（林业工程专业论文）对优化高档卷烟纸湿部化学控制的探索.pdf

摘要 民丰特种纸业股份有限公司1 8 造纸机是一条投产于20 0 0 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科留着率低、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c o d 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m e s t o 自动化公司引进了一套k a j a a n ir m i 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5 5 - 6 0 之间，填料留着率总体低于4 0 ，达到现在的网 部总留着率基本上控制在6 0 6 2 ，填料留着率也上升到了45 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、流浆箱出口8 个控制点p c d 电荷需 求量及z e t a 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b t g 公司的一套由t s s 浓浆取样器及p c t 2 0 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c o d 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，p c d ，z e t a 电位 t h e e x p l o r a t i o no fo p t i m i z i n gh i g h - l e v e lc i g a r e t t ep a p e rw e t - e n d c h e m i c a lc o n t r o l a b s t r a c t t h en o 1 8m a c h i n eo f m i n gf a n gs p e c i a lp a p e rc o l t d a r eam o d e r n i z e dp a p e r p r o d u c t i o nl i n eo fg o i n gi n t oo p e r a t i o ni n2 0 0 0a n ds p e c i a l l yp r o d u c i n gt h et o p g r a d e c i g a r e t t ep a p e r i nt h ep a s tf o u ry e a r s ，t h em a c h i n e r a n s t e a d i l y ，t h ep r o d u c tq u a l i t yw a s r e l i a b l e b u tt h em a c h i n ea l w a y sh a ss o m ed i f f i c u l tp r o b l e m sa n dn o te a s yt os o l v e s u c ha s ，s y s t e mr e t e n t i o na n df i l l e rr e t e n t i o na r el o wi nt h ep r o c e s so f p r o d u c t i o n ，t h e c o n s u m p t i o no f c h e m i c a la d d i t i v ei sg r e a ta n du n s t a b l e ，t h em n n a b i l i t yo ft h em a c h i n e i sd i s s a t i s f a c t o r y ，t h es y s t e m a t i cs e d i m e n t o f p a p e r m a c h i n ei sh i g h ，a n dt h ec o d v a l u e o ft h ew h i t ew a t e ri ss e v e r a lh i g he t c i no r d e rt os o l v ea b o v e m e n t i o n e dp r o b l e m s c o m p l e t e l y ，c a r r y i n go n o v e r a l li n v e s t i g a t i o na n d a n a l y s i st ot h i sw e t e n dp a r to fp a p e r m a c h i n ei st h eb e s ta n dr e l i a b l em e t h o do fs o l v i n gt h ep r o b l e mc o m p l e t e l yt of i n do u t t h eo r i g i nt h a tt h eq u e s t i o np r o d u c e s c o m b i n i n gt h er e a lr u n n i n gs i t u a t i o no f t h ep a p e rm a c h i n e ，ik n o wt h ep r o b l e mt o b es o l v e df i r s ti st h er e t e n t i o no ft h em a c h i n e b e c a u s eo ft h e p a r t i c u l a r i t yo ft h e p r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo fc i g a r e t t ep a p e r ，t h es i z e a n ds t a b i l i t yo ft h er e t e n t i o nw i l l i n f l u e n c ea s hc o n t e n ta n dp o r o s i t yo fc i g a r e t t ep a p e rd i r e c t l y ，a n dt h e ni n f l u e n c et h e c o m b u s t i o n ，h o l dt h ea s h ，t h ec o l o ro f t h ea s ho ft h ec i g a r e t t ee t c s ot os t a b i l i z ea n d r a i s et h er e t e n t i o nb e c o m et h ep r o b l e m st h a tm u s tb es o l v e da tf i r s t f o rt h i sr e a s o nf i r s t t os u r v e yt h er e t e n t i o no ft h em a c h i n ei nl a b o r a t o r y ，a n a l y z i n gt h ee x p e r i m e n t a ld a t ai o b t a i n e df r o mt h es u r v e y ，if i n dt h er e t e n t i o no ft h em a c h i n ea n dt h er e t e n t i o no ft h e f i l l e ra r ev e r yl o w ，t h ew h i t ew a t e rd e n s i t yi sh i g h ，a l lo ft h e na r eu n s t a b l e t h em a i n r e a s o nt h a tq u e s t i o np r o d u c ei st oa d dc a t i o n i cr e t e n t i o na i dt oc o n t r o lt h er e t e n t i o no f t h em a c h i n e ，i t sa d d i n ga m o u n ti sj o i n e da r t i f i c i a l l ya n dm a n u a l l y ，c a n tr e a l l ym e e t s y s t e m sd e m a n d s i no r d e r t os o l v et h i sp r o b l e m ，w eh a v ei n t r o d u c e das e to f k a j a a n i r m ir e t e n t i o nc o n t r o ls y s t e m so n l i n ef r o mm e s t oa u t o m a t i cc o m p a n yt oc o n t r o la n d h e l pk e e p i n gt h ea d d i n ga m o u n to f t h ec a t i o n i cr e t e n t i o na i dt h r o u 【g ht h i ss y s t e m ，a n d t h e nt oc o n t r o lt h er e t e n t i o nr a t eo f s y s t e m t h u ss t a b i l i z ea n di m p r o v e t h er e t e n t i o nr a t e o f s y s t e m o f t h i sp a p e rm a c h i n ea n dr e t e n t i o nr a t eo f f i l l e r a f t e rt h eo n l i n er e t e n t i o nc o n t r o l l i n gs y s t e mp u t t i n gi n t oo p e r a t i o n ，t h er e t e n t i o n r a t eo ft h ep a p e rm a c h i n eg e tc e r t a i ni m p r o v e m e n t ，b u tt h er u u n a b i l i t yo ft h ep a p e r m a c h i n et h a te x i s ti nt h e p a s t i s u n s a t i s f a c t o r ye i t h e r ，s y s t e ms e d i m e n tm a n yg r a d e i s s u ee x i s ts t i l l a tt h es a m et i m eif i n dt h ec o n s u m p t i o no ft h er e t e n t i o na i dt a k eh e a v y c o m p a r e d w i t h b e f o r e ，a n da p p e a rb y a l a r g es c o p ea n di r r e g u l a rf l u c t u a t i o ns o m e t i m e s i no r d e rt of r e do u tt h e o r i g i nt h a tt h eq u e s t i o np r o d u c e s ，m a k i n go v e r a l lw e td e p a r t m e n t i n v e s t i g a t i o nt ot h ep a p e rm a c h i n ei s t h e o n l yw a y t h ei n s t r u m e n to ft h ew e t e n d s u r v e yi nl a b o r a t o r y iu s e da r et h e p a r t i c l ec h a r g em e a s u r ea p p a r a t u sp c d 0 3a n d s y s t e m z e t a p o t e n t i a la n a l y s i s i n s t r u m e n ts z p 0 6t h a tb t g c o m p a n y o f f e r c o m b i n i n gt h er e a lr u n n i n gs i t u a t i o no ft h ep a p e rm a c h i n e ，s e l e c t8p o i n tt ot a k ea s a m p l e ，a n d m e a s u r et h e i rp c dc h a r g ed e m a n dv a l u ea n dz e t a p o t e n t i a l v a l u e s e p a r a t e l y ，a n a l y z et h ed a t ao f t h e t w oc a l lf i n dt h ep r o b l e m o r i g i no f t h ep a p e r m a c h i n e e x i s t i n gi st h ee x c e s s i v ea n i o n i cc h a r g ei nt h es y s t e m t h ee x c e s s i v ea n i o n i cc h a r g e n o t o n l yw i l lc o n s u m eal a r g en u m b e r o fc a t i o n i cc h e m i c a la g e n c yi nt h es y s t e m ，i n c r e a s e c o n s u m p t i o no ft h e c h e m i c a la g e n c y ，p r o d u c ea n i o n i cr u b b i s ht oi n f l u e n c en o r m a l r u n n i n g o fp a p e rm a c h i n e t h r o u g hs t u d y i n gf u r t h e rif i n dt h ew e t - e n de x c e s s i v e a n i o n i cc h a r g eo f p a p e rm a c h i n ec o m e sf r o mt h eb r o k ep r i m a r y ，i no r d e rt os o l v ea n d d e c r e a s et h ea n i o n i cc h a r g ep r o b l e mt h a tt h ep a p e rb r i n g sc o m p l e t e l y ，m yc o m p a n yb u y as e to fo n l i n ec h a r g em e a s u r e m e n ts y s t e mt h a ti sc o m p o s e do fat s st h a tt a k eat h i c k p u l ps a m p l ea n d ap e t 2 0o n l i n ea n a l y s i si n s t r u m e n t ，b yc o n n e c t i n gw i t hs o m ec o n t r o l s y s t e m so ft h ep a p e rm a c h i n em a k eu pas y s t e mt om e a s u r ea n dc o n t r o lt h ew e t e n d c h a r g e o ft h es y s t e m ，a n ds o l v et h es y s t e m a t i cc h a r g ep r o b l e mo fp a p e rm a c h i n e c o m p l e t e l y t h r o u g h t h e o p t ：i m i z a t i o n t ot h a tt h i sw e t e n d c h e m i s t r y o fp a p e rm a c h i n e c o n t r o l l e d ，t h ep r o b l e mo f t h ep a p e rm a c h i n ee x i s ta l lt h et i m e ，s u c ha s ，t h er e t e n t i o n r a t eo ft h em a c h i n ea n dt h er e t e n t i o nr a t eo ft h ef i l l e ra r el o w ，c h e m i c a la d d i t i v e c o n s u m p t i o ni sg r e a ta n du n s t a b l e ，p a p e rm a c h i n er u u n a b i l i t y i s u n s a t i s f i e d ，s y s t e m s e d i m e n ti sm o r e ，a n dw h i t ew a t e rc o d v a l u ei sh i g h ，e t c a l lh a v et ob es e t t l e do fa c e r t a i nd e g r e e ，w h i c hm a k et h ep a p e rm a c h i n eh a v er e m a r k a b l ei m p r o v e m e n ti ns u c h a s p e c t sa sr t m n a b i l i t y ，c h e m i c a l sc o n s u m p t i o n ，p r o d u c tq u a l i t y e t c 。 k e y w o r d s ：w e t - e n d ，r e t e n t i o nr a t e ，t h ew e t - e n dc h a r g e ，p c d ，z e t ap o t e n t i a l 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b t gm u t e k 公司的r a i n e rr a u c h 及b t gm u t e k 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 二0 0 五年七月一日 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1 3 ， 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z e t a 电位、网下白水的阳离子需求量、p h 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l o o m ) ，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，降低白水中圆形物的含量；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，这类助荆称为功能助剂，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自水质量的控制，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p h 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c a c o ，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已经开始进行研究，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 2 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。 2 1 湿部控制简介 第二章文献综述 2 i 1 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。“。 ( i ) 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。 ( 2 ) 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。 ( 3 )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。 ( 4 )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。 2 1 2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帮、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。 2 i 2 i 纤维素纤维上的电荷起源 4 造纸纤维上的阴离子基团对造纸单元操作( 无论是化学浆或机械浆) 都会产 生很大的影响。纤维细胞壁上产生的双电层影响到纤维的润胀性能及细胞壁的结 合力，体现在打浆度和纸的强度。表面电荷对湿部化学有重大的影响( 1 9 8 3 年 s a l l a n ，1 9 8 9 年l i n d s t r o m ，1 9 8 9 年s j o s t r o m 都有同样的观点) ，在整个p h 值 范围内，纤维素纤维是显负电性的。这些负电性基团主要来自于细胞壁组分，或 来自于制浆过程、漂白过程的引入，不同类型的造纸纤维，其带电基团的数量一 般在2 - - 3 0 m e q l o o g 绝干浆。在纤维表面能离子化的基团可以是羧基、磺酸基、 酚羟基或羟基基团，一般来说，羧基和磺酸基是纤维离子交换能力的最主要贡献 者。羧基( - - c o o h ) 起源于纤维原料本身的非纤维性组成，或者是在预浸、制 浆、漂白操作过程中产生。磺酸基( - - s o 。h 一) 则一般是在亚硫酸赫制浆或c t m p 制浆过程时进行磺化处理时引入“。 2 1 2 1 i 带负电性基团的来源 在制浆和漂白过程中大量的带负电性基团会连接在纤维素上；同时，在天然 植物纤维原料中，大部分c 0 0 h 来自糖醛酸，它们都以4 - 0 甲基一a d - 吡喃型 葡萄糖酸基联接到木聚糖半纤维素上叫。 2 1 2 1 2 吸附双电层 当带有电荷的纤维表面浸没在含有离子的溶液中对，其表面就形成了双电 层。表2 - 1 、表2 - 2 是相关介质的电位情况n 8 3 ： 表2 1水中单价电介质与双电屡的厚度( 2 5 。c ) 表2 - 2 0 8 、c _ p 圳、a k d 的z e t a 电位 表2 - 3 纸浆悬浮液的z e t a 电位 广纸( 马尾松)机械浆一2 4 0 2 废纸浆一4 5 2 3 本色k p 浆一6 4 漂白k p 浆一9 2 1 岳纸( 马尾松) 本色k p 苇浆一2 0 5 漂白k p 苇浆一2 2 6 0 表2 - 4本色s p 马尾松浆各筛份组分的z e t a 电位 网目3 05 01 0 02 0 0 p 一2 0 0全筛 z e t a 电位( m y )一0 6 45 7 61 0 7 8- 2 0 0 31 8 7 6 1 2 0 7 表2 - 5不同p h 值下漂白麦草浆的z e t a 电位 p h 23456 789 z e t a 电位( m v ) 一1 8- 5 8 11 1 1 1 5 0 1 8 02 3 12 百石_ 二2 i j j 2 1 2 1 3 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。j m a r t o n 报道细 小纤维的表面积是纤维的5 8 倍，如表2 - 6 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2 - 6纤维组分与细小纤维组分的地表面积 纤维组分 o b - l - 6m 2 g 细小纤维组分 3 0 - 4 6m 2 g 6 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2 3 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。“。 2 1 3 造纸系统中阴、阳离子的需求量 2 1 3 1阳离子的需求量 用标准阳离子试剂p d a d m a c ( 聚烯丙基二甲基氯化铵) 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p v s k ( 聚乙二醇硫 酸钾) 滴定、o t b ( 甲胺苯蓝) 作指示剂，滴至终点，滤液由蓝变粉红，记录下 v 。同样量的p d a d m a c 用p v s k 滴定至终点，记录下v 。 2 1 3 2阴离子需求量 c = v p v s k - v p v s k 。 a = v p o m c - v p n m c 。 操作步骤间上，只是两种滴定剂和被滴定剂相交换，指示剂仍为o t b ，但终 点是粉红色变成蓝色。 2 i 3 3 胶体滴定比率 当c t r i 时，纸料显净阳电性 c t r 1 时，纸料显净负电性 c t r = 1 时，体系显中性。 c t r = a c 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自水的c t r 、z e t a 电位和p h 值来控制聚电介质的加入 量，使上网纸料处在等电点附近。 2 2造纸填料 2 2 1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2 0 3 0 ，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3 0 4 0 ，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 2 2 1 1 加填的作用 ( 1 ) 填充纸页空隙，改善纸页结构 ( 2 ) 提高纸的白度、不透明度和光泽度等表面性能 ( 3 ) 提高纸张的平滑度等外观和手感性； ( 4 ) 改善纸张的印刷适应性( 透印性、平滑度、油墨吸收性) ( 5 ) 改善纸的形稳性 ( 6 ) 代替纤维，降低成本。 2 2 1 2 选用原则 ( 1 ) 颗粒细而均匀，纯度高， 以增加覆盖力和填料留着率： ( 2 ) 白度高、亮度大、无杂质、有光泽 ( 3 ) 相对密度高，不易溶解于水； ( 4 ) 折光率高，散射系数大，以提高纸的不透明度 ( 5 ) 化学稳定性好，不易受酸碱作用 ( 6 ) 资源丰富，价格便宜。 2 2 2 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 p c c ，另外有时也配加少量的二氧化钛，来提高纸页的不透明度和自度。 ( 1 ) 高岭土化学组成：3 9 a 1 ：0 ，、4 6 s i0 ：、1 3 h 。0 。 高岭土制备过程：水洗一除杂一除砂一漂白过滤( 改性处 理) ( 2 ) 碳酸钙化学组成：9 8 - - 9 9 c a c 0 。 分为g c c ( 研磨碳酸钙) 和p c c ( 沉淀碳酸钙) ( 3 ) 二氧化钛有锐钛型和金红石型 ( 4 ) 三羟基铝( a 1 ( o h ) 。) ，含6 5 a 1 。0 。，对提高纸的白度、不透明度、油 墨透印性和阻燃性有好处。生产过程：铝矿溶解n a o h 中，然后经水解生成结晶a 1 ( o h ) 。 ( 5 ) 滑石粉主要化学成分：3 m g0 4 s i0 。t t 2 0 ，属斜晶体，片状，鳞片 状，有滑腻感，白度8 0 9 0 。 2 ，2 3 填料的物化特性 表2 - 8填料的各物化特性 9 a l ( o h ) 。 纤维 空气 水 淀粉 漂白化学浆 机械浆 1 5 0 1 o o 1 3 3 1 5 3 6 8 9 7 一1 0 0 4 _ 一1 2 2 2 0 3 5 0 5 0 0 _ 一7 5 0 2 2 4填料留着 由曹佳等人研究表明“。，大部分填料在p h4 8 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：a 机械捕集：如果填料的首程留着率低于3 0 ，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。b 静电吸附作用：当填料的首程留着率高于3 0 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。 2 3助留剂及助留助滤化学 2 3 1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。 2 3 1 1 细小纤维的机械截留或过滤作用 长纤维形成交织层使得网目孔径更小专细小纤维截留细小纤维、填料填 充在纤维网格中( 但成形元件的脉冲会影响已形成的交织层网络而破坏已截留的 细小纤维的留着) 。 2 3 1 2 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 l o 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“。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。 2 3 2常用的助留剂 2 3 2 1 劲留剂类型 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p a m 、聚胺、p e i 、p e o ( 低分子量：1 0 0 0 一1 0 万；中等分 子量：1 0 l o o 万；高分子量：l o o 一5 0 0 万；特高分子量：5 0 0 以 上。) 2 3 2 2 助留荆电荷类型 非离子、阳离子、阴离子、两性型；电荷密度：低电荷密度：l l o 中电荷密度：1 0 一4 0 ：高电荷密度：4 0 一8 0 ；特高电荷密度：8 9 1 0 0 2 3 2 3 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) 。 电荷密度 ( 1 ) p a m ：非离子，为丙烯酰胺聚合物； ( 2 ) a - p a m ：阴离子基团可以是磺酸基或羧基，分子量3 0 0 4 0 0 万，低 ( 3 ) c - p a m ：阳离子基团一般为伯、仲、叔胺基，分子量3 0 0 4 0 0 万， 中等电荷密度； ( 4 ) 两性p a m ：阴离子基团是羧基，阳离子基团是伯、仲、叔胺基。 2 3 。2 3 2 聚胺( p o l y a m i n e ) 低中分子量和高电荷密度，一般与a p a m 构成双元助留系统。聚胺 通常以4 0 一5 0 的水溶液供应。 2 3 2 3 3 聚乙烯亚胺( p e i ) 支链结构中含有伯、仲、叔胺基，电荷密度随p h 值变化。p e i 以 1 5 2 0 的碱性溶液供应，一般作为助留剂和电荷中和剂。 ( c h 3 ) 2 n h + 即-唧h2cl一懵n+-ch2chch20壬 一+ 十 ll ，1 。 h 2 c c h 2 n 0 2 3 2 3 4 聚氧化乙烯( p e 0 ) 1 2 幽( c h 2 ) 2 0 ( c h 2 ) 2 n p e 0 对木素中的酚0 h 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3 。作为助留剂的p e o 相对分子量一般在4 0 0 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 h 2 n ( c h 2 c h 2 n ) m 上e h 2 c h 2 n h ) n i c h 2 c h e n h = 系。 2 3 3细小组分的聚集机理 吸附重构专扩散吸附和重构的聚合物链向颗粒的孔隙内扩散 山 聚合物在纤维表面扁平吸附( 快速) 2 3 3 1 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 2 3 3 2 浆料中各组分的聚集机理 2 。3 3 ，2 ，l 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 缅小纤维的聚集枫理 f 凝聚：电中和，异凝聚和补丁 l 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。 2 3 3 2 、2 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。“。 2 3 3 2 3 # f t 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5 0 嘶3 。 2 3 3 2 4 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，在两颗粒问形 成一一架桥，从而发生聚集。影响架桥絮凝的主要因素：a 分子量：分子链越长， 架桥形成絮凝物的能力越强；b 聚合物电荷密度越大：颗粒间吸引力越大c 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。 2 3 3 2 5 网络絮凝机理 聚合物专颗粒间的反应专产生网络状物机械截留留住颗粒等 2 3 4细小组份的助留化学 2 3 4 1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，生长期短的麦革浆由于其过1 0 01 7 1 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