分散技术来替代溶剂粘合剂大大扩展了它在纸领 域的应用。目前欧洲粘合剂市场中的溶剂粘合剂的份额已下降至不到 1 5 并有继续下降的趋势。溶剂粘合剂在纸的领域的影响已较小。 ( 4 ) 压敏粘合剂：压敏粘合剂( p s a ) 所用材料都是高粘度、高 粘弹性的液体，由于它们的流动性和润湿特性，只要用轻微的压力即 可粘附在差不多所有的物质表面上。 使用压敏粘合剂的主要有标签、胶粘带、自粘信封等。粘合在使 用上有两种要求：一种是要求牢固的粘合，另一种则是要求可揭起、 可移动或可重新粘合的如留言条，这种粘合在分离时不留残留物并可 多次粘合，因此，由于以上各种不同的要求，也就需要多种不同的化 学成分来满足产品的需求。 p s a 原料中最重要的聚合物是苯乙烯丁二烯橡胶、天然橡胶、丁 基橡胶、聚乙烯醚和聚丙烯酸酯。由于大部分的聚合物不胶粘，故需 要与天然树脂或改性树脂相混合以达到牢固的粘合状态。p s a 的标准 配方如下： 聚合物 3 0 5 0 填料010 树脂 2 0 4 0 稳定剂1 2 软化剂0 4 p s a 材料在低压和室温下粘合。也有粘合剂用于极端条件下的， 如在0 条件下粘贴冷冻食品包装品的，在亚热带高温度条件下粘贴 标签的。压敏胶粘剂的密度一般为0 9 1 1 9 c m 3 ，不溶于水或微酸 微碱的水溶液，但迅速溶解于有机溶剂中。 不同粘合剂施胶的厚度不但影响p s a 的粘合强度，还影响它在废 纸回收时的特性。各种p s a 的粘胶层厚度值如下： 可移动的标签 5 z m塑胶标签2 5 4 0 m 纸标签 2 5 m m 聚酯包装标签 5 0 一9 0 m 纸转移胶带 2 5 u m聚丙烯胶带底层 6 0 1 0 0 l m 高粘胶层主要用于胶带，最薄的施胶层用于可移动的标签。 2 2 印刷油墨 印刷油墨被认为是胶粘物的来源之一，但至今还没有具体的研究 来确认它。在红外光固和紫外光固印刷油墨中，广泛使用了各种丙烯 酸盐和羟基聚酯。当考虑到印刷油墨可能带来的胶粘物杂质时，人们 8 废纸脱墨过程中产生的胶粘物及控制 就会想到无压印刷中所使用的调色剂。在印刷时，这些调色剂往往是 用加热和压力的方法融溶于基质纸并固定在它的上面。调色剂所用的 苯乙烯丁二烯橡胶和聚醋酸乙烯酯会包含有一些像粘合剂的化学组 分。 表2 3 不同印刷方法的黑色油墨粘结科构成及所占比倒 t a b l e2 - 3d i f f e r e n tm e t h o d so fb l a c kp r i n t i n gi n ka n da d h e s i v em a t e r i a l s p o s ea s h a r e 松香酯 带丙三醇或山梨糖醇的松香 酯化物，用苯酚甲醛共聚物来 硬化 石油树脂 烯属炼厂物流的碳氢聚合物 醇酸树脂 水基粘结科 放射固化 粘结料 油改性的聚酯树脂，为千性 油脂肪酸和多官能酸反应而成 乙烯共聚物或苯丙烯酸共聚 物，加胺以提高p h 光或电子束使环氧丙烯酸、 聚酯丙烯酸或尿烷丙烯酸发生 聚合作用或交联作用 嚷 松香酯类难以水解，需要 高碎浆p h 温度 碎浆时这类树脂会乳化或 被分散 需要高碎浆温度和p h 以 水解 苯胺油墨。当胺挥发时， 聚合物沉淀在纸上 此类聚合物不能水解，通 常难以分散，聚合物不溶于 绝大部分的溶剂之中 9 陕西科技大学硕士学位论文 2 3 涂布用粘接料 分散性聚合物和淀粉衍生物被用于涂布粘接料中。合成乳胶、聚 醋酸乙烯酯、聚乙烯丙烯酸盐被认为是生成胶粘物的可能来源之一 一些工厂在加工涂布损纸时会生成一些胶粘沉降物人们称之为“白色 树脂”，这些白色树脂常常还含有无机颗粒、木材树脂组分和纤维。 在白色废纸中发现了大量的涂布粘合剂。杂志含有大约2 的粘合剂。 在纸机抄造过程中，这些白色树脂主要沉降在有相当剪切力的地方如 刮水板和干燥部的地方，粘接料在废纸回用时的释出很像树脂，这两 种物质在显微观察下看起来与胶质颗粒无异 废纸脱墨过程中产生的胶粘物及控制 第三章胶粘物的分类 根据不同的分类标准，胶粘物的分类大致有如下几种方法：按 胶粘物的尺寸大小来分；按胶粘物的行为特性来分；根据胶粘物 的结合状况来分。 3 1 按胶粘物的尺寸大小来分 按胶粘物的尺寸大小来分是最常用的方法，主要分为大胶粘物和 微细胶粘物两种。大胶粘物的定量方法一般借助实验室的细缝筛把其 从浆中筛除，然后用实验室尘埃计数器通过图像分析仪或用人工计数 方法来检测；微细胶粘物粒子一般是通过检测吸附悬浮于污浆中的疏 水收集器上的粘性杂质来定量。每一测定方法均有偏差。 ，( 1 ) 大胶粘物( 1 a r g eo rm a c r o - s t i c k i e s - ) ：一般指大于1 0 0 m m 或 1 5 0 m 直至2 0 0 0 9 m 的胶粘物粒子，一般属于悬浮物粒子，若已在纸 页中则属于尘埃点。另外，在生产实际中，留着于0 1 5 m m 或0 1 0 m m 的实验室缝筛以上的胶粘物被称为大胶枯物，因为这两种规格均被确 定为量化胶粘物之用。0 1 5 m m 缝筛用于量化o c c 浆胶粘物之用，而 0 。l o m m 缝筛则用来量化混合办公废纸、旧报纸、旧杂志纸等脱墨浆 胶粘物之用。 穗绑戢 筑铰熬# 奎聚镊成 艘融窃 抵升子鼙螨融雕形物 3 0 0 0 一一鬟赚，毂均 相对丹芋蠛量 图3 1 大胶粘物和微细胶粘物 的区分( 按尺寸大小) f i g 3 一ls t i c k i e sa n dl a r g ef i n e d is t i n c t i o ns t i c k i e s ( 2 ) 微细胶粘物( s m a l lo r m i c r o s t i c k i e s ) ：通过0 1 5 m m ( 0 c c 浆) 或0 1 0 m m ( 脱墨浆) 的实验室 缝筛的胶粘物被称为微小胶粘物。 这样分类据认为主要依据如下 三个理由：去除大胶粘物和微细 胶粘物的方法不同；减少它们对 抄纸影响的策略不同；量化的方 法不同。 大胶粘物由于它们的尺寸较 大，一般是可以通过筛选和除渣来 将它们除去。如果在纸机 1 1 陕西科技大学硕士学位论文 网前箱处发现大胶粘物浓度高的话， 渣系统需要改进。 即可大致认为流程中的筛选、除 相反，微细胶粘物，会通过筛选和除渣。但有可能被洗涤和浮选 除去它们分散在浆中或回用水中，稳定时不发生闯题，但失稳时就 会形成再生胶粘物，这种胶粘物也很难控制。它们会在流程水中产生 附聚现象，( 1 ) 沉降在纸机成形网上，堵塞网孔，造成滤水困难，增 加停机清洗时间；( 2 ) 沉积在压榨辊、烘缸和毛毯上面，影响纸面脱 水、造成纸页断头；( 3 ) 残留在纸页中，形成污点，增加纸病；( 4 ) 聚集在白水中形成阴离子垃圾，影响阳离子型助剂的作用效果，阻碍 造纸用水的封闭循环。因此，如何消除和控制这一障碍就变得十分重 要，尤其对于废纸配用比例较大的纸厂来说，这一问题的解决则显得 更加重要。 图3 1 十分形象地表现了大胶粘物和微细胶粘物的区别。图中左 侧的括弧表明在此括弧的颗粒大小范围内，细小分散的胶粘物会附聚 而成大胶粘物。图中还标明1 1 0 m m 为接近于胶状，少于1 m 即为 胶状，数均相对分子质量3 0 0 0 5 0 0 0 以下即为低分子量熔融固体。 微细胶粘物的大小范围以及微细胶粘物范围内各种胶粘物范围 的界定由于测定方法的不同，其界线不是很清楚的。例如微细胶牯物 的大小范围有人认为应是5 z m 至1 0 0 # m ( 或1 5 m ) ，另有人则认为应 是5 0 _ m 至1 0 0 m ( 或1 5 0 z m ) ；而微细胶粘物范围内各种胶粘物范围 的界定m r d o s h i 等专家经讨论研究后提出为：悬浮胶粘物2 0 m m 至1 5 0 z m ；分散的胶粘物l m 至2 5 h m ；胶体胶粘物5 z m 至 o 0 0 3 z m ；熔解胶粘物 8 0 ) 是在o 5 m 的颗粒范围内，也就 是说较低的碎浆温度下形成的颗粒要比较高温度下形成的颗粒小。 ( 图中的4 种温度的图标按从左到右的4 个立柱的标记来标明) 在涂布料、黏合剂和黏接料的应用中，聚合物的玻璃化温度( t g ) 是个重要的参数。但在考虑到这些聚合物生成胶黏物的潜能时，胶黏 温度可能要比t g 更加重要。胶黏温度的定义是指在此温度时，黏合 剂会粘着在纸上。在废纸处理流程中，一个具有5 0 或略低胶黏温度 的聚合物容易使黏合剂粘着于纤维或设备上。同时，在通常的流程温 度中，这些黏合剂往往具有展延性，不一定能被筛选除去。 恻粉夫小，“m 巨亟亘面暖匦亟圃 图4 5 温度对颗粒大小的影响 f i g 4 5 t e m p e r a t u r eo nt h ee f f e c t so fp a r t i c l es i z e h u t t e n 等人研究了在不同碎浆温度条件下，聚醋酸乙烯酯和两种 热熔黏合剂的特性。聚醋酸乙烯酯与温度的依赖关系不明显，因为在 2 7 、2 9 和6 0 的碎浆温度条件下，胶黏物碎解程度基本相同。而 这两种热熔物当温度从2 7 上升至6 0 时，由于高温的软化作用而 舯 砷 帅 如 。 掌垂每毫雹菇函善彝善鼙 陕西科技大学硕士学位论文 大部分被降解。 4 2 压力和温度的影响 用p o l y k e n 胶黏性测定仪对压敏黏合剂p s a ( 含有苯乙烯丁二烯 橡胶) 和一种热熔物( 乙烯醋酸乙烯酯) 进行了一系列胶黏性试验( 为 测得移动热熔物和压敏黏合剂所需的力，在不同温度下，采用1 o c m s 的分离速率，不同压力下，接触时间2 s ，压力5 0 0 1 0 0 0 0 m n c m 2 ，其结果见表4 2 。 表4 2 温度和压力对压敏黏合剂和热熔黏合荆胶胶黏度的影响 t a b i c4 - 2t e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r eo nt h ep f e s s u r e s c n s i t i v ca d h e s i v e s a n dh o tm e l ta d h e s i v ep l a s t i cv i s e o s i t y 2 2 84 0 9 6 9 3 4 3 34 0 1 3 _ 4 - 9 8 p s a6 0 2 6 7 6 3 1 7 6 7 1 8 6 8 4 - 3 1 7 0 9 7 4 - 9 29 8 4 3 6 61 1 1 5 6 2 71 3 3 5 5 8 1 5 1 7 6 5 6 5 3 6 7 8 0 5 3 8 8 土3 1 6 6 4 9 2 6 3 7 1 3 4 2 3 7 1 7 2 1 3 9 2 0 2 83 8 1 7 2 7 2 4 1 1 3 5 2 9 6 7 2 0 3 0 8 4 2 63 1 7 2 2 2 9 3 31 6 1 9 2 42 0 6 5 2 32 0 8 0 1 52 0 7 6 3 72 1 6 9 3 3 2 2 80 热4 3 30 熔6 00 物7 6 70 9 3 35 5 8 1 2 3 0 o 0 0 o 7 3 1 4 0 o o 0 0 2 0 6 3 4 - 2 43 2 9 9 7 5 3 3 8 1 77 9 7 2 81 7 4 。6 4 - 3 63 2 5 9 4 4 1 0 8 1 2 91 1 6 2 5 31 2 0 9 - + 5 22 7 6 7 1 8 3 从表4 2 可以看到：当接触压力增加到1 0 0 0 m n c m 2 时，胶黏度 随着压力的增加而增加。p s a 的胶黏度随着温度的增加而下降，当温 度达到9 3 3 时，除最小的接触压力5 0 0 m n c m 2 外，所有接触压力 值的胶黏值趋向于相同。 至于热熔物，2 2 8 和4 4 3 的胶黏度等于o 。胶黏度随着温度 的增加而增加，但不是均衡地增加，最高的胶黏性在6 0 至7 6 7 之间以及1 0 0 0 0 m n c m2 的压力条件下。 一家造纸化学研究所用由苯乙烯一丁二烯橡胶制成的涂胶纸进 1 8 废纸脱墨过程中产生的胶粘物及控制 行胶黏性试验。两种压力( 1 0 0 0 r a n c m 2 和1 0 0 0 0 r a n c m 2 ) 下，五 种不同温度，两个接触时间( 0 5 和2 0 s ) 。表3 3 是这种涂胶纸的试 验结果。 表4 - 3c o s st a b s 的胶黏数值 t a b l e4 3n u m e r i c a ls t i c k i eso fc o s st a b s 接触压分离速率， 温度 c接触时间s 胶黏值g ( m n c m 2 ) ( c m s ) 2 2 8 0 51 0 0 0o 53 7 6 3 - + 7 4 5 1 0 0 0 00 57 7 5 9 4 - 1 1 5 7 2 o1 0 0 00 55 9 3 3 - + 7 2 4 1 0 0 0 0o 51 1 7 9 7 8 8 1 4 3 3o 51 0 0 0o 52 2 0 0 7 8 1 1 0 0 0 0 0 55 5 7 2 8 7 0 2 o1 0 0 0o 5 5 2 9 0 6 2 5 1 0 0 0 00 57 6 9 1 - + 4 5 4 6 00 51 0 0 0o 51 9 1 9 - + 3 8 5 1 0 0 0 00 54 1 4 5 - + 2 2 0 2 o1 0 0 0o 53 5 5 4 - + 6 2 5 1 0 0 0 00 54 7 5 4 6 6 1 “ 7 6 70 51 0 0 00 51 5 4 2 3 2 7 1 0 0 0 0o 52 9 2 6 3 2 5 2 o1 0 0 0o 52 6 6 5 7 6 7 1 0 0 0 00 5 3 0 7 1 4 4 1 3 9 3 3o 51 0 0 00 51 2 9 9 2 1 4 1 0 0 0 0o 51 8 1 0 4 - 3 1 8 2 o1 0 0 0 0 52 0 9 8 2 1 6 1 0 0 0 0o 5 2 3 1 1 2 5 7 c o s st a b 是一种叠接用涂胶纸，成分中含有苯乙烯丁二烯橡胶 从表中可以看到：较低的温度，较高的压力( 如1 0 0 0 0 r a n c m 2 ) ， 黏合剂显现出较高的胶黏值，特别是在较长的接触时间条件下。温度 上升时，黏合剂的胶黏度下降，此时不同压力条件下的胶黏值就相差 1 9 陕西科技大学硕士学位论文 很少了。 4 3 钙离子的影响 p i r ai n t e r n a t i o n a l 在试验中发现，当在纸浆悬浮液中加入氯化钙 并使溶液硬度保持在3 x 1 0 4 时，胶黏物沉降的面积大大减少，而胶黏 物颗粒的平均大小却增加了进一步的研究表明：在碎浆的各个参数 中，钙离子浓度是既影响胶黏物的数量又影响微小胶黏物颗粒大小分 布的惟一变数。由于钙形成二价的阳离子，其效应估计是促进了胶黏 物的附聚作用。 4 4 脱墨化学剂和添加剂的影响 通常加在碎浆机内的氢氧化钠会溶解由酸性单体制成的聚合物， 这些溶解的聚合物碎裂形成胶质胶黏物 s a b r a h a m 发现，在碎浆时加入阴离子钙皂，会显著减少胶黏 物的数量，可能是碎浆时产生的包覆作用防止了胶黏物进一步碎解成 细小颗粒 4 5 温度对胶粘物比重的影响 为了检验胶黏物的构成和浮力在废纸处理系统中的关系，造纸科 学技术研究所从两家回收o n p 工厂的废纸处理流程的开始( 碎浆) 至末尾不同地点进行了采样。检验结果表明聚醋酸乙烯酯和丙烯酸盐 混合物的浓度从碎浆机开始，流程向下至最终良浆为止是不断地在增 加。即使有筛选和除渣器将它们除去，其浓度仍不见有减少。从碎浆 机和最后精选良浆中取得的胶黏物进行的转变温度测定结果显示流 程末尾的转变温度较高，在此温度下，胶黏物的相对密度为1 ，也就 是说它不能被除渣器除去。当水的温度下降到胶黏物的转变温度之下 时，胶黏物的相对密度会超过水并在水中下沉。胶黏物的热膨胀系数 通常要高于水，2 0 时，p v a 的热膨胀系数为水的3 倍，因此，如果 前向除渣器和逆向除渣器在系统中以不同温度运行时