（林产化学加工工程专业论文）水松原纸生产中akd施胶工艺及机理研究.pdf

摘要 摘要 根据水松原纸的生产工艺特性，研究了a k d 施胶剂在不同助留体系中施胶效果的 差异，实验结果表明：在两种不同的助留体系( a p a m c s 和c 删c s ) 中， a p a m c s 体系表现出较大的优越性；在各种助剂添加顺序电，以p c c c s + a k d 一 川) a m 添加顺序时，施胶效果最好；当p c c 用量为2 0 2 5 时，p h 值为8 时，取得 较好的施胶效果。 对a k d 在水松原纸生产中的施胶工艺进行优化，通过正交实验分析，选取的工艺 条件为：a k d 的加入量为0 4 ，c s 加入量为o 4 ，c m c 的加入量o 2 ，a p a m 的 加入量0 2 5 。然后，在a k d 施胶过程中，进行湿部z e t a 电位( j i ) 测定与分 析，结果表明：随着a k d 和c s 的不断加入，整个浆料的z e t a 电位随之下降；随着 c m c 和a p a m 的不断加入，浆料z e t a 电位增加；浆料表面的电荷需求量变化趋势与浆 料z e t a 电位的变化趋势一致：对于a k d 施胶过程，成纸的施胶度与纸浆中的z e t a 变化 是一致的；对于其助留过程，不能仅以z e t a 电位为控制量，必须考虑其他因素。采用 扫描电镜对不同施胶工艺的纸页进行观察，结果表明：空白试样的纤维交织疏松且明显 可见，而在加入a k d 施胶剂后，纤维之间部分成膜，使纸页抗渗透能力增强。 采用d s c ( 差示扫描量热仪) 分析方法，测定了不同a k d 乳液组分下不同的d s c 吸收曲线，为快速有效的检测a k d 乳液质量提供了新的方法。采用g c ( 气相色谱) 分析方法，测定了纸页中反应的和未反应的a k d 的量，结果表明：在未干燥纸页中抽 提出来的a k d 粒子较干燥纸样容易：在纸页干燥后，纸页中结合的a k d 的量明显增 加，但相对于加入的a k d 量，反应的a k d 量仅为9 3 ，并且未反应的a k d 和a k d 水解产物酮对于纸张较低的摩擦系数和施胶滞后有一定的贡献。 关键词a k d ；正交实验；旋胶机理 a b s t r a c t 7 i h ep a p e rs t u d i e dt h a tt h ee 脏c to fr e t e n t i o na i ds y s t e mo ns i z i n ge e i c i e n c yo f 岫s i z e a g e n tw a si n t e n s i v e l yi n v e s t i g a t e d ， t h ea 队m ( 葛s y s t e mw a sp m v e dt ob es u p e r i o rt o c b 址c s ，a i l do p t i m u me 圩e c tw a sa c h i e v e dw i t ht h ea d d i t i o no r d e ro fp c c c s + a k n a p a mw h e nt h ea d d i t i o na m o u mo fp r e c i p i t a t e dc a l d u mc a r b o n a t ea n dp hv a l u eo ft l l e f l l m i s hs v s t e w a s2 0 一2 5 a n d8r e s p e c t i v e l y 0 p t i i z a t i o no fa k ds i z i n ga g e n t si nt h ep r o d u c t i o no ft i pb a s ep a p e ro fc i g a r e t t ew a s s t u d i e db a s e d0 no n l l o g o n a le x p e f i m e m a la n a l ”i c a lm e t h o d ， a l l ds i z i n ge 雎c i e n c yw a s p m v e dt ob eo p t i m u mw h e nt h ed o s a g eo fa k d s i z ea g e n t ， c s ，c m c ，a i l da p a mw a s o 4 ，o 4 ，0 2 a n do 2 5 ， r e s p e c t i v e ly n ee x p e r i i l l e t a l r e s l l l t s0 fz c t ap o t e t i a i ( 1 ( 1 )m e a s l l r e m e n t ss h o wt h a t ， z e t ap o t e n t i a lv a l u ed e c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n ga d d i t i o n o fa k ds i z ea dc s ，a dz e t ap o t e n t i a lv a l u ei n c r e a s e sa st h ea d d i t i o n 锄o u n to fc m ca i l d a p a mi c r e a s e s nw a sa l s of o u di no u rw o r kt h a t ， m ev a i i a t i o nt e d e n c yo fc a t i o l l i c d e m a i l do ff u i n i s hs y s t e mw a sc o n s i s t e n t 谢t hz e t ap o t e n t i a l ， a n ds i z 崦p e 血r m a c ew a s p r i n c i p a l l ya n dm o r eo rl e s sc o n s i s t e n tw i t h 也ez _ e t ap o t e n t 谢a n d ， a sf o rt h ef l l r i s h r e t e n t i o np r o c c s s ，o t h e ri n n u c n c i gf a d o r ss h o u l da i s ob et a k c n 缸0c o n s i d e r a t i o n ， a n d z e t ap o t e n t i a lc a nn o to n l yb ee x d u s i v e l ye m p h a s i z e d s u b s e q u e n u y ， s e ma a l y t i c a l m e t h o dw a sa p p l i e df o re l u d d a t i o no fr e l e v a i l t 】e c h a i l i s m s ，w i t ht h er e s u l t ss h o w i n gt h a t ， 印p l i c a t i o no fa k d s i z ea g e tw a sc o r r e s p o n d i n gt om m f o 珊a t i o b e m e e f i b e r sa n df i l n h e r i n c r e a s ei i ls i z i n gp e d b m l a n c c t h ee x p e 血n e n t a l r e s u l t sb a s e da d v a c e da n a l y t i c a lm e t h o d so fd s c s h o wt h a t ， d s c a d s o r p t i o nv a r i e sw i t hi n c r c a s i n ga d d i t b i l 锄o u n to fa k d s i z ea i l d 西v e san e wm e m o do f m e a s u 血gt h eq u a l i t yo fa k d s i z e a m da d o p t i n gg ce x p l a i n st h a te x t m c t i o o f 鼻j i s i z e f r o mn o n d r i e dp a p e rw e bi sp m v e dt ob ee a s i e ra sc o m p a r e dw i t hd r i e dh a n d s h e e ts 锄p l e s t h ec o m b i n e da m o u mo fa k ds i z ei i lp a p e rw e bi n c r e a s e sd m s t i c a l l ya f i e r 由y i gp o s t t r e a t m e n t ，a n dt h em t i oo fa k ds i z ep a r t i c i p a t i n gi nb o n d f o 吼a t i o nr e a c t i o nt ot l l et e t a i n e d a k ds i z ei sm e r e l v9 _ 3 n o n r e a d e da k ds i z ea n dt h ec o r r e s p o n d i n gh y d r o l y z e d b y p r o d u c t s i sp r o p o s e dt 0b ec o n t 曲u t m gt ol a wf r i c t i o ni n d e xo fa k d s i z e dp a p e rp i o d u c t sa n dt h es i z i g b e h a v i o ro fh y s t e r e s i s k q w o r d sa 1 k y lk e t e n ed i m e r ：o r n l o g o n a lt e s t ；s i z 吨m e c h a n i 锄 1 绪论 1 绪论 1 1 引言 我国是造纸大国，纸和纸板的年产量已经居世界第二位，按中国造纸发展战略，如 果纸和纸板的年产量以4 5 的世界平均增长速度增长，2 0 1 0 年之内，我国纸和纸板 年产量将达到4 0 0 0 5 0 0 0 万吨，造纸助剂需求量将达到6 0 7 0 万吨，而目前实际产量 只有1 0 万吨左右；同时，由于我国在较长时期以内仍然会以非木材纤维为主要造纸原 料，另外由于二次纤维使用量的加大和各种化机浆配抄优质纸的需要，无论在数量、质 量和品种等各方面都要求高效施胶剂等造纸助剂行业加快发展，以满足我国造纸行业以 及国民经济的需要。 纸和纸板主要是由纤维素纤维构成的，纤维素纤维的一个重要特征就是其中含有大 量的羟基，对于造纸过程而言，这些亲水性羟基的存在具有十分重要的意义。首先，亲 水性羟基的存在使得纤维素纤维能够在纸料体系中呈分散状态，从而使抄纸过程成为可 能。另外，纤维素纤维中羟基的存在，能够使纸浆纤维之间产生氢键结合，从而赋予纸 和纸板一定的强度性质，以满足实际应用的需要。然而，由于纤维素纤维具有亲水性， 而纸和纸板的结构具有多孔性，因此未施胶的纸和纸板抵抗流体渗透的能力差，不能满 足某些实际应用方面的要求。所以，对于大多数纸种而言，施胶是一个十分重要的工艺 过程，即是通过一定工艺方法使纸表面形成一种低能的憎液性膜，从而使纸和纸板获得 抗拒流体( 主要指水) 的性质。通常是寻找一种具有低表面自由能的物质，使其均匀分布 在纸张表面，防止或延缓液体对纸纤维的渗透和扩散，具有这种性能的物质称之为造纸 施胶剂。 中碱性施胶是国外5 0 年代发明并逐步完善的一种新型的施胶技术工艺。进入九十 年代，造纸原料一木材资源日渐短缺，纸浆价格飞涨；纸张质量白度要求提高，二氧化 钛( t i o ：) 价格昂贵、供应紧张，对高白度碳酸钙碱性填料的应用更为迫切；尤其是纸浆 厂碱回收过程中的“白泥”( 沉淀碳酸钙) 的回收待利用等，这一系列亟待解决的问题， 需要一种新型的施胶工艺，因而，中碱性施胶应运而生，它既提高成纸白度、不透明度 等质量，又解决“白泥”的处理问题。加之其具有改善纸张性能、稳定生产、减少排放 水污染、减少增白剂用量、降低能耗及降低纤维原料成本等酸性施胶所不具备的优势， 促使了中碱性施胶剂的不断开发和应用技术的不断完善。继而优质纸采用中碱性施胶的 比例有了迅速发展：以美国为例，中碱性纸比例由1 9 8 6 年的1 3 4 4 上升至1 9 9 0 年的 6 2 5 ，2 0 0 0 年己达8 0 0 9 ，大大超过了松香施胶的酸性纸。所以中碱性施胶工艺及促 进施胶的各类助剂以及增强、助留等功能材料的研究和应用，将是造纸工业的一次重大 革命，能够大大提高经济效益，符合国际发展趋势 “i 。 根据不同的施胶机理，中碱性施胶剂可分为吸附型的阳离子施胶剂和反应型施胶剂 东北林业大学硕士学位论文 两类。阳离子施胶剂利用本身的阳电荷与阴电荷纤维素产生静电引力而留着于纤维上。 一般说来：留着率较多，用量较多，影响纤维间结合力，致使产生降低成纸强度等不利 因素，限制它的使用。五十年代开发的反应性施胶剂，具有憎水性能长碳链的疏水基和 能与纤维素反应的官能基，官能基与纤维素反应可使其产生抗水性。 目前我国由酸性向中性或碱性施胶过渡，应用最广的纤维素反应型胶，主要有两种 类型：烯基琥珀酸酐型( a s a ) 和烷基烯酮二聚体( a k d ) 。通过一些研究者【7 _ 1 q 从a k d 和a s a 的理化性质和施胶效率对比说明，a k d 的施胶效率比a s a 强得多，并具抗乳 酸、抗碱等性能。显而易见，a k d 是当今中碱性施胶剂的主流。 组成造纸浆料的各种组分，除纤维外，其它颗粒直径均 1 0 万) 高的长链聚合物键合在一起时的失稳 现象。 这种失稳现象的产生基于架桥机理，即聚合物以一系列环状形式吸附在颗粒表面， 而尾端则伸向液相聚合物的这些环和尾端完全延伸出双电层，当延伸的环和尾端吸附在 另一颗粒的负电荷表面时，就产生了絮凝。架桥絮凝主要决定于颗粒之间的碰撞频率， 颗粒之间双电层排斥力不发挥作用。 附聚( a g g r e g a t i o n ) 一般胶体悬浮液在低相对分子质量( c l o 万) 、高电荷密度的聚合物作用下产生的失 稳现象。当这种聚合物与阴离子胶体颗粒混合时，聚合物分子完全吸附在颗粒表面，并 形成局部带正电荷的区域胶体颗粒表面，并形成局部带正电荷的区域。胶体颗粒阴离 子表面产生的这种局部阳离子化的现象，称为补丁效应( p a t c he f f e c t ) 。局部带正电荷的 颗粒表面碰撞在另一颗粒负电荷的表面就产生了附聚现象。 1 6 扫描电子显微镜( s e m ) 在制浆造纸研究中的应用 表面分析技术是研究物质表面的形貌、化学组分、原子结构、原子态、电子态等信 息的实验技术，在现代科学研究技术的发展过程中起着非常重要的作用。基本原理是利 用各种入射激发粒子( 或场) ，使之与被分析的表面相互作用，然后分析出射粒子( 或 场) ，得到所需要的表面信息。所有出射粒子都是信息载体，这些信息包括出射粒子 ( 或场) 的强度、空间分布、能量分布、质荷比、自旋等。表面分析方法用的激发粒子 和出射粒子( 信息载体) 主要有电子、光子、离子、中性粒子和场等，由他们形成了各 种常用的表面分析手段。 s e m 是最常用的形貌分析技术，可用于分析导体、半导体及绝缘样品，对样品的 形态没有限制。s e m 利用二次电子和背散射电子成像，放大倍数在2 0 到2 0 万倍之 间，对凹凸不平的表面显示的很清楚，立体感很强，样品制备方法也很简单。此外，利 用s e m 附带的电子衍射及能量色散x 射线分析设备还可做结构和微区成分分析。s e m 东北林业大学硕士学位论文 还可以对纸张涂层形貌进行观察，它可以将形貌观察和成分分析合二为一，获得更多的 信息。表面分析技术作为重要的现代分析手段，发展非常迅速。应当指出的是，材料的 表面分析已不再是单一技术的使用，而是多项测试手段的综合。先进的表面分析技术在 制浆造纸科学研究工作中的不断应用，必将推动制浆造纸工业研究的不断发展。 1 7 差示扫描量热仪( d s c ) 现代热分析是是指在程序控温下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。通 过检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化，来研究物质的分子结构、聚集态结 构、分子运动的变化等。热分析把物质的各种各样的性质变化，温度和热焓的变化、质 量的变化、尺寸的变化广义定为“物理性质”。其中，测定样品热量变化的主要仪器是 差示扫描量热仪( d s c ) 和差热分析仪( d 1 a ) 。 差示扫描量热仪( d s c ) 分为功率补偿型和热流型两种，两者最大差别在于结构设 计原理上的不同，现主要介绍热流型d s c 。它是采用外加热的方式使均温块受热然后通 过空气和康铜做的热垫片两个途径把热传递给试样杯和参比杯，试样杯的温度由镍铬丝 和镍铝丝组成的高灵敏度热电偶检测，参比杯的温度由镍铬丝和康铜组成的热电偶加以 检测。由此可知，检测的是温差t ，它是试样热量变化的反映。根据热学原理，温差 t 的大小等于单位时间试样热量变化和试样的热量向外传递所受阻力的乘积，其热传 导系数与热辐射、热容等有关，且强烈依赖于实验条件和温度。它能够测定物质的晶态 转变、熔融、热容的变化、纯度等性质的转变与反应，从而获得物质微观结构热变化的 根源，寻找出微观与宏观性能内在的联系。 1 8 本研究的选题依据、主要内容及创新点 1 8 1 本研究的选题依据 根据国际造纸业发展趋势和我国造纸原料的结构特点，要达到迅速推动我国造纸工 业发展的目的，关键是造纸工艺和造纸助剂配合使用问题。a k d 施胶虽然改善了与纤 维间的结合，可以使用c a c 0 3 作填料，减少设备腐蚀，提高成纸的稳定性，降低生产成 本，但施胶过程是一个包含极多因素的复杂的过程，由于所用原料、纸机特点，以及纸 种等的不同，其具有胶体特性的介质条件也将大幅度变化，此外由于传统造纸工厂的一 些技术工艺欠妥和工人实际操作问题，存在胶料流失造成白水循环困难，设备清洗周期 缩短，成纸出现纸病等问题。 本研究是与牡丹江恒丰造纸有限公司合作项目( 影响水松原纸性能机理及无碳复写 纸c f 层涂布工艺研究) 中的一个子课题，为此，研究如何合理利用高效中性a k d 施胶 剂以及相应的助留助滤剂等，并深入探索a k d 的结构与性能表征及与纤维和填料相互 作用的机理等湿部化学特性，从而通过对造纸湿部工艺的控制，进一步指导实际生产与 工艺实践，对于提高成纸强度、改善抄造性能、光学性能、印刷性能和保存性能，降低 能耗和浆耗，减轻设备腐蚀和废水污染，提高企业经济效益，推动造纸行业技术进步， 1 绪论 无疑具有重大经济意义和理论价值。 1 8 2 本研究的主要内容 本论文主要包括以下几方面： ( 1 ) a k d 施胶剂与不同助留体系的应用。 ( 2 ) a k d 施胶工艺的优化。 ( 3 1 a k d 施胶过程中湿部化学环境的检测分析。 f 4 1 a k d 施胶纸页表观形态的电镜扫描观察。 ( 5 ) 采用d s c 和g c 等现代分析仪器对a k d 施胶机理进行初探。 1 8 3 本研究的创新点 ( 1 ) 系统地测定了造纸湿部环境变化与纸张施胶度等性能之间的联系，为控制实 际生产提供了有效的手段。 ( 2 ) 在国内首次提出d s c 曲线表征a k d 组分中不同组分的含量，为检测a k d 乳液质量提供了新的方法。 东北林业大学硕士学位论文 2a k d 施胶剂与不同助留体系的应用 随着更高速、更复杂纸机( 最新的纸幅成形技术：加高湍流网前箱、上网成形器、 双网成形器等) 以及多种化学添加剂的出现，封闭白水循环，填料负荷增加及二次纤维 用量上升，使造纸技术有了很大的进展。增加细小纤维和填料的留着；同时改善纸机的 滤水状况，可以大大提高经济效益：并可改善纸张的某些性能。另外，纸机车速的提高 必然引起纸页成形时受到更大的剪切力，这就要求所形成的絮聚体必须有一定的耐剪切 性。为了达到这些目的，本章针对水松原纸的工艺特性，寻求更为有效而又经济的助留 体系，对其不同的助留体系进行了研究。 2 。1 实验部分 2 。1 1 原料、试剂与仪器 ( 1 ) 纸浆：商品针叶浆( 北木针叶材) ，打浆度6 0 2o s r ，湿重8 1 0 9 ；商品阔叶 木浆( 布拉茨克阔叶木) ，6 8 2 os r ，湿重1 2 窟；以针：阔= 1 ：1 混合；混 合打浆度6 5 0 s r ( 2 ) a p a m 助留剂：分子量约5 0 0 万，细小白色颗粒，某企业提供 ( 3 ) c p a m 助留剂：分子量约3 0 0 万，细小白色粉末，某企业提供 ( 4 ) c s 助留剂：中等电荷密度，取代度为0 0 2 o 0 6 ，广西明阳生物科技股 份有限公司 ( 5 ) a k d 施胶剂：阳离子树脂类，固含量：1 0 o ，5 0 ，牡丹江市新星化工厂 ( 6 ) p c c ：c a c 0 3 粒径约4 3 “m ，建德市天石碳酸钙厂 ( 7 ) 打浆机：z q s 2 型打浆机，西北轻工业学院机械厂 ( 8 ) 打浆度仪：z d j 一1 0 0 肖氏打浆度仪，长春第二材料试验机厂 ( 9 )纸页成型器：z o j l b ，2 0 0 m m 型 ( 1 0 ) s t o c k i g t 渗透法施胶度测定装置：秒表 ( 1 1 ) 硫氰化铵：分析纯，汕头市光华化学厂 ( 1 2 ) 三氯化铁：分析纯，上海实意化学试剂有限公司 i1 3 ) d h 调节剂：n a 2 c 0 3 粉状颗粒，青岛化学试剂有限公司 ( 1 4 ) 显微镜：奥林巴斯电子显微镜 ( 1 5 ) 纤维测定仪：日本w e i n l u n 纤维测定仪 ( 1 6 ) 激光粒度仪：美国m a s t e r s i z e r2 0 0 0 ( 1 7 ) 烧杯，量桶，玻璃棒等玻璃仪器 ( 1 8 ) 烘箱 2a k d 施胶剂与不同助留体系的应用 2 1 2 实验步骤及方法 2 1 2 1 纤维原料及填料特性 本实验所用纤维原料为国外进口商品浆料，采用奥林巴斯电子显微镜，其电子纤维 形态如图2 1 所示，p c c 显微形态如图2 2 所示。采用芬兰纤维测定仪，对混合后浆料 测定，其纤维性质如图2 3 所示。 图2 1 纤维电子显微镜图象 图2 2p c c 显微形态 f m 引。l e n q 毫h ，w o 吨h 恤dd i e t ，- l b l i u o n 布拉茨克阔叶术 l d w m 誊b 舳 l 【一 l 陡 躐州 l i i l f i 晰 m ；j r # j l e 叼_ n 电n 带 e o r f f 随n 心r 崔鬻蒌；二 图2 3 纤维测定仪分析结果 c 硝 f 4 0 q 2 7：b ? 7 rj 黼 2b f：r 工 蔫g，? e3 0e3 2 篁匀3 0 筑一? 岛n ，器露；芸嘉。 甏；辩。 2 1 1 2 2 纸张的抄造 将针叶浆和阔叶浆按比例混合为0 1 浓度的浆料( 约6 0 0 m 1 ) ，置于搅拌器中，开 东北林业大学硕士学位论文 动搅拌器( 7 5 0 转份) ，至浆料疏解均匀后， 留工艺进行加添，不同助剂加添时间间隔为 3 2 士l g m 2 。 2 1 。2 3 纸的熟化方法处理 用n a 2 c 0 3 溶液调节p h 值，根据不同的助 3 0 s ，而后放入纸页成型器抄片；纸张定量 纸页经干燥后，放入1 0 5 烘箱，熟化1 5 m i n ，取出冷却至室温后，进行施胶度测 定。 2 1 2 4 施胶度的检测 采用s t o d d m 渗透法。按照g b 厂r5 4 0 5 2 0 0 2 标准执行。 在s t o c k i 垂渗透法实验中，将浓度为1 的氯化铁溶液施加于船型纸样的上表面， 然后浮于2 浓度的硫氰化胺溶液上，当硫氰化胺透过纸样并与氯化铁反应时，便会显 示亮红色，此及为试验终点。 2 。2 结果与讨论 2 。2 1 在舢强m ，c s 助留体系中a p a m 用量对施胶度的影响 聚丙烯酰胺是造纸工业应用最早、最广泛的造纸助剂之一，分为阴离子型 ( 舢) a m ) 、阳离子型( 川! 枷) 、非离子型( ，a m ) 和两性离子型( c a p a m ) ，其 中，伽! a m 和c p a m 在a k d 施胶体系中最为常用。而阳离子淀粉和聚丙烯酰胺所组成 的微粒助留体系是双元助留体系之一。脚) a m 用量对阳离子a k d 乳液施胶效果的影响 结果如图2 4 所示。 ： 3 l o 藿 ： i 0 o0 0 1o 0 2o 0 30 0 4 a p a m 的加入量( ，对绝干浆) 图2 4a p a m 加入量对捕股效果的影响 从图中可以看出，在双元助留系统中，在c s 、灿用量定的情况下，纸张施 胶度随着阴离子聚丙烯酰胺用量的增加而增加，说明a i a m 对舢的留着具有相当重 要的作用。但是当舢! a m 用量超过0 0 2 时，纸页的匀度变坏，施胶度变小。在双元助 留体系中，当a p 舳d 分子量为3 0 0 5 0 0 万时，由于其较大的分子链，将细小纤维与填 料，细料与长纤维，纤维与a j 胶粒桥联在一起，形成大的颗粒或者较小的纤维絮 2 a k d 施胶剂与币同助留体系的应用 聚，提高纤维和填料即a k d 的单程留着率，因此，纸张施胶度增加。但当其用量增加 到定范围时，将会影响纸页的匀度，所以，般控制舳a m 用量在o 0 1 0 0 2 ( 相 对于绝干浆料) 范围内既能达到助留的目的。同时又不影响纸页的匀度。所以，在下 面的实验中，a 队m 的用量就采用o 0 2 。 2 1 2 2 两种助留体系对阳离子a k d 施胶效果的影响的对比 在两种不同的助曰体系( a p a m ，c s 和c p a m ，c s ) 中，同时使用相同的传统阳离子 a k d 施胶剂，可以比较出两种助留体系的差异。实验中的所有的条件是完全相同的， 结果如图2 5 所示。 1 6 1 4 1 2 3 1 0 莲s 蠼6 4 2 。 0 1o 2o 3o ，4o 5o 6o 7o 8 a k d 的加入量( ) 图2 5 在两种助留体系中a k d 添加量对施胶效果的影响 出图可知，a k d 的用量小于o 3 时，两种体系的施胶度相差不大，当a k d 添加 量大于o 3 时，两者均开始趋于平缓，当a k d 用量在0 7 0 8 时，施胶效果呈现 急剧上升趋势。但是使用c p ：a m c s 体系时施胶度的最终稳定值约在9 7 s ；而使用 a p a m c s 体系时施胶度的最终稳定值约在1 3 4 s ，明显好于c p a m c s 体系，这很大程 度上依赖于助理体系的留着率。由于c p a m 带有正电荷，主要吸附在纤维和填料等细料 上，阻碍a k d 在纤维上的吸附，从而，使得a k d 的留着率降低，最终即表现为纸张 施胶度的下降。 因此，可以得出结论：在a k d 添加量小于0 3 时，使用a p a m f c s 助留体系和 c p a m c s 助留体系的施胶效果基本一致，可以用在普通的文化用纸生产中，均能达到 较好的施胶度；但是当a k d 用量大于0 3 后，显然使用a p a m c s 比使用c p 心4 ，c s 体系的施胶效果要好很多，用在要求中等以上施胶度的施胶纸上时，a p a m c s 体系就 显示出了较大的优越性。 查韭苎些三三兰堡圭兰垡笙苎 由实验结果分析得到：在双元助留体系中，a k d 施胶特性曲线是一条s 形曲线， 表示存在一个最小的极限浓度，当小于极限浓度时，没有施胶效果。如略高于极限浓 度，施胶效果急剧增大，盲目增加用量，会导致a k d 进入白水系统而造成白水回用困 难等一系列问题，综合考虑成本和工艺条件，其用量只要在定范围内就能收到满意的 施胶效果，因此，在a k d 施胶过程中，a k d 用量一般控制0 3 0 5 之间。 2 - 2 3 助剂添加顺序对施胶效果的影响 由于几种化学助剂的添加顺序不同可能会产生不同的助留效果，而不同的助留效果 会导致不同的施胶效果。因此，对各种助剂的添加顺序对施胶效果的影响隋况进行讨论 是必要的。结果如图2 6 所示。 图2 6不同助剂加填顺序对旌胶效果的影响 注： 1 c s a k d p c c2 p c c c s a k d3 c s - p c c _ - a k d 4 p c c l a k d c s5 p c c c s + a k d6 p c c c s a k d a p a h d 7 p c c c s a k d c p a m 8 p c c a k 口一c s a p a m 9 p c c l a k d l c s 0 b m 1 0 p c c ，c s + a i 工卜a p a m 在不同的加料顺序中，每种助剂加完后的搅拌时间都是相同的 由图可知，当体系中加入a p a m 和c 队m 以后，即由单组分助留转为双组分助留 后，施胶度都有不同程度的提高；在双组分助留体系的实验结果中间，当其他实验条件 完全相同时，编号为1 0 的助剂添加顺序的施胶效果最好，这可能是由于木浆中阴离子 垃圾较少，a k d 与c s 同时加入到纸浆中，一部分c s 既充当了a j 粒子的稳定剂， 2a k d 施胶剂与不同助留体系的应用 另外一部分c s 中和了浆料少量的阴离子垃圾，从而使得a k d 在纤维上的留着率l 高，施胶效果变得更好。以下实验均以这个添加顺序添加助剂。 2 2 1 4 p c c 的加入量对施胶效果的影晌 在p c c 多种晶形中，偏三棱形的p c c 作为湿部填料应用最广。其名称来源于玫 花形族的晶体碎片构成的规则三角形状， 能力使得p c c 颜料具有很高的不透明性、 偏三棱形的p c c 多孔开放结构具有的散j 极窄的粒径分布和极高的化学纯度。对于目 性造纸，p c c 填料白度相对较高，价格又相对便宜，本身可作为系统p h 值的缓冲剂 适用于a k d 中碱性造纸填料，其对a k d 施胶效果的影响如图2 7 所示。 0 赵 蝥 耀 5 2 0 3 5 5 0 6 5 p c c 的加入量( ，对绝干浆) 图2 7p c c 加入量对施胶效果的影响 由上图可以看出随着碳酸钙用量的增加，施胶度呈下降趋势，碳酸钙用量在2 0 一 2 5 ，仍有相当的施胶度，基本上能满足成纸的质量要求。由于p c c 有较大的比表b 积，在浆料中，其优先吸附a k d 施胶剂，加之，其在滤水过程中的流失，a k d 施胶i 将会随之一起流失，造成施胶度下降，因此，在a k d 用量在一定的条件下，纸张的自 胶度随碳酸钙用量的增加而不断下降，说明碳酸钙的加入是导致a k d 施胶效果下降自 主要原因之一。但考虑到水松原纸为中度施胶，且在中碱性条件下施胶，所以，综合月 本和成纸的质量等因素，当p c c 用量为在2 0 2 5 时，具有理想的施胶度，可以i 到工艺的要求。 2 2 5 p h 值对施胶效果的影晌 a k d 施胶效果与施胶系统p h 值密切相关，只有在中碱性条件下，a k d 的内酯l 打开，与纤维上的羟基进行酯化反应，生成牢固的共价键而产生抗水功能。系统的d 】 值对a j 施胶效果的影响如图2 - 8 所示。 东北林业大学硕上学位论文 彷 赳 “ 增 78 p h 值 图2 8p h 值对施胶效果的影响 由实验结果表明，随着p h 值的提高，纸张的施胶度逐渐上升，尤其是在p h 值7 上升到8 时，施胶度上升最快，当p h 值大于8 o 时，纸张的施胶度呈下降的趋势，p h 值到达9 以后，施胶度明显下降。原因可能由于a k d 是中碱性施胶，a k d 与纤维的反 应和a k d 的水解反应，呈竞争的趋势，在p h 值为7 8 时，a k d 与纤维反应优先于 a k d 的水解反应，施胶效果较好，当p h 值超过8 时，a k d 的水解反应速度加快，以 a k d 的水解反应为主要反应，从而施胶度下降。此外，d h 值影响a k d 的施胶性能可 能是p h 值影响浆料中纤维羧基的电离，由于羧基是a k d 和其他阳离子湿部助剂的主 要留着点，在较低的d h 下，几乎所有的羧基都被质子化，纤维和细小纤维的表面电荷 几乎为零，不利于a k d 在纤维表面的留着，随着p h 值的增大，羧基逐渐电离，纤维 表面所带的负电荷逐渐增多，留着在纤维表面的a k d 也会越来越多。所以，由图可 知，p h 值为8 时，施胶效果较好。在实际抄造纸页时，一般控制浆料的p h 值为7 8 时，取得较好的施胶效果。 z 3 本章小结 1 _ 在a p a m c s 助留体系中，a p a m 的用量为o 0 2 时，a k d 施胶效果较好，在 实际生产中，一般控制a p a m 用量在o 0 1 0 0 2 。 2 在两种不同的助留体系( a p a m c s 和a ) a m c s ) 中，两种助留体系之间的差 异：在a k d 添加量小于o 3 时，使用a p a m c s 助留体系和c p a m c s 助留体系的施 胶效果基本一致：但是当a k d 用量大于o - 3 后，使用a 1 ) a m c s 比使用c p a l m c s 体 系的施胶效果要好。在实际生产中，一般控制a k d 用量o 3 0 5 之间。 3 在各种助剂添加顺序中，以p c c - 一c s + a k d a p a m 这种助剂添加顺序时，施胶 效果最好。 4 当p c c 用量为在2 0 2 5 时，具有理想的施胶度，可以基本达到工艺的要 求。 、 5 a k d 施胶效果与施胶系统p h 值密切相关，随着p h 值的提高，纸张的施胶度 2a k d 施胶剂与不同助留体系的应用 逐渐上升而后下降，本实验结果表明，当p h 值为8 时，施胶效果较好，在实际生产 中，一般控制p h 值为7 8 范围内。 东北林业_ 人学硕士学位论文 3a l m 施胶工艺的优化 水松纸用于卷烟行业为固定卷烟与过滤嘴的外层包皮纸，并具有一定的装饰性。原 纸经过印刷( 涂布) 分切后成为水松纸。 水松纸一般为白色、黄色等，定量为2 9 3 3 m 2 ，属于薄纸，由于使用特性的要 求，水松原纸要求具有较高的强度、匀度、适度的伸长率、正反差。要求纸页柔中见 挺，有较好的适印性，粘结性和可切性，同时又要满足各种不同档次卷烟机的要求。 然而，在实际生产中，以a k d 中碱性施胶的水松原纸中，存在以下问题：( 1 ) 经 常粘缸、粘网、粘毯等生产运行问题，2 天就需要停机清洗一次纸机抄造系统。( 2 ) 印 刷时有掉毛掉粉现象，有时用手触摸有腊状物感，有分散不好的纤维束，有大块透明胶 点、黑点、黑灰色胶点等纸病。因而，本章主要针对以上问题，在前一章研究的基础 上，在实验室的条件下对a k d 在水松原纸生产中的施胶工艺进行优化，即对a k d 用 量，阴离子聚丙烯酰胺( 舳a m ) 用量，阳离子淀粉( c s ) ，羧甲基纤维素( c m c ) 等 条件进行正交实验分析，旨在得到优化的a k d 施胶条件，对实际生产具有一定的指导 意义。 3 1 实验部分 3 1 1 原料、试剂与仪器 ( 1 ) 纸浆：商品针叶浆，打浆度6 0 2 o s r ，湿重8 1 0 9 ；商品阔叶木浆，6 8 2 o s r ，湿重1 2 9 ；以针：阔= 1 ：1 混合；混合打浆度6 5 0 s r ( 2 )6 p a m 助留剂：分子量约5 0 0 万，细小白色颗粒，某企业提供 ( 3 ) c s 助留剂：中等电荷密度，取代度为0 0 2 o 0 6 ，广西明阳生物科技股份 有限公司 ( 4 ) a k d 施胶剂：阳离子树脂类，固含量：1 0 0 5 0 ，牡丹江市新星化工厂 ( 5 ) c m c ：造纸级，杭州弘博化工有限公司 ( 6 ) p c c ：粒径约4 3 肛m ，建德市天石碳酸钙厂 ( 7 ) 打浆机：z q s 2 型打浆机，西北轻工业学院机械厂 ( 8 ) 打浆度仪：z d j 1 0 0 肖氏打浆度仪，长春第二材料试验机厂 ( 9 ) s t o c k i e t 渗透法施胶度测定装置：秒表 ( 1 0 ) 纸页成型器：奥地利p t i ( 1 1 ) 压榨机：无锡工程液压件厂制造 ( 1 2 ) 拉力测定仪：英国拉力测定仪( 卧式) ( 1 3 ) 透气度仪：美国 ( 1 4 ) 硫氰化铵：分析纯，汕头市光华化学厂 ( 1 5 ) 三氯化铁：分析纯，上海实意化学试剂有限公司 3a k d 施胶工艺的优化 ( 1 6 ) 白度仪：杭州轻通仪器开发公司y q z 4 8 b ( 1 7 ) 厚度仪：长春纸张实验机厂 ( 1 8 ) 烧杯，量桶、玻璃棒等玻璃仪器 ( 1 9 ) 烘箱 3 1 2 实验步骤及方法 3 1 2 _ 1 正交实验设计 在前一章研究的基础上，本设计方案在固定填料用量，p h 值条件下，探讨a k d 加 入量，c s 加入量，c m c 加入量，越a m 加入量四个因素对施胶效果的影响因素，将每 个因素取四水平，采用l 1 6 ( 4 5 ) 正交实验设计。 3 1 2 2 纸张的抄造 将针叶浆和阔叶浆按比例混合为0 1 浓度的浆料( 约6 0 0 m 1 ) ，置于搅拌器中，开 动搅拌器( 7 5 0 转分) ，至浆料疏解均匀后，调节p h 值，根据正交实验中不同的工艺 进行加添，不同助剂加添时间间隔为3 0 s ，而后放入纸页成型器抄片；纸张定量约 3 2 1 9 m 2 。 3 1 - 2 3 纸张的熟化方法处理 见2 1 2 - 3 。 3 1 2 4 施胶度的检测 见2 1 2 4 。 3 1 2 5 纸张其他性能的测定方法 纸张强度等性能均按国家标准进行测定。 3 2 结果与讨论 在l 1 6 ( 4 5 ) 正交实验中，因素水平表见表3 1 所示，正交实验结果见表3 2 所 示，级差分析见表3 3 所示，方差分析见表3 _ 4 所示。 3 2 1a k d 加入量对施胶效果的影响 a k d 乳液有两种类型，在同样a k d 胶的用量下，树脂型a k d 胶具有比淀粉型 a k d 胶较高的抗水性能。本实验所用的a k d 胶即为树脂型。 由表3 2 、图3 1 可知，当a k d 用量小于0 1 时，几乎没有施胶效果，当湿部体 系中逐渐加大a k d 用量时，施胶度也相应提高，但增长趋势降低。所以，当a k d 施 胶剂用量过大时，不能明显提高成纸的抗水性能，并且会引起纸面摩擦系数过小、纸页 打滑，富集在白水中的a k d 在白水循环过程中大量水解，生成的双烷基酮沉积在网 部，造成粘辊、糊网等一系列问题。因而，考虑到胶料在纸页的不均匀分布、不完全留 着和副反应损失等，一般a k d 的用量为o 3 即可达到中度施胶工艺要求。 3 2 2c s 加入量对施胶效果的影响 在a k d 施胶助留系统中，加入阳离子淀粉能吸附纸浆中的细小纤维和填料，提高 东北林业大学硕士学位论文 细料的首程留着率和灰分，同时促进a k d 胶粒的稳定性和提高a k d 在长纤维上的留 着率，提高纸页的强度和挺度。为保证a k d 胶最大的留着率和较好的抗水性能，在 a k d 和a p ：a m 用量不变的情况下，对阳离于淀粉的用量进行研究，实验结果如表3 2 、图3 2 所示。 由图3 2 看出，随着阳离子淀粉的加入，纸页的施胶度呈现下降趋势，而后上升。 其原因可能是初加入c s 助留剂有助于填料和细小纤维的留着，从而吸附在其上的a k d 也留着在湿纸页上，因此对提高纸页的抗水性有促进作用，然而当c s 用量进一步提高 到0 4 以上时，施胶度下降，原因可能是c s 加入量过多，致使单一纤维和填料之间的 絮聚，从而，a k d 不能有效的吸附在纤维的反应活性点，施胶度下降。所以，在抄造 工艺中，c s 用量约为0 6 时，施胶效果较好。 3 2 3c m c 加入量对施胶效果的影晌 生产纸种为印刷型水松原纸等薄页纸时，需要有一定的适印性即表面强度。但在实 际生产中由于工艺不当，纸页水分比较小时，产生的静电较大，由于表面纤维脆性大， 韧性小，与纸页表面结合不好的短纤维容易被折断或被带电辊面吸引而与填料同时脱离 纸面，产生掉毛掉粉现象，影响正常生产。一般通过增强剂可以起到补强的作用。因而 采用添加c m c 提高表面强度，减轻纸张表面掉毛掉粉。 由表3 2 、图3 3 和图3 7 所示，抗张强度随着c m c 加入而不断提高，但施胶度却 在下降。原因可能是由于c m c 带负电荷，由于静电吸附，与纤维竞争带正电的a k d 胶粒，或者与阳离子淀粉形成无效的絮聚体，可能会随白水流失掉，从而留着在纤维上 的a k d 胶料就会降低，引起施胶度下降。综合考虑强度和施胶度，当c m c 用量为 0 0 2 时，纸张便可达到一定的强度和较好的施