制浆造纸技术讲座.ppt

制浆造纸技术讲座,讲座内容,第一章植物纤维原料第二章化学法制浆第三章打浆第四章施胶第五章造纸原理与工程,第一章造纸植物纤维原料,1、纤维素、2、半纤维素纤维素和半纤维素皆由碳水化合物组成木素。3、木素木素则为芳香族化合物。,纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基构成的线状高分子化合物。纤维素大分子中的D-葡萄糖基之间按照纤维素二糖联接的方式联接（1,4-苷键）。,纤维素大分子的两个末端基的性质是不同。,纤维素的碱性降解,纤维素的配糖键在一般情况下对碱是比较稳定的，但在高温条件下，纤维素也会受到碱性水解。与酸性水解一样，碱性水解使纤维素的配糖键部分断裂。,剥皮反应,在碱的影响下，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖基会逐个掉下来。在碱性溶液中，即使在很温和的条件下纤维素也能发生剥皮反应。,半纤维素是指植物纤维原料中除纤维素以外的全部碳水化合物（少量的果胶质和淀粉除外），即非纤维素的碳水化合物。,构成半纤维素的糖基,木糖(Xylose)、阿拉伯糖(Arabinose)、甘露糖(Mannose)、葡萄糖(Glucose)、半乳糖(Galactose)、4-0-甲基葡萄糖醛酸(4-0-Methyl-GlucuronicAcid)、半乳糖醛酸(GalacturonicAcid)、葡萄糖醛酸(GlucuronicAcid)。鼠李糖(Rhammose)和岩藻糖(Fucose)。,半纤维素的碱性降解,半纤维素在碱性条件下可以降解，碱性降解包括碱性水解与剥皮反应。例如在5%NaOH溶液中，170时，半纤维素苷键可被水解裂开，即发生了碱性水解。在较温和的碱性条件下，也发生剥皮反应。,剥皮反应,半纤维素的剥皮反应从聚糖的还原性末端基开始逐个、逐个糖基进行。但是由于半纤维素是由多种糖基构成的不均聚糖，所以半纤维素的还原性末端基有各种糖基，而且还有枝链，故其剥皮反应更复杂。,半纤维素对纸浆及纸张性质的影响,（一）半纤维素对溶解浆的影响溶解浆是生产粘胶纤维、玻璃纸或者其它纤维素衍生物的原料。半纤维素的存在对溶解浆的使用会产生不利影响。,半纤维素对纸浆卡伯值和漂白的影响,半纤维素对纸浆打浆行为的影响,纸浆中存留的半纤维素有利于纸浆的打浆，这是因为半纤维素比纤维素更容易水化润胀。纸浆中存留的半纤维素聚糖的种类与结构比半纤维素的含量对打浆的影响更大。,半纤维素含量对纸张性质影响,半纤维素有利于纸浆的打浆，有利于纤维的细纤维化，大量研究结果表明，凡是通过打浆能获得较高强度纸张的纸浆都有较高的半纤维素含量。半纤维素含量高有利于纤维的结合，所以对提高纸张的裂断长、耐破度和耐折度等有利。半纤维素含量低，有利于一些与纤维结合力无关的纸张性质，如不透明度和撕裂度等。,随着半纤维素含量的增加，相对地降低了-纤维素的含量，即减少了保证纤维本身强度的纤维素的含量，所以半纤维素在增加纤维结合上的积极影响在某种程度上会被纤维本身强度降低的不利影响所降低或抵消，反之亦然。,木素在植物内的作用,在木材中木素作为一种填充和粘结物质，在木材细胞壁中能以物理或化学的方式使纤维素纤维之间粘结和加固，增加木材的机械强度和抵抗微生物侵蚀的能力，使木化植物直立挺拔和不易腐朽。,木素的含量,针叶木(裸子植物)中，木素含量25%35%；阔叶木(被子植物中的双子叶植物)木素含量达20%25%；单子叶植物中禾本科植物一般含15%25%。,木材中木素含量最高的部位在复合胞间层；次生壁的木素含量较低，但由于次生壁比复合胞间层厚得多，所以木素大部分分布于次生壁。,木素的结构单元,1、-芳基醚和-烷基醚结构基团的反应,5、少量（次要）成分,（一）抽出物（Extractives）水抽出物(冷、热水）稀碱抽出物（1%NaOH)有机溶剂抽出物灰分-植物纤维原料都含有一定量的矿物质、燃烧后产生灰分（温度一般在57525）草类原料的灰分与组成n含量：1.2%10%(2%以上)，叶部的灰分甚至高达23.1%。化学组成：灰分中60%以上是SiO2,尤其是叶部和梢部,灰分对纸浆生产的影响,草类原料中的SiO2，在碱法制浆过程中形成Na2SiO3，溶于废液中，使废液粘度升高，洗涤时黑液提取率降低，对黑液的蒸发、燃烧、苛化、白泥回收等过程都带来麻烦，即所谓的“硅干扰”。,第三章打浆,第四章AKD中性施胶剂的应用,AKD是烷基烯酮二聚体的简称，是与植物纤维能起化学反应的中性施胶剂。其化学结构式为:,一、AKD施胶剂性质与性能,AKD是一种低熔点（一般在4355之间）的浅黄色蜡状固体，不溶于水，通常是将其熔化后加入乳化剂进行高压乳化，得到水包油型的AKD乳液。,1.1AKD性质,AKD施胶剂需用改性淀粉或合成聚合物作为稳定剂，以防止AKD微粒凝聚，并且决定悬浮液离子带电性能。AKD施胶剂通常为阳离子型使用不同的稳定剂，就有不同的AKD施胶剂种类，但其活性组分(ACTIVECOMPO-NENT)都是一样的。其代表为KEYDIMEC222，它以淀粉作为稳定剂，并含有铝盐。性能如下:外观乳白色，固形物含量18.5士1.0%，密度(20)1010士10g/l，粘度(BROOKFIELD，20C)l00MPS，pH(分散液)2.54.5，贮存稳定性(20)30天。,1.2AKD化学及物理性能,2.1不需稀释(否则会水解)即可使用。在稍后的位置(如混合泵或以后)加入，只要松香微粒能均匀吸附到纤维表面即可。2.2适宜于在中性或碱性条件下施胶，最理想的pH值为6.88.5。可加NaHCO3，平衡碱性。2.3纸页干度达到80%时，胶料才发生反应，因而它与松香胶料不同，允许前段烘缸有较高的干燥温度。,三、AKD施胶剂应用要点,2.4填料种类及用量很大程度上影响胶料用量。由于相同重量填料的表面积比纤维表面积大得多，因而填料量越高，需要覆盖的表面积越多，胶料量也就越多。Ti02的比表面积很大，因此消耗的胶料量较高。2.5由于胶料自身的pH值低，可能对皮肤及眼睛有刺激，因而在操作时应该使用橡胶或PVC安全防护镜及手套。2.6用不锈钢、耐酸钢、玻璃纤维加强聚酩及其它塑料制品贮存。保持凉爽，但不冻结。,三、影响AKD施胶的因素,3.1AKD的用量,无论是哪种类型的AKD，用量小于0.1%时，几乎没有施胶效果；但是当用量超过0.4%时，纸页的施胶度不但不会增加，AKD的保留率还会明显下降，富集在白水中的AKD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。一般AKD的用量在0.1%HD0.25%之间；重施胶时用量在0.25%HD0.35%之间。,3.2助留体系,AKD中性施胶所用的助留体系可分为单元助留体系和双元助留体系。常用的单元助留体系主要有：阳离子淀粉（CS）、阴/阳离子聚丙烯酰胺（APAM/CPAM）、壳聚糖等；常用的双元助留体系主要有CS+APAM、CS+CPAM等。在生产中发现，使用单组分助留剂，体系的留着率一般较低，为了提高留着率现在越来越倾向于使用双元助留体系。目前国内多用CS+APAM组成的双元助留体系，只要控制好原料的质量、用量和加入点，这种体系对AKD有良好的助留效果。,3.3施胶促进剂,聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂（简称PPE或PAE树脂）在造纸中是一种高效湿强剂，能明显改善AKD的施胶效果。,经验表明，助剂的添加顺序对AKD的施胶效果影响很大。特别是在草浆配比高或含有PCC填料的难施胶体系中，助剂的添加顺序就显得愈加重要。,3.4助剂添加顺序,AKD的施胶性能与系统PH值的关系很大，一般认为只有在中/碱性条件下，AKD的内酯环才能打开与纤维素上的羟基反应。实验证明，当PH值8值时，施胶度的上升速度开始减慢。因此实际生产中PH值一般控制在7.58.5之间。,3.5PH值和碱度,AKD的保留率和施胶效率受浆料动电性质的影响很大。一般认为，浆料的电位在-35V之间有利于浆料中各组分的相互吸附和絮聚，并能改善纸浆的滤水性能。如果电位偏正，说明阳离子助剂用量过剩，会导致生产成本增加；如果电位偏负，说明阳离子助剂用量不足。在实际生产中流浆箱中浆料的电位应略小于0。,3.6电位,3.7填料,由于填料具有较大的比表面积和独特的表面化学性质，能够吸附纸浆中添加的大部分AKD，而减少AKD在长纤维上的保留。为减少填料对AKD施胶的不利影响，AKD的添加点应远离填料的添加点，以减少AKD被填料表面吸附。,人们已经发现不同的纸浆种类对AKD施胶的响应是不同的：木浆好于草浆；阔叶木浆好于针叶木浆；化学浆好于机械浆。要使纸页施胶良好，AKD在纸页纤维表面的覆盖率必须达到一定的值，一般在4%15%之间。,3.8浆料种类对AKD施胶的影响,四、AKD中性施胶实例,（1）浆料配比:自产蔗渣竹芒混合浆:85%-55%漂白针叶木浆:15%-45%（2）生产纸种:书写纸、双胶纸、静电复印纸、电脑原纸等高白度文化用纸。,4.1生产原材料及施胶工艺流程:,某造纸厂原用酸性施胶工艺抄纸,存在以下几个缺陷:成纸不透明度低、易脆、易返黄、造纸废水污染负荷高等问题。在使用中性施胶工艺后,纸页质量得到明显改善,克服了以往纸页透印、紧度大、纸脆等纸病,又降低了生产成本。,（4）中性施胶工艺流程和助剂加入位置:,（3）使用助剂:铵型阳离子淀粉聚丙烯酰胺助留剂施胶剂填料:轻质碳酸钙,（1）阳离子淀粉:30%浓度糊化至9095后,加入清水烯释至2%浓度,过筛后在高位处加入,加入量为0.8%-1.3%(对成纸)。（2）施胶剂:按0.6%-1.0%用量(以原液浓度15%计)将原液或稀释液用计量泵定量在高位箱处加入。（3）聚丙烯酰胺:用清水搅拌溶解,每槽(13)溶解0.5kg聚丙酰胺,搅拌23后,在稳浆箱连续加入,加入量100-150。（4）轻质碳酸钙:以8%溶解浓度,过筛后在稳浆箱处连续加入,加入量为15%-20%(对成纸)。,4.2助剂使用及加入方法,1.光学性能由于使用施胶,填料由滑石粉改为轻质碳酸钙后,使60/成纸不透明度从76.2%上升至80.4%,接近酸性施胶7580/纸的不透明度,达到级书写纸的要求。2.物理强度改用轻质碳酸钙,成纸厚度也有上升,而平滑度并不下降,从生产报表看却有上升,改善了纸的松厚度。另外,由于加入阳离子淀粉,具有增强作用,成纸耐折度明显上升,从原来30次上升至46次,裂断长有不同程度的提高。,由酸性施胶改为中性施胶后，成纸物理强度、光学性能、不透明度等均有很大变化,4.3使用效果,2,2,3.留着率:,从上表看出,加入聚丙烯酰胺和阳离子淀粉,具有助留作用,成纸填料留着率从38.2%上升至60.73%,提高了22.5%,大大节约纤维原料。,施胶时,在上网浓度接近的情况下,聚丙烯酰胺的加入使网下白水浓度降低27.8%,比酸性施胶时降低约50%,外排白水浓度的降低,减少了环境污染。,4.网下白水浓度:,