（制浆造纸工程专业论文）膨化脱除废瓦楞纸胶粘物的工艺及模拟胶粘物的研究.pdf

膨化脱除废瓦楞纸胶粘物的工艺及模拟胶粘物的研究 摘要 本文研究蒸汽膨化法制浆脱除废瓦楞纸( o l dc o r r u g a t e dc o n t a i n e r , o c c ) 胶粘物的最佳工艺，以膨化纸浆中大胶粘物的含量以及溶解物和胶 体物( d i s s o l v e da n dc o l l o i d ss u b s t a n c e s ，d c s ) 的含量为主要影响指标。然 后分别选取聚醋酸乙烯酯( p v a c ) 、聚乙烯醇( p v a ) 、氧化淀粉( o s ) 三 种模拟胶粘物涂布于滤纸，在最佳工艺条件下进行膨化处理，初步探讨模 拟胶粘物在膨化过程中产生的d c s 的特征以及成分的变化。实验还利用电 子扫描电镜、红外光谱等现代手段对胶粘物进行观察分析。研究结果如下： 1 经过单因素实验和验证实验，确定废瓦楞纸最佳膨化脱胶工艺为： 液比1 ：4 ，膨化压力0 7 m p a ，保温时间1 0 r a i n ，n a o h 用量2 ，n a 2 s i 0 3 用量l 。 2 对废瓦楞纸膨化脱胶工艺下的裂断长、撕裂指数以及耐破指数进行 分析，发现压力是影响膨化浆物理强度的最主要因素，添加适当的n a o h 和n a 2 s i 0 3 可显著提高纸浆强度，膨化过程中进行适当的保温是有利的，高 的液比是不利于纸张强度的提高。最佳工艺条件的制定也是有利于纸张的 物理强度- 眭能。 3 由扫描电镜观测可以看出，废瓦楞纸中的纤维和胶粘物得到较好的 分散，纤维疏松柔软，成浆效果好，胶粘物从纤维脱落，呈片状或颗粒状。 4 由激光粒径分析仪的测定可知，在浆浓约1 ，离心分离速度 2 0 0 0 r p m ，时间2 0 m i n 的条件下，对模拟胶粘物达到较好的分离效果，能将 d c s 与其它组分如纤维、细小纤维等分离开来。 5 对p v a c 、p v a 和o s 模拟胶粘物d c s 特征的分析可知，d c s 的含 量与电导率、c o d c r 的相关性较好，而浊度随d c s 浓度的变化不明显。 6 通过红外光谱图分析发现，模拟胶粘物的化学结构和功能性基团的 部分吸收峰强度发生变化，表明模拟胶粘物在高温的作用下分子结构受到 一定的破坏，发生降解。 关键词：膨化法脱胶d c s 模拟胶粘物 t h et e c h n o l o g y0 fs tic kie sr e m o v a lf r o m o l dc o r r u g a t e dc o n t ain e rb ys t e a me x p l o sl0 n a n dt h ea n a l y s l s0 fs i m u l a t e ds t i c k i e s a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h em a i nr e s e a r c hf o c u s e do nt h eo p t i m a ls t e a me x p l o s i o n p r o c e s s o fs t i c l d e sr e m o v a lf r o mo l dc o r r u g a t e dc o n t a i n e r ( o c c ) t h e e v a l u a t i a ni n d e x sw e r et h ec o n s i s t e n c eo fm a c r o s t i c k i e sa n dd e si ne x p l o s i o n p u l p w ec h o o s e dp v a c ，p v a ，a n do s a st h es i m u l a t e ds t i c k i e sc o a t e di nt h e f i l t e rp a p e r t h e nt h ef i l t e rp a p e rw a sm a d ep u l pb ys t e a me x p l o s i o no nt h e o p t i m a l c o n d i t i o n s t h e c h a n g e o fd c s sc h a r a c t e r i s t i c sa n dc h e m i c a l c o n s t i t u t e sw e r ep r e l i m i n a r i l yd i s c u s s e d s i m u l t a n e o u s l y , t h ea d v a n c e da n a l y t i c t e c h n o l o g yo fs e m a n df t - i rw e r eu s e dt oa n a l y z es t i c k i e s t h er e s u l t so ft h e r e s e a r c hw e r ea sf o l l o w i n g ： 1 s i n 西e f a c t o rt e s t sa n dt h e v a l i d a t e e x p e r i m e n tw e r ep e r f o r m e nt o a c h i e v et h eo p t i m a le x p l o s i o nc o n d i t i o n so f o c c ：l i q u o r1 ：4 ，e x p l o s i o np r e s s u r e o 7 m p a , h e a tp r e s e r v a t i o nt i m e10 m i n ，s o d i u mh y d r a t ec h a r g e2 ，s o d i u m s i l i c a t ec h a r g el 2 t h ea n a l y s i so fo c c sb r e a k i n gl e n g t h ，t e a r i n gi n d e xa n db u r s ti n d e x l w e r ef o u n d ：t h ee x p l o s i o np r e s s u r ew a st h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o rt op a p e r p h y s i c a ls t r e n g t h t h eu s eo fn a o ha n dn a 2 s i 0 3c a ni m p r o v et h ep a p e r p h y s i c a ls t r e n g t h t h ep r o p e rh e a tp r e s e r v a t i o nw a sg o o dt o o b u th i 曲l i q u o r w a sn o tb e n e f i tf o ri t 3 t h es e m a n a l y s i ss h o w e dt h a to c c sf i b e ra n ds t i c k i e sw e r eo b t a i n e d w e l ld i s p e r s e d t h ef i b e rw a sl o o s ea n ds o f t t h es t i c k i e sw a so f ff o r mf i b e r , a n d e x p l o s e di n t om a s s i v ea n dp a r t i c l e s 4 t h el a s e rp a r t i c l es i z ea n a l y z e ra n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ed c s ，f i b e r sa n d n o n c o l l o i d a l p a r t i c l e s i nt h es t o c kw e r ew e l ld e t a c h e db yt h e c e n t r i f u g a l s e p a r a t o ro nt h ec o n t i o no f 2 0 0 0 r p m ，2 0 m i n 5 t h ed c s sc h a r a c t e r i s t i c so fp v a c ，p v a ，o sa n a l y s i ss h o w e dt h a t c o n d u c t i v ea n dc o d e rc o r r e l a t e dw e l lw i t ht h ec o n t e n to fd c s ，e x c l u d e d t u r b i d i t y 6 t h ei rs p e c t r u ma n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ei n t e n s i t yo f a b s o r p t i o np e a l ( o f t h es i m u l a t e ds t i c k i e s sc h e m i c a lc o n s t r u c t i o na n df u n c t i o n a lg r o u ph a db e e n p a r t i a l l yd e c o m p o s e da f t e re x p l o s i o n t h i sp r o v i d e de v i d e n c et h a tt h em o l e c u l a r s t r u c t u r e sw a s d e s t r o y e di ne x p l o s i o nt r e a t m e n t k e yw o r d s ：s t e a me x p l o s i o n ；s t i c k i e sr e m o v a l ；d c s ；s i m u l a t e ds t i c k i e s 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所挚交的学位论文足在导师指导下完成的，研究上作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，奉人保证不以其它甲位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为抉得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者麟：磁夔杆 学位论文使用授权说明 叻7 年月玎日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录榆索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文： 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发行时间： 口即时发布口解密后发白 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名互旁导师签名 彩月可同 膨化脱豫。废瓦楞纸胶粘物的工艺反模拟胶粘物的研究 第一章绪论 废纸已成为造纸工业的重要原料来源。与原生纤维相比较，废纸一般可节约用水 5 0 7 0 ，节约能源6 0 7 0 ，减少大气污染6 0 7 0 ，废水中生物好氧量减少4 0 ， 固体垃圾减少7 0 “1 。根据联合国和世界粮食组织的预计，2 0 1 0 年人均纸和纸板的消耗 量为6 8 公斤，废纸的利用率为5 0 9 。1 。目前世界废纸浆的产量仅次于化学浆，已占全 球的纸和纸板的产量的1 ，3 左右。在我国，废纸的回用也是缓解造纸原料紧缺、调整造纸 原料结构的一个重要手段。 而二次纤维的大量回用，潜在地增加了胶粘物质、油墨等杂质对纸浆的影响。废纸 浆配抄各种中、高档纸时，主要存在两大问题嘲：一是脱墨问题，二是沉积物问题。沉 积物问题包括胶粘物问题和腐浆问题，其中以胶粘物问题更难处理。废纸的回用过程也 就是除去杂质的过程。废纸的脱墨和胶粘物问题有一定的相关性，胶粘物问题更是影响 生产操作以及产品质量的急待解决的问题。因此，如何有效控制胶粘物已成为废纸处理 过程中最复杂和最困难的问题。 同时，胶粘物的有效去除和控制是非常耗费资金的，有关报道说，在美国每年需要 耗费7 亿美元去控制胶粘物质“1 ，同时还提到，许多浆厂平均每吨废纸浆花费5 美元用于 胶粘物的控制。而也有报道说花费在胶粘物质的控制方面不仅仅是换网、清理等费用， 同时还要计算由于换网、清洗时所造成的产量的损失。1 。这些损失可以达到5 0 美元h 。 正是由于胶粘物的控制需要花费大量的时间和资金，所以寻找一种有效去除胶粘物质的 方法成为各国目前对胶粘物控制领域的研究重点。下面对废纸中产生的胶粘物和d c s ， 以及膨化制浆法进行介绍。 1 1 胶粘物 目前，关于什么是废纸胶粘物( s t i c k i e s ) ，还没有一个准确的定义，一般可以认为 是来源于回收纤维的粘性物质，大多带有负电荷脚。 废纸胶粘物一般是以混合物的形式出现的，成分复杂，它既包括废纸纤维中本来就 存在的亲脂性物质，如脂肪酸、树脂酸、甾醇和甾醇酯等，还包括在纸张加工和使用过 广西大掌硕士掌位论文膨化脱除废瓦期 纸肢轱物的工艺a 模拟肢轱物的研究 程中引入的胶粘剂、热熔胶、标签、书籍装钉用胶、胶带、乳胶、油墨粘合剂、湿强树 脂及其它聚合物等混合物组成。石蜡作为一种填充剂用来调节粘合剂的熔点，本身不具 有粘性，但它的疏水性会对纸成品质量产生影响，所以也被归为胶粘物”。所以说在废 纸回用过程中胶粘物是一个非常广泛的称谓。 胶粘物具有一系列的物理化学性质如热塑性、体积质量、粘弹性、变形性、疏水性、 p h 值、温度敏感性以及溶解性、降解性、附聚性、表面能、离子性、反应性等特性“1 ， 另外它本身还表现出很强的附聚和降沉能力。正是由于胶粘物具有这些性质，使其在废 纸回用的处理过程产生严重障碍。胶粘物障碍最主要的是胶粘剂( 水湿性胶粘剂、压敏 性胶粘剂和热熔性胶粘剂) 引起的问题”1 。 1 1 1 胶粘物的组成和来源 1 1 1 1 胶粘物的组成 ( 1 ) 天然树脂 木材中存在的亲脂性抽出物主要是包括脂肪酸、树脂酸、蜡、甾醇、甾醇酯、甘油 酯和其他的氧化化合物。其种类和多少与木材的种类有关。在制浆和磨浆以及后续漂 白中，薄壁细胞和针叶木树脂道中的亲脂性抽出物释放出来，在纸浆悬浮液中，树脂的 存在方式有四种“”：( 1 ) 内部树脂，存在于薄壁细胞内部；( 2 ) 表面树脂，存在于纤 维和薄壁细胞的外表面，此部分树脂主要在纤维的局部表面以斑点的形式存在，有的则 以薄膜的形式覆盖在纤维表面；( 3 ) 胶状树脂，游离地悬浮于纸浆悬浮液中，形成分散 的胶状树脂；( 4 ) 溶解树脂，在碱性或中性条件下形成的溶解树脂，主要是脂肪酸和树 脂酸的可溶性皂化物。最有可能发生树脂障碍的是第三种树脂即胶状树脂。但是在制浆 造纸过程中激烈的机械处理( 打浆和磨浆等) 都可能使前两种树脂转化为更为有害的胶 状树脂而产生沉积。研究己证实，甘油三酸酯是造成树脂障碍有害树脂的主要成分“”“”。 ( 2 ) 合成聚合物 纸张在生产、加工和使用过程中添加各种助剂，印刷、包装过程中会引入大量人工 合成的聚合物。这些聚合物在废纸回用过程中变成杂质而导致胶粘物沉积等问题。这些 物质主要包括“”“”：( 1 ) 加工纸在涂布过程中使用的各种涂布粘合剂，如丁苯胶乳 ( s b r ) ，聚醋酸乙烯酯( p v a c ) 、聚丙烯酸酯( p a ) 、淀粉等；( 2 ) 在包装过程中使用 的各种胶粘剂，如压敏胶、热熔胶；这两类物质由于本身具有较大的粘性因而容易产生 2 广西大掌硕士掌位论文 膨化脱除废瓦抒纸肢粘物的工艺反模拟股粘物的研究 沉积；( 3 ) 油墨连接料中的各种胶粘剂和残余油墨。现在油墨中常用的粘结料一丙烯酸 树脂由于具有良好的水分散性能，在脱墨过程中不易除去，在白水中积累，一定条件下 容易导致沉积问题；( 4 ) 亲脂性的施胶剂如松香酸和烷基烯酮二聚体( a k d ) ；( 5 ) 无 机填料和细小纤维，它们虽然本身没有粘性，但由于其具有较大的表面积和表面能，容 易与粘性杂质粘附在一起沉积下来，例如碳酸钙。 1 1 i 2 胶粘物的来源 废纸回用过程中产生的可能导致沉积问题的杂质的种类是很多的，使得废纸使用中 胶粘物的潜在来源十分复杂。表l - 1 对废纸回用过程中潜在的胶粘物来源做了总结。 表l - l 废纸回用过程中潜在的胶粘物来源 t a b 1 1p o t e n t i a lo r i g i n so f s t i c k i e si nt hs e c o n d a r yf i b e r sr e c y c l i n g 注：s b g - 。苯胶乳，p v a c - 聚醋酸乙烯酯，p b d - 聚丁二烯，p i p 一聚异戊_ 二烯，e v a - k , 烯乙酸乙酯。 p e 一聚乙烯，p p - 聚丙烯，p v a 一聚乙烯醇，1 、g _ 甘油三酸酯 从表1 - l 可知，这些胶粘物来源很复杂，有高分子、低分子的有机组分，有天然和 合成聚合物，也有无机化学品，还有机械浆中本来含有的天然亲脂性抽出物，它们在生 产过程中随着工艺参数的变化而产生不同的影响。 1 1 2 胶粘物的分类和危害 1 1 。2 1 胶粘物的分类 胶粘物的分类标准不同，所以它的分类也各异，其中最主要的有以下两种“”： ( 1 ) 按尺寸大小分类。可以分为大胶粘物( m a c r o s t i c l d e s ) 和微细胶粘物 ( m i c r o s t i c k i e s ) 。所谓大胶粘物是指筛选时可以留在0 1 0 o 1 5 m m 缝筛缝上的胶粘物， 微细胶粘物则是可以通过0 1 0 0 1 5 m m 缝筛的胶粘物。大胶粘物是可以靠精选除去的， 微细胶粘物一般靠物理方法就难以除去。 ( 2 ) 按物化性质分类。可把它们进一步分为原生胶粘物和二次胶粘物。原生胶粘 物指的是天然树脂类和合成树脂类化合物“”。天然树脂类指的是木材抽出物，如树脂酸 膨刖溅除废瓦耪纸肢秸物的工艺蕊模拟肢粘物的研究 和脂肪酸等。合成树脂类化合物指的是合成聚合物，即用作涂布胶粘剂、热熔胶、油墨 粘合剂和添加剂等方面的化合物，另外还会有一些石蜡和无机化合物，如填料、涂料等 混在胶粘物中。而二次胶粘物主要是由溶解于造纸过程水中的溶解和胶体物质( d c s ) 在生产的某些环境变化中( 如p h ，温度的变化或一些去稳定剂的加入等) 形成的胶粘物。 大部分原生胶粘物可用物理方法如筛选、轻杂质除渣等方法除去，而再生胶粘物是在生 产过程中形成的，不能用物理方法除去。c a n e “”等人指出，能形成二次胶粘物的溶解物 和胶体物的浓度比原生胶粘物( 包括大胶粘物和微细胶粘物) 的浓度还高还多。这说明 二次粘胶物与原生粘胶物相比，具有更大的控制难度和更严重的危害性。因此对粘胶物 的沉积机理和控制的研究主要集中在二次粘胶物上。 此外，胶粘物还有以下几种分类方法啪1 ： ( 1 ) 按其与纤维结合的程度分类。可以把胶粘物划分成游离态和粘结态的胶粘物。 游离态胶粘物指没有与纤维粘合而里游离态存在于纸浆中的胶粘物，而粘结态的胶粘物 是指吸附在纤维表面并与纤维结合在一起的胶粘物，这种方法可以很好地表征胶粘物粒 予从浆中有效去除的程度 ( 2 ) 按其枯性分类。胶粘物按其物理性质( 表面弹性) 可分为粘弹性和僵硬性的 胶粘物。 ( 3 ) 根据胶粘剂的化学组成分类。分为压敏胶和热熔胶或两者混合 ( 4 ) 根据可否回收分类。可分为有利于回收和不利于回收的胶粘物。此标准认为 对回收系统有利的胶粘物将是可分散和可去除的，而不利于回收的胶粘物是那些利用现 有技术难以从浆中去除的胶粘物。 ( 5 ) 按其可见性分类。按其在浆中的可见性可将胶粘物分为可见和不可见的胶粘 物，这种分类对生产和购买商品脱墨浆的厂家将是非常有用的。 1 1 2 2 胶粘物的危害 胶粘物问题的产生主要是由于胶体与水的亲和性降低而引起的。当胶粘物与水的亲 和性大时，粒子趋于分散状态，反之发生絮凝。 由于胶粘物本身就具有很强的凝聚和沉积趋势，在浆中或白水系统中循环，在一定 的外界条件下( p h 值、温度的改变，或添加阳离子聚合物等) ，由于具有粘性以沉积的 方式留在纸机或纸页中，引起各种问题。主要表现在以下几个方面。”： ( 1 ) 沉积在成形网上，堵塞网孔，造成滤水困难，影响纸机车速的提高，增加停 机清洗时间： 4 广霄未爿邑| 曩士掌位髓? 文膨化脱豫废瓦辐匠肢粘物的工艺夙攘拟肢轱物的研究 ( 2 ) 沉积在压榨毛布和压辊上，缩短毛布使用寿命，影响纸页脱水； ( 3 ) 粘附在烘缸表面上造成纸页断头； ( 4 ) 残留在纸页中形成污点，增加纸病，如孔洞、黑斑、透明点等，影响产品质 量： ( 5 ) 聚集在白水中，成为“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。 ( 6 ) 在输送管道内、筛浆机和流浆箱内等处出现无机物的结垢，严重影响生产的 正常运行 因此研究胶粘物对废纸回用有着很重要的意义。 1 1 3 胶粘物的去除 废纸回用处理过程中，是不能将胶粘物完全除去的，即使是最有效的体系也不能将 其完全除去，只是增加了系统去除杂质的种类和能力。这是由于胶粘杂质复杂多样，具 有不同的物理化学性质，本身还表现出很强的附聚和降沉能力。在某一控制条件下并非 所有胶粘物都可以除去。而且胶粘物之问的混合可加强它们的附着能力和粘度，因此， 很小比例的污染物就可能诱发沉积幽1 。 如何有效去除胶粘物是二次纤维生产中面临的重要问题。在工业生产中首先应该控 制二次纤维原料中胶粘物的含量，即对废纸进行严格的分类筛选，在投入生产前进行自 动化预选；其次是在浆料制备及抄纸生产过程中有效去除胶粘物；最后对在过程中无法 去除的残余胶粘物进行稳定处理。控制原生或二次胶粘物的方法有以下几种酬： ( 1 ) 原料选择和控制； ( 2 ) 机械方法：打浆、净化、筛选、洗涤、热机械分散、分级； ( 3 ) 化学方法：吸附，化学分散、固着、表面钝化、表面净化、浮选； ( 4 ) 生物法：酶处理、真菌处理； ( 5 ) 适宜的水路管道设计和合适的水循环； ( 6 ) 研究使用利于废纸回用的胶粘剂。 虽然以上某些研究结果己较成功地应用于实际生产，但仍存在着一些问题，如胶粘 物去除率较低，处理成本偏高，处理后的胶粘物容易附聚重新形成再生胶粘物等，需要 我们去解决和克服。 膨化脱豫废瓦椐纸肢轱物的工艺a 模拟胶粘物的研究 需要指出的是，在废纸制浆造纸过程的各个阶段，其d c s 的来源及组成是不同的。 但一般来讲，碎浆过程中产生的大量d c s 借助现代化的废纸处理工艺如浮选、洗涤，就 可以去除其中的大部分，因此废纸浆就不会将很多的d c s 物质携带到抄纸工序中去。但 是，在实际生产中，很小比例的污染物就可能诱发沉积，对纸机的运行和产品的质量仍 有负面影响。 1 2 浆水中的d c s 1 2 1d c s 的组成 分散在过程水或浆水体系中的亲脂性胶体物质以及溶解在水中的非纤维素物质被 称为溶胶物质( d i s s o l v e da n dc o l l o i d a ls u b s t a n c , ，简称d c s ) 。”嘶1 。d c s 可分c s ( 胶体 物) 和d s ( 溶解物) ，废纸浆中d s 的含量较c s 的含量为高。绝大多数c s 的粒径尺寸 介于o 1 l o i t m 之间，是控制和去除的主要对象，d s 的粒径尺寸则小于0 1 p m 。d c s 属微胶粘物，不能靠物理方法来除去田3 。 目前常用木材的树脂在制浆和漂白中被可以分散在过程水中的胶体，在定条件下 是稳定的。另外，在制浆漂白过程中还会产生大量的半纤维素、立格南、低分子量木素 和果胶类物质以及从原料和生产用水中引入的无机电解质，都是溶解在过程水中的。在 机械浆的制浆和漂白过程中可以产生d c s 3 0 7 0 k g i t - 1 浆汹1 。浆水体系中溶解的碳水化 合物和木素类物质是一些阴离子聚合物，称为“阴离子垃圾”( a n i o n i c t r a s h ) ，它们会与 抄纸过程中的阳离子助剂( 如助留助滤剂) 作用而恶化整个抄纸系统删。 在使用废纸制浆的纸厂，由于废纸的组成复杂，因此其回用过程中产生的d c s 也就 比较复杂。除了含有天然的木材亲脂性抽出物外，还有人工合成的聚合物，如来自废纸 中的压敏胶、热熔胶、涂布粘合剂、油墨粘结剂、残余的脱墨化学品、抄纸过程添加的 干、湿强剂等物质1 。这些物质的释放将会严重影响废纸的抄造过程和产品的质量。由 于这些物质的存在，使得使用废纸浆和机械浆的新闻纸厂遇到的问题比只使用机械浆的 新闻纸厂更多。”。因为这些聚合物或者本身就有粘性，或者在制浆过程中被赋予了粘性， 因此它们在纸浆悬浮液中的形状和尺寸的变化范围较大。另外，废纸浆中存在的人工合 成的许多胶粘剂大都带有负电荷，在废纸回用中可以形成二次胶粘物，这些二次胶粘物 粒子在过程水中以稳定的胶体形式存在，据研究这种稳定主要是电荷稳定的结果。”。 6 广西大掌硕士掌位论文 膨化脱除废瓦楞纸肢粘物的工艺反模拟肢粘物的研究 据w a g b e r 与o d b e r g 发现，云杉的t m p 中6 0 的d c s 是碳水化合物，3 0 的u v 吸收性物质，1 0 的二氯甲烷抽出物。废报纸白水过滤后的滤液d c s 物质中灰分含量占 2 7 左右，有机物占9 7 左右。其中主要的是碳水化合物，其次是木素、树脂。”。 1 2 2d c s 的沉积原因 d c s 或二次胶粘物在纸浆悬浮液和过程水中能够稳定地存在。这种稳定是一种胶体 体系的稳定。但当操作条件改变时，它们就会失稳产生絮聚或凝聚进而产生沉积。这些 失稳的d c s 物质就会与细小纤维和填料等物质一起在成形网、压榨部毛毯、压榨辊或 烘缸表面形成沉积，影响纸机的运行性，并最终影响产品质量。 关于胶粘物沉积的机理主要是失稳和润湿两个方面共同作用的结果。胶粘物的失稳 可以由多个因素作用造成，有以下几方面1 ： 1 2 2 1 水分的蒸发和温度的升高 这种情况主要发生在纸机的干燥部。随着纸页中水分的蒸发，胶体物质携带负电荷 的能力和溶解物质的溶解度逐渐降低，结果导致这些物质在液相中逐渐浓缩和聚结。加 上温度的升高也使某些胶粘物粘性逐渐增加，如聚乙烯醇、热熔胶等，更增加了它们的 沉积趋势。 1 2 2 ：气泡的混入 空气气泡混入到浆料和白水中也能导致胶粘物的失稳。因为在浆料和白水中混入空 气泡，或空气由溶解状态释放出气泡，它们就会升到液面上，而疏水的胶粘物粒子也趋 于粘着在气泡上一起上升。由于胶粘物粒子对气泡的稳定作用，气泡到达液面后不是立 即破碎而是形成泡沫。这些泡沫的破裂增加了胶粘物粒子相互之间聚结和沉积的可能。 1 2 2 3 流体剪切力造成失稳 尽管胶粘物粒子的负电性和空间位阻限制了它们与静止表面之间的接触，但是在浆 料流动过程中，杂质粒子的动量足以克服这些斥力使粒子与其接触并产生粘附。流体剪 切力是决定能否发生这种沉积的关键。太大的剪切力不会发生沉积，这是因为这时纤维 的冲刷能力较强，足以除去已沉积的物质。太小的剪切力也不会形成沉积，因为这时粒 子与表面之间的斥力占主导地位。这种沉积往往发生在液面以下的储浆池内壁、管道内 部、脱水板和吸水箱上。 1 2 2 4 无机填料的存在 7 膨化脱豫废夏耪纸肢粘物的工艺及模拟胶粘物的研究 某些无机填料的存在也是导致胶粘物沉积的重要原因之一。例如碳酸钙。碳酸钙粒 子具有憎水性表面。它可以吸附各种油类和脂肪类物质而聚结成较大颗粒。此外，碳酸 钙也可以作为一种填充物，使胶粘物粒子之问或粘胶物粒子与金属表面粘结在一起。 1 2 2 5 胶粘物在设备表面的润湿 当具有沉积趋势的胶粘物颗粒接触到设备表面时，就会粘结在其表面，最终造成障 碍问题，这可以由润湿理论来解释：当胶粘物的表面张力小于成形网或其他设备表面材料 的表面张力时，固体表面表现为容易润湿，即容易沉积在网上。 近些年来，随着造纸过程中废纸回用量的增加以及用水封闭循环的日趋完善，浆水 中的杂质积累也越来越严重。其中，d c s 是最主要的组分之一。浆水中d c s 的逐渐积 累，带来胶粘物沉积( 树脂障碍) 等一系列问题。不管是树脂障碍还是胶粘物沉积都是 粘性杂质在生产过程中一定条件下产生的沉积以及相关问题。据研究，在封闭循环的水 系统中，有超过3 的固体物质，而其中超过7 0 是d c s 物质啪。 当d c s 积累在一定程度上时会沉积下来时，对造纸过程产生负面影响。其主要危 害表现在：1 ) 在浓度较高时，削弱阳离子型助剂的使用效果，进而影响废纸浆的滤水 性能1 ；2 ) d c s 是由粘性或者具有潜在粘性的粒子组成，易发生沉积，是产生二次胶 粘物障碍的重要原因；3 ) 会引起纸机运行性能的下降和纸产品质量的下降。 1 2 3d c s 的分离 废纸浆悬浮液是一个非均相的混合体系，其中包括木材纤维，填料( 粘土、碳酸钙 等) 。，各种溶解和胶体物质( d c s ) 及其它添加剂等。在细小纤维、填料粒子和胶体粒 子之间以及胶体粒子与溶解的大分子之间并没有明显的界限。为了对d c s 进行专门研 究，需要将d c s 与其它组分如纤维、细小纤维、填料等分离开来，以便进行进一步的化 学分析。 常用的固液分离技术有过滤和离心分离。我们可以通过过滤或者离心的方法从纸浆 悬浮液中制备主要含有d c s 的水样。过滤技术就是根据粒子的尺寸不同将其分离。然而， 普通的过滤方法由于胶体物质附于纤维上，会导致一定的损失，使制备的d c s 样品缺乏 代表性。离心分离就是根据粒子的密度不同将其分离。实验发现离心分离纤维和其他非 胶体粒子与d c s 有很好的可再现性。该方法也能除去多数与胶体物大小相近的填料1 。 尽管如此，目前还没有一个标准或者公认的制备d c s 的离心条件，如离心速度、时间、 广西大掌硕士掌位论文膨化脱綮废瓦楞纸肢粘物的工艺及模拟肢粘物的研究 温度等。不同的离心条件制备的d c s 其含量和组分是不同的。常采用的条( 牛是2 0 0 0r p m 。 离心分离2 0 m i n ，也有采用15 0 0r p m ，3 0 m i n l 搀。离心之前在6 0 。c 条件下对纸浆搅拌3 h ， 以使d c s 得到充分的释放和分散。 如图i 1 所示的分离过程可以将d c s 与其它组分如纤维、细小纤维、填料等分离开来 区分开来。 图i - id c s 的分离过程 f i g 1 - is e p a r a t i o np r o c e s so f d c s 浆浓为1 的纸样在2 0 0 0r p m 下离，t j , 2 0 m i n 。然后将含有d c s 的上清液小心的移出， 避免沉淀的纤维和填料重新分散。也可以将上清液通过膜过滤( 孔径为0 1 o 2 t t m ) 来 获得只含有溶解物质( d s ) 的样品。如果对比胶体粒子更大的粒子感兴趣，可以将悬浮 液在d d j ( 2 0 0 目，孔径7 6 r t m ) 中进行过滤，得到含有d c s 、粒径较大的分散粒子如细 小纤维、填料、树脂和胶乳的聚结物。也可以通过超滤和适当的膜过滤将它们分离成低 分子量和高分子量两部分。 1 2 4d e s 分析方法的研究 在复杂的d c s 体系中，用一、两种方法很难就能完全测出其的性质。目前所能用的 纸机湿部化学监测的工具，主要有助留监测设备、浊度仪和动电电位设备( 流动电位、 阳电荷需要量和z e t a 电位) 4 1 o 检测纸机湿部多样性较为可行的方法还有检测白水中溶 解的无机和有机组分的含量。在工业中，用于监测和控制无机的和有机的d c s 物质的在 线测试仪主要是电导率仪和在线电荷检测仪。离线的还可采用测量总溶解物质( 1 i ) c s ) 、 浊度( t u r b i d i t y ) 、化学需氧量( c o d ) 和总有机碳( t o g ) 。 9 膨化脱豫废瓦意纸胶粘物的工艺履模拟肢粘物的研究 1 2 4 1 重量分析法( w e i g h t i n g ) 一定量的d c s 经离心分离后，量取一定的体积在1 0 5 2 烘箱中干燥至恒重，可以 直接得到溶解的固体物质的量。 1 2 4 2 电导率测试法( c o n d u c t i v i t y ) 电导率测试法是一种测定溶解的无机盐分最普遍的方法。根据离子尺寸和化合价的 不同，该离子溶解的量和电导率间的关系也不同，离子的种类、浓度和温度决定了电导 率( 1 a m c r a - 1 ) 和溶解固体的量( m g l 1 ) 之间的转换系数在0 5 5 o 9 之间。电导率测试 法适合于水体内含有强酸或强碱的酸根离子或金属离子，如n a + ，i c ，s o 。2 。，c 1 一等。由 于有机酸的离子化状态不稳定及其分子量等因素的影响，用电导率仪测试的效果不佳。 对于一些可逆的溶液，如弱酸和三价或两价的盐溶液，特别是钙盐( c a c 0 3 ，c a s 0 4 ) ， 由于整个体系不稳定，对用电导率仪测定的结果有一定的影响。 由于白水中的溶解物质很得杂，如离子种类不同、阴离子和阳离子各自之间互斥( 相 互之间相吸) 、有机弱酸、中性有机物质等的影响，用电导率测量白水中溶解固体含量 时要对测试样品和结果进行具体分析。 i 2 4 3 阳离子需求量( c a t i o n i cd e m a n d ) 阳离子需求量是系统内部( 指造纸机湿部的浆料悬浮液系统或回用水系统) 达到等 电点时所需要添加的一定电荷密度的阳离子助剂的数量。一般用标准阳离子电荷滴定液 的毫升数来表示。阳离子需要量较为客观地描述了系统的负电性，但没法描述具体的溶 解物质的含量，特别是当体系中含有很多中性物质时。 1 2 4 4 化学需氧量( c h e “c a lo x y g e nd e m a n d c o d ) 化学需氧量是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂量。用每升 容积的水体内耗氧的毫克数( m g l 1 ) 表示。c o d 值越高，有机物质就越多。 1 2 4 5 紫外光谱吸收量法( u va b s o r b a n c e ) 紫外光谱测量法是一种直接测量木素的含量和溶解在水中的抽出物和碳水化合的 量的典型方法。在2 8 0 n m 的紫外光波波长下，木素和木酚等含有极性酚羟基的抽出物均 有一个特征峰。紫外光谱吸收量与水体中的有机溶解物质的含量相关很好，且与水体中 的总有机碳含量有近一致的变化趋势。还有研究表明，在使用t m p 为主要原料的造纸厂， 水体中的紫外光谱吸收值与c o d 和b o d 等参数有很好的相关关系。 1 0 胆；化脱除废瓦楞纸肢粘物的工艺及模拟胶粘物的研究 1 2 5d 组分的分析 如图1 2 为d c s 试样的分析方法h 2 1 。通过这种分析方法，可对d c s 中物质进行较为有 效的分析。另外，p h 值、t o c 、电导率、浊度以及阳离子需要量等可以作为成分分析的 重要补充，以获得更为全面的分析结果。 图1 - 2d c s 试样分析步骤图 f 培i 一2a n a l y t i c a lp r o c e d u r eo f d c s 1 2 5 1 碳水化合物的分析 碳水化合物主要包括各种半纤维素，果胶、淀粉，为阴离子聚合物，占d c s 中有机 溶解物质的大部分。硅烷化后进行气相色谱分析，揭示它们作为阴离子垃圾的重要角色。 已经发现利用该方法可分析纸浆和纸张样品中半纤维素的含量和组分 1 2 5 2 脂肪酸和树脂酸的分析 根据图1 2 的程序，通过适当的溶剂抽提，硅烷化后的抽提液用标准的气楣色谱柱 ( 1 5 2 5 m ) 可得到d c s 中的亲脂性及中等亲水性的各种脂肪酸、树脂酸和甾醇的详细 信息。 1 2 5 3 合成聚合物的分析 移取一定量的试样于曲颈瓶中，进行冷冻干燥加入四氢呋喃( 唧) 回流，然后将 其放入旋转蒸发器中蒸发，最后在氮气中对其进行蒸发干燥使用t h f 将其稀释至一定体 积，然后进行高压液相色谱( h p l c ) 检测。 对于d c s 化学成分的分析，通过溶剂抽提，还可以采用傅立叶转换红外光谱 ( f t - i r ) 、热解气相色谱质谱( p y g c m s ) 、核磁共振( n m r ) 等现代仪器分析方法， l l 膨化脱除废茸省纸肢粘物的工艺蕊模拟肢粘物的研究 进行树脂和粘胶物的分析“”，以便得到有利于确定其具体化学组成的相关信息。 1 3 膨化法制浆技术 1 3 1 膨化法制浆技术的发展 膨化法制浆( s t e a me x p l o s i o np u l p i n g ，简称s e p ) 这一概念最早是由w h m a s o n 于 1 9 2 7 年提出来的，他使用7 8m p a 的饱和蒸汽作为工作介质爆破软化了的木片，产生 的粗浆用于建筑纸板1 。后来膨化法制浆逐渐扩展到造纸浆料和废纸处理，其目的是得 到性能较好的纸浆和降低磨浆能耗“”。由于该技术使用高压力的饱和蒸汽作为工作介质 进行爆破，对装备和操作控制的技术要求也高，难以推广。但由于膨化法具有一些有价 值的特点和潜在的优势，科研工作者围绕这项工艺进行了大量的研究与试验。到8 0 年 代末，加拿大己建成一座年产“万吨膨化法制浆工厂，也是世界上第一个采用此项工 艺的纸浆厂。随后这一方法被c h e s a p e a k e 公司、w i s c o n s i n 薄纸公司和s t a k e 公司用于 开发二次纤维制浆。b v k o k t a ”1 等用高压饱和蒸汽蒸煮和爆破经化学预处理的木片可 制得得率高、强度好、磨浆能耗低的造纸用浆。 在国内部分高校和研究所对膨化法进行了研究。我国大都以草类原料为研究对象， 由于草类原料结构疏松，可以在较低的膨化压力下即可实现纤维分离，膨化压力已从高 压变为低压( 电o m p a ) ，膨化浆可用于制浆，饲料、人造板等许多方面，膨化设备已从 实验室设备发展到工业化设备，并成功的应用于工业生产中。詹怀宇“”、黄干强“”等人 对按木、杨木的膨化法制浆进行了研究。李卫等对落叶松的蒸汽膨化法制浆的研究得到 了质量较好的造纸用纸浆。北京林业大学成功的设计了年产6 0 0 0 t 浆、1 2 万t 浆的工业 化膨化器，并以建成投产1 ；华南理工研究的阔叶木、草类原料中低压爆破制浆方法的 生产化试验成果达到国际先进水平脚1 。 1 3 2 膨化机理 膨化法是一种将传统化学法和机械法制浆技术的优点结合在一起的新型清洁生产 技术“。具有细胞结构的植物纤维，在高温、高压和水蒸汽作用下，纤维被液体所润胀， 孔隙中充满蒸汽，半纤维素部分降解，木素软化，严格控制温度和停留时间，通过瞬间 喷放卸料至常压，纤维细胞内的蒸汽会快速膨胀，产生“爆破”，使部分木素剥离，并 广西大掌硕士掌位论文膨化脱除废瓦楞纸肢轱物的工艺覆模拟胶粘物的研究 将原料离解为细小纤维，获得纸浆。该法主要目的就是在保持纸浆质量的前提下，尽量 利用热能和物理原理作用分离纤维，以减少制浆过程中的化学反应嘲。 1 3 3 膨化法在废纸处理中的应用 国外已有研究膨化法技术用于激光印刷废纸脱墨的报道，激光印刷油墨中有热塑物 质，难以从纤维上分离的，并且在制浆过程中不易碎解，以前的方法是利用机械力进行 分离、分散、最后将油墨除去。n d k s h a r m a 的研究发现，膨化法中熟和压力的良好 结合，是分离油墨离子，并使其变小的有效手段旧3 。 2 0 世纪6 0 年代，澳大利亚就曾发展过一种预制浆的方法来疏解废纸，所用压力高 达0 6 9m p a 、温度1 6 0 c ，而后爆破性地减压，结果没有成功。8 0 年代，加拿大s t a k e 技术公司采用爆破法处理阔叶木下脚料用于制浆取得了成功m 1 。随后这一方法再次被 c h e s a p e a k e 公司、w i s c o n s i n 薄纸公司和s t a k e 公司用于开发二次纤维制浆之后，经过 1 5 0 多次实验证明，蒸汽爆破法能成功地扩散蜡、乳胶和油墨，其他诸如热熔物、塑料 和湿强纸也能通过化学方法被分解。 蒸汽爆破法脱墨工艺能更有效地回收低档废 纸，而且该项技术能解决一些废纸回收中的难处理问题，它对分散难的材料( 如激光、 静电印刷油墨等) 也十分有效嘲1 。 c h e s a p e a k e 公司认为：该蒸汽膨化技术是非常先进的，它在成本效率，环境保护以 及对废纸的广泛适应性等方面均有独到之处。除上述特点外，该工艺还可生产出高质量 的产品。 但目前国内针对废纸膨化处理的研究并不多。广西大学王双飞等人用自制的膨化器 对静电印刷废纸进行处理，取得较好的脱胶效果。”。 1 4 本课题的研究意义和主要内容 1 4 1 研究的意义 目前废纸浆用于纸张的生产技术已有很大进步，但在利用高配比废纸浆或全废纸浆 生产高档纸的技术方面没有明显的突破，其技术瓶颈是废纸回用过程中胶粘物产生的障 碍问题。而目前废纸胶粘物去除技术存在脱出率较低，处理成本偏高，处理后的胶粘物 容易附聚重新形成再生胶粘物等问题。因此，寻找一种成本低、效果好的胶粘物去除方 膨化脱除舟：瓦楞纸肢粘物的工艺及模拟肢粘物的研究 法成为现在研究的热点。 对废纸在膨化控制过程中d c s 化学组份进行分离与识别，明确d c s 的主要成分， 就可以对症下药，选择适当的方法，特别是化学方法予以除去，或将d c s 的含量控制 在某个范围以内，或将它改性以避免发生不必要的危害，利于造纸操作过程的顺利