助 留 剂2010年1月26日 2

1、 助助 留留 助助 滤滤 第一节第一节 概概 述述一、聚一、聚 合合 物物 化化 学学 聚合物中的单体 聚合物的电量 分子量 结构 天然的和合成的1、聚合物的电量 非离子型 - 不带电 阴离子型 - 负电 阳离子型 - 正电2、聚合物的电荷密度电荷分布的疏密程度可用电荷密度电荷密度来量度。高分子 量的聚合物以Mole的百分比来计算 一个Mole就是一个单体的分子量 等于带电单体所占百分比 高分子量聚合物典型的电荷密度: 阳离子 5-40% 阴离子20-30% 低分子量的聚合物电荷密度用滴定的方法确定 因为典型的低分子量聚合物单体基本都带电，可以用滴定的方法来确定电荷密度 电荷密度以毫克当量（M

2、illiequilalents）/克表示 电荷密度电荷密度+高电荷密度低电荷密度无电荷 = 非离子型聚合物3、分子量 聚合物的分子量由下列决定:a) 单体的分子量b) 单体的数量一般的分子量分类一般的分子量分类分类分类低低中等中等高高分子量范围分子量范围 100,000100,000 x 1,000,0001,000,000下图描叙了每一种聚合物大致的 平均分子量分配情况 与测量的方法有关 分子量的分布可能非常广特别是高分子量的聚合物4、聚合物结构 线状支链型支链型交叉连接型交叉连接型受控制的支链型受控制的支链型聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺/AETAC/AETAC聚合物举例聚合物举例 这个例子表示一个

3、带10% 电荷密度 线性结构聚丙烯酰胺基团AETACGroup一种线性聚丙烯酰胺一种线性聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)(Polyacrylamide)溶液的结构溶液的结构球状 High Salt随机线圈状 Moderate Salt常用的合成有机聚合物常用的合成有机聚合物合成有机聚合物举例Polyamines聚胺PolyDADMACs聚二烯丙基二甲基氯化胺PAE 聚酰胺多胺环氧氯丙烷Polyethyleneimines (PEI)聚乙烯亚胺Polyacrylamides(PAM)聚丙烯酰胺Polyethylene oxide (PEO)聚氧化乙烯5 5、聚合物的形式、聚合物的形式溶

4、液粉末乳液【1 1】聚合物的形式】聚合物的形式 - - 溶液溶液典型的分子量小于一百万的聚合物 (聚胺, 聚二烯丙基二甲基氯化胺,聚乙烯亚胺等)。典型的固含量范围20-50%。最新的技术可以将高分子量的聚合物做成溶液型，典型的固含量范围 2-5%。容易加入，只需在加入点处任意稀释加入。高分子量的产品必需使用高粘度泵。【2 2】聚合物的形式】聚合物的形式 - - 粉末粉末100% 活性的聚合物颗粒通常是高分子量的聚丙烯酰胺类产品因为制造工艺的原因，粉末型聚合物有分子量的限制。在聚合物的干燥过程中，丙烯酰胺的水解可能导致聚合物的轻微阴电性。因为它的高固含量，它是一种高效低成本的聚合物。需要特制的溶

5、解设备。【3 3】聚合物的形式】聚合物的形式 - - 乳液乳液高分子量的聚合物微滴悬浮在碳氢化合物的油基中形成 乳液这样可以降低纯聚合物的粘度，因为在这种状态下聚合 物没有被解开产品固含量范围 25-40%制造工艺允许生产非常高分子量的聚合物需要特制的设备来转化乳液第二节第二节 助留助留/脱水脱水/澄清理论澄清理论【一】凝【一】凝 聚聚通过电荷中和减少细小纤维和填料之间的排斥力+不相连的细小纤维和填料凝聚剂通过补丁作用使细小纤维和填料聚集+ + +电荷补丁通常由凝聚剂产生，两种类型: 无机物无机物w明矾明矾wPolyaluminumhydroxychloride (PAC)Polyalumin

6、umhydroxychloride (PAC)聚合氯化铝聚合氯化铝 合成物合成物 - - 低分子量，高电荷密度聚合物低分子量，高电荷密度聚合物w聚胺聚胺wpolyDADMAC polyDADMAC 聚二烷基二甲基氯化铵聚二烷基二甲基氯化铵 w聚乙烯亚胺聚乙烯亚胺(PEI)(PEI)形成小的，紧密的絮状物结构【二】絮【二】絮 聚聚用聚合物使粒子间通过架桥而絮聚高分子量聚合物形成的连接物粒子间通过架桥而絮聚聚合物分子量会强烈影响架桥聚合物的电量也会影响架桥 (程度较低) 产生大的扩散的絮状物 (macro flocs)对剪切敏感；电量越高，结合越强1、剪切对絮状物形成的影响、剪切对絮状物形成的影响

7、重新结合补丁效应补丁效应架桥减弱重新分散使分开的力架桥架桥抗剪切能力弱抗剪切能力强2、絮聚、絮聚/絮状物的类型絮状物的类型絮状物可以用下列术语表示: 微絮状物Microfloc 与絮状物尺寸有关 大的絮状物Macrofloc 软絮状物 与絮状物强度有关 硬絮状物3 3、不同絮状物类型的特征、不同絮状物类型的特征 微絮状物 尺寸微小 细小粒子的絮聚 影响填料的表现 大的絮状物 看得见的絮聚 纤维包括在内 可以造成纸张基重变化 影响纸页成型 可以影响填料表现软絮状物软絮状物 对剪切敏感对剪切敏感 在高剪切系统中会影响保留在高剪切系统中会影响保留 在剪切后会重新絮聚在剪切后会重新絮聚 典型的由典型的

8、由凝聚剂凝聚剂形成形成硬絮状物硬絮状物 抗剪切抗剪切 高剪切下好的保留高剪切下好的保留 剪切后不能再形成好的絮状物剪切后不能再形成好的絮状物 典型的由典型的由絮凝剂絮凝剂形成形成【三】过【三】过 滤滤过滤是在由纤维形成的滤网上截留粒子的一种机械过程 受下列因素影响:w粒子大小w粒子结构w密度w纤维网的厚度 造纸商的目的造纸商的目的: : 始终如一的产品始终如一的产品 ( (成型成型) ) 高速高速 ( (脱水脱水) ) 低成本低成本 ( (保留保留) ) 上述因素互相关联，所以必需平衡以满足客户的需要上述因素互相关联，所以必需平衡以满足客户的需要1、长网纸机脱水方式、长网纸机脱水方式Breas

9、tRollFormingBoardFoilsGuide RollTension RollLow Vac UnitsDoubleBoxFlatboxesCouchWire TurningRoll阶段 I进入混合阶段 II成形阶段 IIISheet Setting阶段 IV过渡阶段 V结合Foil Spacing, Angles,Number or Foils,To Give Good ActivityWider Blade SpacingVacuumAugmented FoilsHigh DifferentialVacuumsSliceJetFormingBoardUnit70% - 75% W

10、ater Removal25% - 30% Water Removal重力脱水真空辅助脱水机械压力脱水干燥2 2、脱水的四个阶段、脱水的四个阶段澄清机理澄清机理澄清的三步骤: 凝聚 絮凝 分离 沉降 气浮 (DAF)沉降 效率由下列决定: 粒子尺寸, 形状，密度, 时间气浮 (DAF) 效率由下列决定: 粒子尺寸，形状, 气泡尺寸, 气压差, 气量第三节 系统电荷一、什么是电荷一、什么是电荷 纸机上使用的大多数物质都具有相反的离子，在水中将离解为纸机上使用的大多数物质都具有相反的离子，在水中将离解为 带电的分子带电的分子 例如例如: : 羧基羧基电荷电荷二、纸机上使用的物质带电情况二、纸机上使

11、用的物质带电情况阴离子非离子阳离子浆料酯H+木质素Ethylene Bis-StearamideCa2+制浆/漂白残留物非离子表面活性剂Mg2+瓷土填料脂肪Abietic酸的不溶盐Al3+, Al2+, Al+Bentonite 合成施胶剂滑石粉油湿强剂二氧化钛DeTac 保留/脱水助剂松香胶阴离子淀粉分散施胶剂阳离子树脂分散剂铝酸钠 (above pH 8.0)一些染料大多数的染料碳酸钙保留/脱水助剂低固含量的 PCC阴离子强度添加剂阴离子树脂分散剂CMC (Carboxymethyl Cellulose)普通的玉米淀粉消泡剂蜡乳化液脂肪酸和Abietic酸的溶解盐硫酸盐氯化物GuarPol

12、yphosphates高固含量的 CaCO2 悬浮液三、影响系统电荷的化学因素三、影响系统电荷的化学因素pH导电度导电度时间时间 【1】pH 当当 pH pH 向碱性条件发展，浆料纤维变得更加阴性。向碱性条件发展，浆料纤维变得更加阴性。 瓷土、膨润土、钛白粉和滑石粉随着瓷土、膨润土、钛白粉和滑石粉随着pHpH减小，表面负电性减弱。当减小，表面负电性减弱。当 pH 4pH 4时时, ,电荷可能发生逆转，由阴性变成阳性。电荷可能发生逆转，由阴性变成阳性。【2】电导率】电导率电导率高，系统中离子浓度高，粒子表面的双电层被压缩，排斥力下降，可作用点减少。电导率高，聚合物不能以舒展的方式存在，影响了聚合

13、物的功效。三、系统电荷测量三、系统电荷测量 Zeta Potential-zeta电位电位 Charge Titration-电荷滴定电荷滴定 PCD第四节第四节 配料组分配料组分一、配料成分一、配料成分纤维 Hardwood (chemical pulp) Softwood (chemical pulp) Mechanical Pulp Broke Recycle填料 Clay TiO2 CaCO3 Extenders添加剂 Alum PAC Sodium Aluminate Starch Size Dyes Retention Aids1 1、硬木纤维、硬木纤维 ( (硫酸盐制浆工艺硫酸盐

14、制浆工艺) )特性 与软木浆相比，纤维较短 典型的纤维长度: 1.5-2.5mm 典型的纤维直径: 15-20 um 与软木浆相比，细小纤维含量较高对保留，脱水和纸页特性的影响 更难以保留 纤维较短而且细小纤维较多，容易堵塞纤维间孔隙，从而妨碍脱水 提供更平滑的表面和更好的成形 在纸页强度贡献方面不如长纤维的软木浆 硬木浆中的细小纤维可以填充长的软木纤维间的孔隙，从而可以提供更光滑的印刷表面2 2、软木纤维、软木纤维 ( (硫酸盐制浆工艺硫酸盐制浆工艺) )特性 与硬木相比，纤维较长 完整纤维的平均尺寸: 长度 - 3-5 mm 直径 - 30-45 um对保留，脱水和纸页特性的影响 软木纤维

15、易于保留. 长纤维赋予纸页高强度 浆料中软木纤维高含量容易形成粗糙表面，而且易于过度絮聚 (不良成形)Common Species: Pine (Many Varieties), Spruce, Cedar, Fir3 3、机械浆纤维、机械浆纤维特性细小纤维含量高高的可抽提物含量低白度高得率成本低 对保留，脱水和纸页特性的影响纤维强度和制浆工艺有关高的比表面积和木素含量，高阳离子需求阳离子需求量高高细小纤维含量造成低保留提高不透明度高细小纤维含量影响脱水纸张易褪色Common Species: Can be HW or SW Species 4 4、未涂布损纸、未涂布损纸 特性 化学特性，与原

16、始原料相似 因为损纸已经经过工艺处理，所以纤维结构发生了变化，变化程度与打浆程度有关 与原始原料相比，细小纤维含量增加 纤维中的负电大部分被中和。电量接近. 对保留，脱水和纸页特性的影响 细小纤维含量的增加影响保留和脱水 损纸中的灰分会影响系统中等填料含量 与原始配料相比，反应活性降低5 5、涂布损纸、涂布损纸 特性 损纸中的涂料包括颜料 (CaCO3, Clay, TiO2)和胶乳或淀粉胶粘剂 涂料会增加浆料负电性 对保留，脱水和纸页特性的影响 涂料颜料的细小粒子尺寸使得保留变得困难 强的负电性使得阳离子助留剂用量增加 与未涂布损纸相比，对保留的负面影响更大 6 6、填、填 料料 无机填料用

17、于: 改善纸页特性： 不透明度 白度 平滑度 成形 尺寸稳定性 用填料替代纤维从而降低原料成本11、填料种类、填料种类 瓷土 (Kaolin) 填料级 (hydrous含水的) 锻烧级 填料级 二氧化钛 碳酸钙 研磨碳酸钙 沉淀碳酸钙特性 白度 中等 (82-90) 粒径:大 (65% 2u) 形状:小平板状 电荷:阴离子 供货方式: 泥浆 (65-76%), 干粉 相对成本: 低 优点: 低成本 高固含量降低运输成本 因为粒径大，所以易于保留 缺点: 低白度，低不透明度 降低纸页强度瓷土瓷土 - 填料级填料级 (含水的含水的)瓷土瓷土 - 煅烧级煅烧级 特性 白度: 高 (90-95) 粒径

18、: 中等 (85% 2u) 形状:小平板状 电荷:阴离子 供货方式: 泥浆 (50%), 干粉 相应成本: 高 优点: 与填料级瓷土相比，白度较高 好的不透明度 缺点: 成本高二氧化钛二氧化钛 特性 (Anatase锐钛矿) 白度: 非常高 (98-100) 粒径: 非常小 (.2-.4 u) 形状:球形 电荷:阴离子 供货方式: 高固含量泥浆, 干粉 相应成本 : 非常高 优点: 非常好的白度和不透明度 High solids shipping 缺点: 非常高的成本 因为粒径下，所以难以保留碳酸钙碳酸钙 - 研磨级研磨级 特性: 白度: 高 (95-99) 粒径: 大 (40-60% 2 u

19、) 形状:不规则 (大块) 电荷阴离子 供货方式: 泥浆 (70%), 干粉 相应成本: 低 优点: 好的脱水 容易保留 与研磨碳酸钙相比，对纸页强度影响小 缺点: 与研磨碳酸钙相比，不透明度和白度相对较低 粒径大，相应磨损高 与研磨碳酸钙相比，低松厚度碳酸钙碳酸钙 - 沉淀级沉淀级 (PCC) 两种类型的沉淀碳酸钙特性 形状:偏三角面体形(玫瑰花形)菱形 白度: (95-100)(95-100) 粒径: .6-2.2.6-2.6 电荷:阳离子 (20% 固含量)阳离子 (20% 固含量) 供货方式:20-40%泥浆, 干粉15-60% 泥浆 相应成本:低低 优点: 高不透明度, 高白度,和高松厚度(偏三角面体形) 可以提供控制产品的粒径从而获得需要得特性 缺点: 偏三角面体形:与研磨碳酸钙相比，脱水慢影响纸页强度高多孔性 菱形 低不透明度,低松厚度二氧化钛衍生物二氧化钛衍生物 二氧化钛衍生物主要用于提高白度和不透明度，所以可以部分替代二氧化钛从而降低综合成本.一些常用得二氧化钛衍生物: 煅烧瓷土 - 通常产品名称: Ansilex 硅酸盐 (铝矽酸钠) 特征:白度: 93-