（林业工程专业论文）麦草杨木混合浆生产中性高白度纸的研究.pdf

麦草一杨木混合浆生产中性高白度纸的研究 摘要 漂白杨木浆白度稳定性比漂白麦草浆要好，且漂白杨木一麦草混合浆( 各5 0 ) 的白度稳定性也远优于漂白麦草浆。从物理强度分析发现漂白扬木麦草混合浆的 性能介于漂白杨木浆和漂白麦草浆之间，在漂白麦草浆中配用漂白杨木浆将明显 提升了漂白麦草浆的性能 研究结果表明，造纸湿部p h 4 j 控制在7 5 8 5 ，阳离子助剂对纸料的吸附效果 最好，碳酸钙填料吸附的化学药品最少，而且相对高的p h 值有助于a k d 施胶反应 活化能的降低。a k d 胶的浓度以1 左右分散性能和吸附能力最好，在浆浓1 o 左 右时施胶效果最好。纸料的稀释使用白水时a k d 的施胶效果好于使用清水，可能原 因为自水中有部分未留着的a k d ，实际上提高了系统中a k d 的加入量 直接染料对纤维素纤维的亲和力高，纤维易着色，而且色牢度高，特别是耐 晒型直接染料的耐晒牢度达到4 5 级，能够保证纸面色相的稳定性。v b k 荧光增 白剂是将v b l 进行改- 挂后的产品，呈青光微紫，增白性能极好，溶解性好，反应 好，经实验，该增白剂用量能达到1 5 n 返黄，用量到6 时，原料白度就能提 高l q1 1 0 ( i s o ) ，返黄值小，v b k 是生产高白纸的最佳增白染料。 硅铝微粒助留系统对纸料的助留助滤性能优于常规c s c p a m 助留助滤体系， n - g - c s c p a m 一硅铝微粒助留助滤体系又要胜于c s 一硅铝微粒助留助滤体系。硅铝 微粒系统适合高剪切力- f 4 吏n ，形成的絮聚体细小、紧密而牢固，脱水速度快， 滤液浊度低。 氧化淀粉加表面施胶剂s a a 配合使用，具有良好的抗水功能和成膜能力，尤 其适应高加填纸和细小组份含量高的纸种。s a a 表面施胶剂与氧化淀粉配合，使 得纸的表面强度提高了5 0 1 5 0 ，表面吸水值下降了1 8 。 生产实践表明，采用中性造纸工艺、高效微粒助留助滤技术及合成表面施胶 剂的纸表面处理技术，高配比草浆也能造出和全木浆相当质量的纸。生产的纸张 各项物理指标均达到或超过国家标准，用户反馈，各项印刷性能良好。 关键词：a k i ) 施胶；调色；硅铝微粒助留助滤；合成表面施胶荆；中性高白度纸 s t u d y o nt h em i x e dp u l p s o fw h t o e a t s t r a wa n d p o p u l a r pulpmaken e u t r a lh i g hb r i g h t n e s sp a p e r a b s t r a c t b r i g h ts t a b i l i t yo f b l e a c h e dp o p u l a rp u l pw a sb e t t e rt h a nt h a to f b l e a c h e dw h e a t s t r a wd u l p s ow a st h eb l e n do fb l e a c h e dp o p u l a ra n dw h e a ts t r a wp u l p ( 5 0 ：5 0 ) i t w a sf o u n dt h a tp h y s i c a ls t r e n g t ho ft h eb l e n do fb l e a c h e dp o p u l a ra n dw h e a ts t r a w p u l pw a sb e t w e e nt h a to fb l e a c h e dp o p u l a rp u l pa n dt h a t o fb l e a c h e dw h e a ts t r a w p u l p s t r e n g t ho f b l e a c h e dw h e a ts t r a wp u l pc o u l db eo b v i o u s l ye n h a n c e di fb l e a c h e d p o p u l a rp u l pw a s u s e di nb l e a c h e dw h e a ts t r a w r e s u l t ss h o w e dt h a tw h e np hv a l u ei nw e t e n dw a sc o n t r o l l e db e t w e e n7 5 a n d 8 5 c a t i o n i ca i d sc o u l db eb e s ta d s o r b e do nf u r n i s ha n dl e a s to nf i l l e rc a c 0 3 i n a d d i t i o nh i g hp hc o u l dh e l pt or e d u c ea k ds i z i n gr e a c t i v ee n e r g y w h e na k d c o n s i s t e n c yw a sa b o u t1 ，i t sd i s t r i b u t i o na n da b s o r p t i o nw e r eb e s ta n db e s ts i z i n g e f f e c t i v e n e s sw a so b t a i n e da sa d d e di n1 0 p u l p a k ds i z i n ge f f e c t i v e n e s sw h e n f u r n i s hw a sd i l u t e dw i t hw h i t ew a t e rw a sb e t t e rt h a nw i t hw a t e r t h er e a s o nc o u l db e t h a tt h e r ew a ss o m en o tr e m a i n e da k d i nw h i t ew a t e r ，a c t u a l l 3 ) a k dw a si n c r e a s e d i nw e t - e n ds y s t e m d i r e c td y e sh a dg o o da p p e t e n c et oc e l l u l o s e ，s of i b e rw a se a s yt ob ec o l o r e du p a n dh a d h i g hc o l o r f a s t n e s s e s p e c i a l l y o fl i g h t f a s td i r e c t d y e sh a d4 - 5d e g r e e c o l o r f a s t n e s ss oa st oc o u l dk e e pp a p e rc o l o rs t a b i l i t y v b kf l u o r e s c e n ta g e n tw a s o b t a i n e df r o mm o d i f i e dv b l i ts h o w e d s l i g h t l yp u r p l e ，g o o dd y e i n g ，g o o d d i s s o l u t i o na n de a s yr e a c t i o n f r o me x p e r i m e n ta si t sd o s a g ew a s15 p a p e rd i dn o t r e t u r ny e l l o w a s - i t sd o s a g ew a s6 r a wm a t e r i a lb r i g h t n e s sc o u l db ei n c r e a s e dt o 1 10 ( i s o ) a n dy e l l o wb a c kv a l u ew a sl i t t l e s ov b kw a so p t i m a lw h i t ed y e si n h i g hw h i t ep a p e r s i l c a a l u m i n u mm i c r o p a r t i c l er e t e n t i o na i ds y s t e mw a ss u p e r i o rt oc o n v e n t i o n a j c s c p a ms y s t e m m o r e o v e rc s c p a ma n ds i l c a - a l u m i n u mm i c r o p a r t i c l er e t e n t i o n a i d s y s t e m w a s s u p e r i o r t oc o n v e n t i o n a lc s c p a m s y s t e m s i l c a a l u m i n u m m i c r o p a r t i c l er e t e n t i o na i ds y s t e mw a sa d a p tt ob eu s e du n d e rh i g hs h e a r i n gs t r e n g t h a n dc o u l dm a k ef l o cs m a l l e ra n dm o r ec o m p a c ts oa st om a k ed r a i n a g es p e e d h i g h a n df i l t r a t el o w t u r b i d i t y o x i d a t i v es t a r c hc o o p e r a t e dw i t hs a ac o u l do b t a i nf a v o r a b l ew a t e r r e s i s ta n d f i l m ，e n h a n c es u r f a c es t r e n g t h5 0 15 0 a n dd e c r e a s e ds u r f a c ew a t e ra b s o r p t i o n18 p a r t i c u l a r l yi tw a ss u i tt ob eu s e di np a p e rw i t hh i g hf i l l e ra n df i n e p r a c t i c es h o w e dt h a th i g hc o n t e n to fw h e a ts t r a w p u l pc o u l db em a d ei n t od a p e r a sg o o da sw h o l ew o o d p u l pa n dp a p e rp e r f o r m a n c ew a sc o n s i d e r a b l eo rb e t t e rt h a n s t a t es t a n d a r dw h e nn e u t r a l p a p e r m a k i n gt e c h n o l o g y ，h i g he f f e c t i v em i c r o p a r t i c l e r e t e n t i o na i ds y s t e ma n ds y n t h e s i z e ds u r f a c es i z i n gt e c h n o l o g yw e r e i n t r o d u c e d k e yw o r d s ：a k ds i z i n g ，d y e ，s i l c a - a l u m i n u mm i c r o p a r t i c l e ，s y n t h e s i z e d s u r f a c e s i z e ，n e u t r a lh i g hb r i g h tp a p e r 致谢 铲 7 5 9 2 4 7 本论文是在导师彭毓秀教授、崔芳兰高级工程师的严格要求和悉心指导下完 成的。四年来，导师为论文的顺利完成倾注了大量的精力，并给予了各方面的帮 助。导师渊博的学识、严谨的治学态度、科学的思考方式，严厉而宽厚的师德使 我受益匪浅。在此，特向导师表示最真挚的谢意。 论文研究过程中得到了公司领导、技术处及相关部门、车间技术人员的大力 协助和支持，期间也得到了苏州天禾造纸化学品有限公司、山东平度淀粉厂、中 国矿业大学华洋公司、东营德胜化工公司在研究和生产实践期间在化工原材料方 面的大力支持感，持此一并表示衷心的感谢。 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：安庆坤 二0 0 五年四月 第一章文献综述 1 1 概述 草类纤维原料属于禾本科一年生植物，由于其资源广泛、价格低廉将它们 用作一般文化用纸造纸原料，具有纸页匀度好，生产成本低等优势，而且可以节 约大量的木材纤维资源。因此，在加拿大、中南欧等以木材纤维造纸的国家也受 到越柬越大的重视。过去漂白麦草浆抄纸多采用传统的松香硫酸铝酸性造纸 工艺，纸的耐久性、形稳性差、抄纸时纸料的滤水性差、造纸废水不能封闭循环 等。目前，国际上( 包括中国) 造纸工艺基本上已转向中性碱性造纸工艺，使用 性能更好的碳酸钙填料，改善了纸的耐久性，降低能耗，提高产量，减少设备腐 蚀和更少的废水排放等。只要采用适合草类纤维造纸的施胶、助留助滤及纸的表 面处理技术，高配比草浆也能造出和全木浆相当质量的纸【上3 1 。 1 2a k d 中性造纸技术 1 9 5 7 年h e r c u l e s 公司推出烷基烯酮二聚体( a k d ) 乳液并应用到高级文化纸 和液体包装纸板上，向已经存在近二百年施胶历史的松香硫酸铝酸性造纸提出挑 战，_ 丌韵合成内施胶剂中性，碱性造纸的先河f 4 】。1 9 7 6 年国民淀粉公司推出了烯基 琥珀酸酐( a s a ) 用于中性碱性造纸【5 1 。a k d $ 1 a s a 两种施胶剂都适宜在 p h 7 o 8 5 进行弱碱性施胶，使用白度高、光学性能好的碱性c a c 0 3 填料，有效 地提高了纸的物理强度和耐久性，改善了纸的光学性能和e p 届j j 性能，也可减轻环 保压力、降低生产成本等0 1 。据统计，1 9 9 6 年时西欧8 5 为碱性纸，北美为 9 5 ，而我国是在二十世纪八十年代( 比美国迟十年) 开始引进这一新的施胶技 术，在九十年代后期a k d 原粉制备技术、a k d 施胶剂乳化技术及a k d 应用技术 同趋成熟，特别是在草类纤维a k d 中性施胶技术方面取得突破，由此加快了造纸 工业由酸性向碱性的发展步伐1 1 1 , 1 2 。 漂白麦草浆& k d 中链硼滟造纸技术已在国内许多纸厂推广应用，由于助留 系统同趋完善，a k d 胶的用量已接近木浆造纸所需的量。a k d 与纤维的吸附和 反应动力学研究结果表明，选择合适的a k d 胶及加入位置，有针对性的助留剂 和助留系统，控制好湿部的p h 值，合理的干燥温度，以及表面施胶工艺，可较 大程度地改善a k d 施胶效能和纸的表面强度，提高纸张品质的同时降低生产成 本。目前， a k d 中性，碱性造纸技术已广泛应用于各种纤维原料造纸生产中，如 本色化学木浆，漂白化学木浆、高得率木浆和化学草浆等。生产的纸种有高级文 化用纸、包装纸和纸板、特种工业用纸、液体包装纸板、水果套袋纸和纸浆模 塑餐具等，对于高得率浆和化学草浆上的应用技术也已成熟旧“j 。 a k d 中性碱性造纸，虽然有比酸性造纸更多的优势，但由于碱性造纸细料 单程留着率的提高，纸中过多的填料含量尽管没有降低的抗张强度等物理指标， 却降低了纸的表面强度和动静摩擦系数，这一现象在全草浆纸中尤为明显。针对 中性，碱性造纸出现的上述问题，b a s f 公司和m o n s a t o 公司推出的合成表面施胶剂 用于纸页表面施胶，不仅克服了这些难题，而且也改善了纸的表面吸水值，使纸 的质量档次又上了个台阶1 15 1 6 1 。 1 3 纸的染色增白技术 纸张染色技术的实质是使用染料来改变纸张的颜色，或提高纸张的视觉白度， 以满足人们的感官需求。由于造纸所用的染料只占染料工业产量的很小比率，且 染料对纸张性能及生产过程的影响远小于施胶剂、助留剂等许多其它造纸化学品， 所以对于纸张染色技术的研究，无论从国际还是从国内来看，进行得都不是很多。 在舀外，对于纸张染色技术进行研究的主要是一些从事染料生产的化学品公 司如拜耳( b a y e r ) ，科莱思( c l a r i a n t ) ，汽巴( c i b a ) ，巴斯夫( b a s f ) 等。 对于不同纸张纤维原料的染色性能和方法作了广泛的研究，开发出了一批专用于 纸张染色的染料。以拜耳公司为例，目前已经开发出了四大类，近两百种不同颜 色的造纸专用染料，以及与之配合使用的固色剂，针对于不同的使用场合、使用 要求提供不同的染料品种和使用方法。【1 7 在染料的计量添加设备方面，b r a n + l u e b b e 、p r o m i n e n t 等公司针对于染料的使 用要求，开发了专门的染料计量添加系统。这些染料计量添加系统，尤其是连续 计量添加系统已经得到广泛的应用。 - 在纸张颜色的调配和在线检测调节方面，广泛引用了计算机测配色技术，解决 了人工配色的既费时又难以适应现代t 、i i , 生产的要求，正确程度差的问题。现代 计算机配色通常由分光光度计和配有专用程序的电脑两部分组成，分光光度计测 取颜色纸样、着色原纸和染料等色彩的原始数据后，再经计算机进行运算处理最 后给出配色方案。当现色和目标色之间由于原料性质和工艺参数等因素的影响存 在较大的颜色差异时，同样由电脑配色系统对所用配方进行修正，将色差控制在 允许范围之内。典型的计算机配色系统有德国m a c b e t h 测色配色系统，瑞士 c m c 一2 0 0 0 测色配色系统，m a t c h m a t e 电脑配色系统，d c 电脑测配色系统，m m 系列电脑配色系统等。 在国内，从事纸张染色技术研究的主要是一些纸厂的技术人员。纸张染色技 术的研究更多的是围绕着如何使用现有染料达到所需的颜色，采用的方法很多还 是以色彩合成与颜色混合理论为基础的人工配色技术。虽然目前中国染料工业的 年产量和和贸易量都居世界第一位，常年生产大类染料约5 3 0 多个品种， 1 9 9 8 年全国生产能力约3 0 力- 吨，产量约2 6 4 万吨，占世界总产量的3 3 。1 1 9 】 但在这么大的染料产量和品种中，却极少有专门用于纸张生产的品种。这说明在 我国造纸工业中染料的使用还处于粗放阶段，还没有根据造纸原料的特点提出针 对性的要求，套用常规的染料实际上包含着巨大的浪费，导致低效果高成本高污 染。 目前国内的一些规模较大的纸机和新建的造纸生产线已经普遍使用进口造纸 染料，使用染料连续计量添加系统，个别工厂如金华盛纸业，已经丌始使用在线 纸张色相调节控制系统。在这些使用更先进的造纸设备，更好的造纸助剂，生产 更高档次纸张以满足市场需求的要求下，某些国际染料生产商也开始在国内设厂， 生产造纸染料，相信在不久的将来有良好基础的国内染料生产企业也会开发出一 些造纸染料。 据统计，2 0 0 1 年全国纸及纸板总生产量为3 2 0 0 万吨，其中新闻纸产量1 7 3 万吨，印刷书写纸产量8 0 0 万吨，包装用纸产量4 0 0 万吨，白板纸产量3 0 0 万 吨，牛皮箱板纸产量2 2 0 万吨，【2 0 】共计1 8 9 3 万吨的纸和纸扳需要进行调色或 染色：此外，还有2 7 0 万吨生活用纸，6 5 万吨的特种纸和纸板，部分需要染色。 这样，总计约2 0 0 0 万吨纸和纸板，即全国总产量三分之二的纸和纸板需要进行 调色或染色。 在进行纸张调色时，染料的添加量一般只有几十克每吨纸，而进行纸张染色 时，染料的添加量一般也只有凡公斤每吨纸。但如此少的染料添加量的变化却会 引起纸张外观的巨大变化，直接影响纸张的等级。 碱性染料通常是含有碱性基团如氨基或取代的氨基盐酸盐。碱性染料都是阳 性的，由于与木质素的亲和力好，适用于未漂浆和机械浆的染色。碱性染料色泽 鲜艳，但耐光性差。1 2 ” 常见的碱性染料牌号有：b a s a z o l ( b a s f ) ，a s t r a ，v e r o n a ( b a y e r ) ， c a r t a z i n e ( c l a r i a n t ) ，s e v r o n ( c r o m p t o n & k n o w l e s ) 等。【2 2 】国产碱性染料有碱性湖 蓝，碱性紫，碱性品绿等。 直接染料主要是含有磺酸基或羧基的偶氮复合物的钠盐。分子中含水溶性基 团，能在中性或弱酸性水溶液中对纤维素纤维直接染色，所以叫做直接染料。直 接染料大多数为阴性，也有少量阳性的，适用于大多数纸浆的染色，故应用最广。 直接染料的分子结构与酸性染料相似，但分子链更长，水溶性基团少，故与纤维 的亲和力好。直接染料的色泽没有酸性和碱性染料鲜艳但耐光性较好。有时需 要固色剂来提高染料的固着。 2 3 2 4 常见的颜料牌号有：f a s t u s o l ，p i g m o s o t ( b a s f ) ，b a y f e r r o x ，h a l o p o n t ，l e v a n y l ， p o n o l i t h ( b a y e r ) ，i r g a l i t e ，u n i s p e r s e ( c i b a ) ，c a r t a r e n ，f l e x o n y l ( c l a r i a n t ) 等。 【2 5 】国产 直接染料有直接紫，直接蓝等。 表1 - 1 造纸常用染料性能比较1 2 6 1 l染料直接染料酸性染料碱性染料颜料 【离子性阴阳阴阳阴中 漂白浆亲和力 + + + + 术漂浆、损纸浆、 上 + + + + 磨木浆亲和力 耐光性十至0 + + 到+ 十+ 至0 + + + + + 非常通用：甲生纸，含磨术浆的文化用 涂料，特种 主要应浸渍染色 不含磨木浆的文化用纸挂面纸，包装纸 纸纸新闻纸 注：+ + + 优+ + 良，+ 中，一差 1 4 助留助滤及清洁生产技术 助留系统的发展经历了单组分的助留剂，双组分助留系统及微粒助留系统( 微 一粒子) 三个阶段。目前，微粒助留体系被认为是最先进、效果最好的助留技术。 它使纸料细小纤维和填料留着大幅度提高的同时，纸页的匀度也有较大的改善i ”1 。 早期采用的是单一助留助滤体系，其主要作用是对浆料中的细小纤维产生凝 聚，产生较大的絮团，降低纸料的比表面积，从而提高纸料的滤水性能。典型品 种有明矾，p a m 、淀粉【2 s 】。但是，以往使用传统的单一助留荆已远远满足不了车 速不断提高的要求，因为单一助留剂对浆料的化学性质十分敏感，特别是单一聚 合物通过桥联作用产生的絮凝体，经过高的剪切力破坏后，不能有效地重聚。因 此，在高速纸机场合，单一聚合物不能产生良好的助留作用，且由架桥作用形成 的大絮凝体仅仅改善浆料在纸机网部的重力脱水，而对纸页的真空脱水和压榨脱 水反而不利。 近几年来，由于纸浆原材料的日益紧张造纸工业上大量使用短纤维原料， 要求造纸白水循环使用，造纸湿部阴离子杂质和无机盐电解质的大量积累，致使 纸页成形条件恶化，极大地削弱了单一助留助滤体系的助留效果。1 3 0 3 1 l 为了解决 阴离子杂质积累问题，开发了二元助留助滤体系。在浆料中先加入一种高电荷密 度、较低分子量的阳离子化合物( 即阳离子供给体) ，然后，加入一种低电荷密度， 高分子量的化合物( 最具代表性的物质是聚丙烯酰胺) 所组成的体系。加入阳离 子供给体的主要作用是用来中和系统中阴离子杂质。典型品种有聚胺，双氰胺， c p a m 加磷酸酯淀粉，醋酸酯淀粉或氧化淀粉，或a p a m 加阳离子淀粉【3 2 】。 以上传统的二元助留助滤体系虽然解决了阴离子杂质聚集和积累问题，但是， 为了取得良好的助留效果，低电荷密度、高分子量的阳离子化合物必须在高位箱 或压力筛出口处加入，形成较大的絮聚物，因此，对纸页成形匀度效果不好，另 外，所形成的大絮聚物比那些较小而又软的团块包含有更多的水，且不易压榨出 来，并对压榨部赦能产生不良影响，不利于纸机车速的进步提高。 因此，传统的一元和二元助留助滤体系已不能适应当今高速纸机生产的需要， 相继出现了各种微粒助留助滤系统。微粒助留系统根据不同的情况，由两种或两 种以上不同作用的助剂组成，既可减少助剂的总用量，又能克服浆料中的杂质对 于助留剂的不利影响，同时还能优化滤水、留着和匀度三者之问的关系【3 3 。 目前，典型的微粒助留体系包括由胶体= 氧化硅与阳离子淀粉( c s ) 所组 成的c o m p o z i l 体系，由阴性膨润土与阳离子聚丙烯酰胺( c p a m ) 所组成的 h y d r o c o l 体系以及由氢氧化铝和阳离子淀粉组成的h y d r o s i 体系，其中，以由胶 体二氧化硅与阳离子淀粉所组成的c o m p z i l 微粒子助留体系发展最快，应用也最 多【3 4 1 。 1 9 8 6 年，l a n g l e y 和l i t c h f i e l d l 35 】首先研究了膨润土微粒在造纸湿部的使用， 他们在纸料中先加入c p a m ，形成初始絮聚，然后，。进行高速剪切，把絮聚块打 散，最后加入蟛润土，使浆料重新絮聚。用这种方法后，纸料的滤水性能大大提 高，匀度也得到了改善，标志着微粒助留助滤体系的出现，这就是h y d r o c o l 微粒 助留助滤体系：1 9 8 6 年，a n d e r s s o n 3 6 】等人研究了胶体二氧化硅在造纸湿部的使用， 他们在造纸浆料中先加入阳离子淀粉，高速剪切后，加入胶体二氧化硅，发现滤 水性能和匀度也都得到了极大改善，这是c o m p o z i l 微粒助留助滤体系；1 9 8 9 年， l i n d s t r o m 3 7 1 等人研究了胶体氢氧化铝阳离子淀粉组成的h y d r o s i l 体系，该体系要 求系统p h 值控制在8 附近，关于这方面的研究目前尚处于探索阶段 3 8 】。从二十世 纪九十年代初开始，h y d r o c o l 和c o m p o z i l 微粒助留助滤体系在造纸工业研究领域 和应用领域都得到了很大的发展。 微粒系统助留助滤机理微粒体系是先在浆中添加离分子的阳离子聚合物( 如 阳离子聚丙烯酰胺一c p a m ，阳离子淀粉一c s ) ，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( 如膨润土，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。口9 图1 1 是阳离子聚丙烯酰胺和膨 润土组成微粒系统的助留机理。高分子量的聚合物以链圈和链尾的形式吸附到纸 浆纤维上，并以桥联机理首先引起纸料的初始絮聚【4 0 j ，该絮聚物与以往的单纯的 高分子絮凝剂所形成的絮聚物一样，尺寸较大，当其通过冲浆泵、压力筛等装置 后，初始絮聚体受到高剪切力作用，高分子聚合物被切断，絮聚物被打散成小碎 块，从而为带负电荷的微粒暴露出更多的链圈和链尾【4 1 4 2 】。微粒就在这些吸附于 不同纸料粒子上的链圈和链尾之阍，靠静电中和及与聚合物非带电段的配合作用， 将细小碎块桥联起来，形成较初始絮聚体更小、更均一、致密的絮团网络。结果， 大幅度提高了细小纤维和填料的留着率，改善了纸料的滤水性，同时，又可获得 良好的纸页匀度。 n e ；a t i v 1,isu r f s c e s - = r ( i 。i gd r , 1 a - r c t r i o c - e ；| 五罐二主二- 2 一 二一j一霹j 。 一每；譬赧j ：了j j 圳 二7 一岩冀“+ 搞蕞嚣：乏仁c ，r j ， o ：) i 。 一- 一 【 一一一 l 1 i ： 图l - 1 微粒系统的助留机理 在微粒絮凝系统的基础上，新丌发出三阶段c o m p o z i l 系统。它的作用机理与 微粒系统基本相同，只是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，减少浆中溶解和分散的杂质 的不良影响；其次，向纸料中加入高电荷密度的阳离子淀粉；最后在纸料中添加 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。在 上述系统中，阴离子捕捉剂不仅可以中和、固定和凝聚干扰物质，而且可以镶嵌 在纸料成分颗粒上，形成阳离子定着点，因而增强聚合物的桥联絮凝作用。1 4 列值 得一提的是，微粒子在阴离子含量较高的浆料系统里，对提高脱水速度、填料留 着和纸页匀度方面效果非常突出，这是从大量实践中得出的结论 4 4 】。 与传统的双元助留助滤系统不同，在高剪切力的作用下，微粒子助留助滤技 术这种再分散、再絮聚会多次反复迅速地进行，而这种特殊的絮聚行为和结构， 使纸机在高剪切力状态下获得高留着率，改善了纸页的滤水性能和成纸匀度，提 高纸页透气度，并且在白水回收系统中j 细小纤维高度絮聚，降低了白水浓度， 有助于白水封闭循环h “。 目前，微粒助留助滤系统的发展主要表现在新型微粒剂的开发研究上，对于 c o m p o z i l 微粒助留助滤体系，刚开始出现的胶体二氧化硅是离散型的1 4 “，胶体粒 径在5 m n 左右，与阳离子聚丙烯酰胺配合使用时，助留作用小。新开发出支链状 的微凝胶二氧化硅，粒径在2 - 3 n m 左右，其表面积为常规胶体二氧化硅的2 2 5 倍，因此，达到同样的助留助滤效果，其用量仅为常规胶体二氧化硅的 4 0 5 0 【4 ”。与传统的微粒助留系统使用无机微粒相反，d a ns h o n i g 等人则提出 了“水溶性微聚物”的概念，即将传统中的胶体二氧化硅粒子或膨润土改为有机 微聚物。该种微聚物通过微乳化技术生成带有丝状的微网络结构。且具有与无机 微粒最佳特性( 电荷，表面化学，粒度) 相同的特征。水溶性微聚物除了具有三 维结构，还有有机聚合物的线形、链节、末梢及分子环等特性。实验研究发现， 该种微粒助留体系除了具有与无机微粒体系相同的滤水性外，匀度有明显提高。 由阳离子淀粉和胶体二氧化硅组成的“c o m p o z i l ”微粒助留助滤体系在造纸 工业领域得到广泛应用。为更好的发挥其助留助滤作用，在以前的r c o m p o z i l ” 微粒子助留体系基础上开发了三阶段的“c o m p o z i l ”系统；目前，其发展主要表 现在新型微粒剂的开发研究上，胶体二氧化硅微粒子，在最初的常规胶体二氧化 硅基础上开发了支链状的微凝胶二氧化硅，使助留助滤效果进一步提高，当今研 究的热点表现在改性硅溶胶的开发和应用上。 硅铝合成微粒是由硫酸铝酸化水玻璃形成的带负电荷的硅铝微粒，实际上是 一种硅铝复合微溶胶( 见图1 2 ) 。 防j f c r s 。_ h ffl1 一广3 一f i 卜“ij 。 f o _ s 卜一。一h 图1 - 2 硫酸铝与硅酸钠的反应 其所带负电荷密度与铝酸盐改性的胶体二氧化硅非常接近，其所带负电荷密 度与铝酸盐改性的程度有关，铝盐改性程度一般在5 - - 2 5 。其表面电荷密度与 般的胶体二氧化硅由阳离子淀粉和胶体二氧化硅组成的“c o m p o z i l ”微粒助留 助滤体系在造纸工业领域得到广泛应用。 硅铝微粒系统中，c p a m 在高剪切力下加入时的助留助滤性能好予在低剪切 力时加入的助留助滤性能。因为c p a m 与纤维、细小纤维和填料形成的初始絮聚 被打散，分散的絮聚体与后来加入的阴离子硅铝微粒起反应，产生快速的结合并 脱水，结果形成更小、更紧密、更坚固的絮聚体。硅铝微粒助留系统对纸料的助 留助滤性能优于常规c s c p a m 助留助滤体系，而且c s c p a m 一硅铝微粒助留助滤 体系又要胜于c s 硅铝微粒助留助滤体系。在硅铝微粒系统中，固定阳离子淀粉和 c p a m 用量，当硅铝微粒用量为0 1 时，滤液浊度接近最低值。白水浊度可以从 侧面间接反应细小组分的留着率。硅铝微粒体系较阳离子淀粉c p a m 体系和阳离 子淀粉- 硅铝微粒体系具有更强的抗剪切力能力，更适合于高速纸机的生产需要。 硅铝微粒助留助滤系统适应的浆料p h 值范围宽。当p h 在6 5 9 5 之间变化时，都 能保持良好的助留助滤效果，此系统既适用于酸性抄纸，也适用于中碱性抄纸。 硅铝微粒助留助滤体系对以g c c 为填料的湿部系统，硅铝微粒用量在0 ，3 时，助 留助滤效果好，填料的留着率高。硅铝微粒系统对成纸的大部分物理性能没有太 大的影响，由于细料留着率高，纸页的撕裂度有定的下降，但改善了纸页的匀 小 ji。ill。l 一一 度。硅铝微粒对a k d 施胶性能没有明显影响，在a k d 用量较少，而硅铝微粒用 量过大时，有削弱施胶效能的作用，相反，当a k d 用量达到一定值时，硅铝微粒 用量o 1 咀下时有施胶增效作用。硅铝微粒系统与膨润土系统比较，硅铝微粒用 量少，助滤效果相当，但助留效果更好。经手抄片纸性测试结果比较，硅铝微粒 系统手抄片的性能也要好于膨润土系统【4 8 i 。 15 纸的表面处理技术 纸表面经施胶压榨处理，可以使纸的表面平滑细腻，纸的表面强度增加，使 其对掉毛掉粉有一定的抵抗性，同时通过选择适当的胶料，使其对所用油墨的吸 收性能适当，从而使印迹清晰，颜色均匀，鲜艳。选择抗油性胶料表面施胶，可 提高纸和纸板的抗油性，而选择抗水性胶料表面施胶，则可提高抗水性，施胶压 榨还可进一步提高纸张的形稳性。表面施胶时，施胶剂也可以渗入到纸页纤维间 隙中，故可以提高纸和纸板内部纤维间的结合强度，挺度抗张强度及耐折度等强 度性质。由于表面施胶使纸面覆盖了一层薄膜，故可提高纸张的耐久性和耐磨性。 表面施胶也可减少纸张的两面差，特别使对于在较高车速下抄成的纸张，节省胶 料，减少流失。对于含有较多非木材纤维的种纸来说，要获得较高的表面强度， 印刷适印性和纸页形稳性，必须采用表面旋胶，并选择较好的表面施胶剂，以提 高纸和纸板的质量。【4 9 】 淀粉及其改性物用于纸的表面施胶，可显著提高纸张的强度，减少纸张在印 刷中的掉毛掉粉现象，提高纸张平滑度，使纸张表面更加细腻并可提高纸张的 适印性。动物胶用于表面施胶，可使纸张具有比较强韧的表面，从而改善了纸页 书写和耐擦质量。它也可改善纸张的物理强度，如耐折度和抗张强度等。由于动 物胶价格昂贵，故多限于高级纸张的表面施胶，而且多与改性淀粉混合使用。 用于表面施胶的纤维素衍生物主要有羧甲基纤维素( c m c ) ，甲基纤维素和羟乙基 纤维素。壳聚糖及其改性物含有阳离子基，可对纸张中纤维产生亲和力，与纤维 素分子的羟基产生较强的氢键结合；壳聚糖有良好的成膜性，而且膜的强度很大， 可提高纸张的表面强度。【5 0 】 氧化淀粉用作表厩施胶时，糊液稳定性好，粘度低，凝沉性弱，粘合力强， 价格便宜。与聚乙烯醇( p v a ) 复配进行表面施胶，可增加成膜性，提高纸张表面 得平滑度和强度，改善纸的表面张力和印刷性。但p v a 溶解较困难、用量大、不 9 能赋予纸页一定的抗水性、并且价格昂贵。氧化淀粉带有羰基和羧基，电性成阴 性，且与纸浆中的铝离子络合能力差。故使用过氧化淀粉的纸，损纸回用时，在 纸浆中留着率低，相反增加了湿部纸料中阴离子“垃圾”的量，将会消耗掉部分 阳离子化学助剂，从而影响填料和细小纤维的留着，使得网下白水浓度增大。【5 1 】 近年来，随着高速印刷技术的迅速发展，具有多功能的合成聚合物表面施胶 剂在世界范围内迅速发展起来，广泛使用在喷墨印刷及复印纸、涂布纸和胶印纸 等纸种上。合成表面施胶剂可与内施胶剂并用，不受抄纸水质和水温的影响，降 低生产成本并简化湿部化学，减少机械玷污等障碍发生：满足印刷行业对纸张的 适印性能更高的要求，如纸张表面强度等。从而极大地推动了合成表面施胶剂的 研究和发展。 1 6 研究的目的及主要研究内容 我国是一个使用草类纤维造纸的大国而且纤维原料丰富，价格低廉；显然 放弃草浆而全部采用木浆造纸，不符合中国的国情：再者是我们对草类纤维原料 制浆、造纸已积累了丰富的经验，污染制理也已取得成功。目前草浆只能抄造中 低档文化用纸，但采用a k d 中性碱性施胶技术直接耐晒染料调色技术及表面 处理技术，能生产出高档文化用纸，提高产品等级，降低生产成本，替代进口木 浆纸，是节约木材综合利用农业废弃物的一条具有现实意义的途径。 根据漂白麦草一杨木混合浆的特点结合中性高白度纸的物理性能指标要求， 主要完成以下研究内容： ( 1 ) 根据漂白麦草一杨木浆的性能特点，进行a k d 施胶工艺研究。 ( 2 ) 根据漂白麦草一杨木浆的性能特点、结合a k d 中性造纸工艺，研究调色增白 工艺。 ( 3 ) 对硅铝微粒助留助滤系统用于漂白麦草一杨木浆抄纸进行应用研究。 ( 4 ) 改善草浆纸表面强度的表面处理技术。 1 0 第二章漂白杨木麦草浆的性能 新大纸业有限公司利用杨木加工剩余物生产草木混合浆主要是分两步进行， 首先是在原麦草蒸煮工艺的基础上，对杨木加工剩余物的蒸煮工艺进行初试，经 过两个多月的小试和中试，确定了杨木加工剩余物的大生产蒸煮工艺：其次是经 过三个多月的大生产试用，对杨木加工剩余物的蒸煮工艺进一步改进，生产出合 格的草木混合浆，结果表明，与单一的麦草碱法浆相比，草木混合浆的滤水性好， 易洗涤，黑液的提取率大大提高，由于浆料的结合后强度提高，成纸的断头大为 减少，纸机生产车速提高，产量、质量均有明显提高。同时，由于杨木加工剩余 物的原料丰富，价格低廉，制浆成本低( 仅略高于麦草浆) ，因此，杨木加工剩余 物浆料的使用，可节约大量的进口商品木浆，从而有效地降低纸张的成本，提高 企业的经济效益。 公司地处苏北地区，是杨木速生林基地和全国木材加工基地，有近8 0 0 0 家木 材加工企业，杨木剩余物极为丰富，而且价格低廉，运输成本低，杨木加工剩余 物制浆，不仅使废物得到了充分利用，减少了污染提高了废物的使用价值，而 且杨木加工剩余物制浆，纤维白度高易于漂白，易于洗涤，有利于减少用水量， 降低污染负荷，在生产过程中可以实现清洁生产，同时，成纸的强度好，各项物 理指标如裂断长、耐折度及表面强度等都得以较大的改善，该项目的实施，使公 司节约了大量的进口木浆，也改善了公司的原料结构。 由于杨木加工剩余物的浆料纤维粗短，易于洗涤，自度高易于漂白，从而有 利节约用水，降低污染负荷，吨浆的c o d 总量下降1 8 以上；黑液的提取率由原 来的草浆的7 5 提高到8 5 ；蒸解度1 6 1 8 k ，残碱为7 - 9 9 l ，基本上控制在工艺 规定的范围内。 2 ，1 原料及方法 2 1 1 纤维原料 漂白麦草浆( 自制) ：漂白杨木浆( 自制) ：漂白杨木麦草浆( 比例5 0 ：5 0 ) ( 自制) 2 1 2 实验仪器及设备 1 ) 槽式打浆机( 西北轻院) 2 ) 标准抄片器( 西北轻院) 3 ) z b d 白度色度仪y q z 一4 8 a 自度颜色测定仪( 杭州轻通仪器开发公司) 4 1 抗张强度测定仪w z l 一3 0 0 纸张拉力仪( 杭州市轻通仪器开发公司) 5 1 撕裂度测定仪( 四川长江造纸厂) 6 ) 耐折度测定仪z z d 0 2 5 c ( 长春市纸张试验机厂) 7 1 纤维投影仪 8 1 恒温干燥箱 2 2 结果与分析 表2 - 1 各种浆返黄值的比较 浆种 返黄值 漂白杨木浆 漂向盘草浆 漂白杨木- 麦草混合浆( 各5 0 ) 2 5 4 1 3 o 注：在1 0 5 恒温烘箱中烘2 小时 表2 - 2 各种浆的强度等性能比较 浆种裂断艮( m ) 撕裂度( g ) 历r 巧石丽薪厦丽 漂向杨小浆4 6 5 221 1 西f 1 r 一 漂白麦草浆3 5 6 08 788 漂向杨术凌草混合浆( 各5 0 ) 4 0 1 91 67 9 8 1 0 表2 - 3 纸浆纤维的尺寸 浆种 平均k ( m m )平两磕面i 厂1 i i 瓦 漂白麦草浆0 5 4 1 i 广i f 一 漂向杨爪浆1 0 2 1 9 95 1 2 漂向杨术友草混合浆【各5 0 ) 0 8 0 1 7 44 6 0 实验分别对漂白杨木浆、漂白麦草浆、漂白杨木一麦草混合浆的白度，返黄值 及强度进行实验，实验结果分剐冤表2 1 及表2 2 ，实验表明，漂白杨木麦草 ( 各5 0 ) 的返黄值小于漂白麦草浆而基础白度高于漂白麦草浆；自度较漂白麦 草浆稳定，漂白杨木一麦草混合浆( 各5 0 ) 的强度指标比漂白麦草浆强度离出很 多，撕裂度高出一倍，裂断长高出1 2 9 。还对漂白杨木一麦草混合浆做纤维尺寸 实验，实验结果见表2 0 ，表明漂白杨木一麦草混合浆的纤维平均长度、平均宽度 及长宽比分别比漂白麦草浆高出4 8 、2 9 及1 4 7 i 漂白杨木麦草混合浆( 各 1 2 5 0 ) 的纤维形态明显好于漂白麦革浆。 2 _ 3 小结 1 ) 漂白杨木浆白度及自度稳定性比麦革浆要好，而漂白杨木麦草混合浆( 各5 0 ) 的白度及白度的稳定性也远优于漂白麦草浆。 2 ) 从物理强度分析发现漂白杨木一麦革混合浆( 各5 0 ) 的性能介于漂白杨木浆和 漂白麦草浆之问。