造纸湿部化学与特种纸PPT

1、造纸湿部化学与特种纸造纸湿部化学与特种纸孙中华现代制浆造纸工程流程图现代制浆造纸工程流程图制浆造纸工序中-造纸湿部化学1、制浆-纤维素分离：原料的选择蒸煮分离纤维（碱溶出木素-黑液-碱回收）洗涤漂白（漂白剂继续脱木素-漂白废水有危害（二恶英）-中段水处理排放-部分回用）洗涤筛选浓缩自用（湿浆）或者抄成浆板贮存（销售）。2、抄纸-纤维素加助剂再组装：散浆除杂质精浆打浆添加各种助剂（湿部化学-纤维与助剂反应）纸料的混合纸料的流送流浆箱（headbox or flowbox）网部压榨部干燥部表面施胶干燥压光卷曲成纸。3、涂布-纸面的涂饰（化妆）：涂布原纸涂布机涂布干燥卷曲再卷超级压光。4、或改性（如

2、用氯化锌浸渍-钢纸、用浓硫酸浸渍羊皮纸-电报条、描图纸）：原纸浸渍加工干燥卷曲再卷。5、再加工（如卫生纸或卷烟纸）：复卷裁切平板（或卷筒） 分选包装入库。纤维和纸中其它成分的留着和结合显得越来越重要，纤维和纸中其它成分的留着和结合显得越来越重要，甚至可以说没有造纸湿部化学品的应用，当代纸机抄甚至可以说没有造纸湿部化学品的应用，当代纸机抄不出合格的纸张，即使抄出，成本过高，因而造纸湿不出合格的纸张，即使抄出，成本过高，因而造纸湿部化学起着越来越重要的作用。部化学起着越来越重要的作用。 There are two main approaches to the process by which pa

3、per is made: mechanical and chemical造纸湿部化学的重要性VacuumProcess waterPress rollsMoving screen (“wire”)Paper(to be dried)Fiber suspension造纸湿部化学：研究体系中化学品之间的造纸湿部化学：研究体系中化学品之间的反应及其对造纸过程和纸页性能的影响反应及其对造纸过程和纸页性能的影响v悬浮物质：纤维、细小组分悬浮物质：纤维、细小组分( (细小纤维、填料、胶体物质细小纤维、填料、胶体物质) )v溶解物质：各种电解质和聚合电解质溶解物质：各种电解质和聚合电解质v表面活性物质：分散

4、剂，消泡剂，清洗剂表面活性物质：分散剂，消泡剂，清洗剂, , 木质抽提物，木质抽提物，v水水湿部化学功能湿部化学功能一切你看不见，但你又确实看得到它们在影响着纸的质量及纸机的一切你看不见，但你又确实看得到它们在影响着纸的质量及纸机的运行性能。运行性能。纸性纸性Structural formation 结构结构成形成形Mechanical strength 机械机械强度强度Appearance optical 外观外观光学光学Barrier & Resistance sizing 抗液体渗透抗液体渗透施胶施胶Permanence stability 形稳性（尺寸稳定性）形稳性（尺寸稳定性）运行性

5、提高运行性提高Machine Efficiency 纸机效率纸机效率Drainage speed 滤水速度滤水速度Foaming 泡沫泡沫Spots, Holes & Deposits 斑点、针眼、沉积斑点、针眼、沉积制浆造纸工业仍面临着的突出问题: 能源、原料和污染能源、原料和污染 为解决以上问题必须使用助剂为解决以上问题必须使用助剂l用低质量的浆料生产出高强度高质量用低质量的浆料生产出高强度高质量的纸张的纸张l节约资源节约资源,减少浆耗减少浆耗,减少排水处理负荷减少排水处理负荷l在高速抄造下，力争提高浆中微细组在高速抄造下，力争提高浆中微细组分的留着，同时又要尽量强化纸机湿分的留着，同时又

6、要尽量强化纸机湿部脱水部脱水 为解决以上问题必须使用助剂为解决以上问题必须使用助剂!造纸化学品分类造纸化学品分类制浆制浆/ 脱墨化学品脱墨化学品过程化学品过程化学品功能化学品功能化学品涂布加工用化学品涂布加工用化学品水处理化学品水处理化学品造纸化学品 造造纸纸湿湿部部助助剂剂 过程助剂过程助剂 助留剂助留剂 助滤剂助滤剂 成形助剂成形助剂 消泡剂消泡剂 树脂障碍控制剂树脂障碍控制剂 功能助剂功能助剂 施胶剂施胶剂 增强剂增强剂 纸用染料、增白剂纸用染料、增白剂 特殊功能助剂特殊功能助剂全球领先的制浆造纸化学品公司全球领先的制浆造纸化学品公司产品品种产品品种主要公司主要公司过程化学品赫克力士、巴

7、克曼实验室、凯米拉等助留/滤剂依卡、凯米拉、巴斯夫等合成施胶剂赫克力士、拜尔、凯米拉、巴斯夫、依卡等松香施胶剂赫克力士、乔治亚-太平洋、凯米拉、依卡等胶乳粘合剂道化学、巴斯夫等湿/干强剂赫克力士、巴克曼实验室、凯米拉等表面施胶剂赫克力士、巴斯夫、依卡等造纸纤维和细小纤维的基本特造纸纤维和细小纤维的基本特性及其对湿部化学的重要性性及其对湿部化学的重要性 许多不同种类的纤维已用于造纸，如许多不同种类的纤维已用于造纸，如矿物矿物纤维、动物纤维、合成纤维、植物纤维纤维、动物纤维、合成纤维、植物纤维。目前植物纤维是最重要的，其中木材纤维目前植物纤维是最重要的，其中木材纤维的使用量最大。的使用量最大。 A

8、纤维形态 (1)(1)针叶木：针叶木： (2)(2)阔叶木：阔叶木： 纤维的超细结构纤维的超细结构: : 一木纤维横断面的剖面，木纤维的细胞壁包括许多不同的层：初生壁、S1、S2及S3次生壁、纤维间的胞间层，纤维中间的空洞是细胞腔。 B纤维化学 纤维和细小纤维的许多化学性质是由其化学组成决定的。木浆纤维中含有纤维素、半纤维素及木素这些存在于细胞壁中复杂的混合物。另外，还含有有机溶剂可溶的树脂和脂肪(指抽出物)，这些在制浆中未完全除去，它们对抄纸过程产生严重的影响。 C制浆过程对纤维的影响制浆过程对纤维的影响制浆过程会以多种方式改变木材纤维的化学制浆过程会以多种方式改变木材纤维的化学成分，这主要

9、取决于所使用的方法及浆的得率。成分，这主要取决于所使用的方法及浆的得率。 机械法制浆机械法制浆Mechanical pulp 化学制浆化学制浆Chemical pulp 化学机械法制浆（半化学浆）化学机械法制浆（半化学浆）Mechanical and chemical pulp：纯度和强度比机械浆要高，而浆得率又高于化学纸浆！纯度和强度比机械浆要高，而浆得率又高于化学纸浆！细小纤维 定义：纸料组分中能通过200目（或相当于直径76m的小孔）筛的可被光学显微镜看到的所有粒子 (fines)。 原生细小纤维（Primary fines） 二次细小纤维（Secondary fines） 三次细小纤维

10、（Tertiary fines）细小纤维对纸机湿部运转性能和纸页性质的影响 明显降低纸料的明显降低纸料的滤水性能滤水性能。 留着性能差，易留着性能差，易随白水循环积累，影响到纸机的随白水循环积累，影响到纸机的清清洁程度和运转性能洁程度和运转性能。 细小纤维对纸页性质的直接影响：光散射系数、纸细小纤维对纸页性质的直接影响：光散射系数、纸张强度、发脆。张强度、发脆。 降低各种助剂的使用效能。降低各种助剂的使用效能。填料填料矿物填料矿物填料: 属经济类填料，加填既可改善纸张属经济类填料，加填既可改善纸张 的性能，也可降低纸张的成本的性能，也可降低纸张的成本 特殊填料特殊填料：属于技术填料，采用特殊填

11、料加填：属于技术填料，采用特殊填料加填的主要目的不是降低成本，而是利用填料改善的主要目的不是降低成本，而是利用填料改善纸张的某些性能纸张的某些性能 。矿物填料矿物填料（1 1）白土（高岭土）白土（高岭土）（2 2）滑石粉）滑石粉（3 3）碳酸钙：）碳酸钙： 研磨碳酸钙（研磨碳酸钙（grinding calcium carbonate，GCC ） 沉淀碳酸钙沉淀碳酸钙 (precipitated calcium carbonate, PCC)特殊填料特殊填料 包括结构合成硅酸盐、二氧化钛、氢氧化包括结构合成硅酸盐、二氧化钛、氢氧化铝和一些有机颜料。铝和一些有机颜料。填料填料光散射系数光散射系数

12、cm2/g高岭土填料高岭土填料1100-1200锻烧高岭土锻烧高岭土2600-3000研磨碳酸钙研磨碳酸钙1400-1700沉淀碳酸钙沉淀碳酸钙2200-2700二氧化钛二氧化钛4500-6000漂白化学浆漂白化学浆220-350机械浆机械浆500-750加填对浆内施胶的影响加填对浆内施胶的影响 不论采用何种施胶剂和施胶方法，加填总不论采用何种施胶剂和施胶方法，加填总是降低施胶效果是降低施胶效果 。 原因：原因：对施胶剂的吸附作用远大于纤维对施胶剂的吸附作用远大于纤维（1）填料易流失）填料易流失（2）大部分施胶剂要通过与纤维的反应固着）大部分施胶剂要通过与纤维的反应固着 到纤维上才能产生施胶作

13、用到纤维上才能产生施胶作用 造纸过程干扰物造纸过程干扰物n干扰物有时指“阴离子杂质”或“阳离子电荷需求量”。它是由一些胶体和可溶物组成（DCS-dissolved and colloidal substances)。干扰物的来源和类型干扰物的来源和类型 l来自纸浆来自纸浆，如木素衍生物、半纤维素、脂肪，如木素衍生物、半纤维素、脂肪酸、胶粘剂、胶乳、淀粉等；酸、胶粘剂、胶乳、淀粉等；l来自阴离子助剂来自阴离子助剂，如淀粉、，如淀粉、CMC、有机酸、有机酸、染料、杀菌剂等染料、杀菌剂等 l来自填料分散剂来自填料分散剂，如聚磷酸盐、聚丙烯酸酯、，如聚磷酸盐、聚丙烯酸酯、杀菌剂等杀菌剂等 l来自清水来

14、自清水，如腐殖酸、表面活性剂、杀菌剂，如腐殖酸、表面活性剂、杀菌剂等等 。但大部分有害干扰物来自纸浆悬浮液但大部分有害干扰物来自纸浆悬浮液 。干扰物的处理干扰物的处理n一般处理方法是在加入其它一般处理方法是在加入其它阳离子化学添阳离子化学添加剂加剂之前用可中和电荷的试剂去中和它们，之前用可中和电荷的试剂去中和它们，如用明矾、聚合氯化铝或低分子量如用明矾、聚合氯化铝或低分子量 、高电、高电荷密度的阳离子聚合物。荷密度的阳离子聚合物。解决阴离子干扰物问题的途径解决阴离子干扰物问题的途径 l最佳途径是最佳途径是减少或避免阴离子干扰物的出现减少或避免阴离子干扰物的出现，如，（如，（1 1）优化制浆工艺

15、，尤其是控制漂白终点）优化制浆工艺，尤其是控制漂白终点pHpH值和漂损，（值和漂损，（2 2）强化纸浆的洗涤；（）强化纸浆的洗涤；（3 3）缩）缩短纸浆在碱性条件下和高温阶段的贮存时间；短纸浆在碱性条件下和高温阶段的贮存时间；（4 4）提高纸料中各组分的留着率；（）提高纸料中各组分的留着率；（5 5）对白）对白水进行处理。水进行处理。 根据其来源和性质，大致可分为：树脂根据其来源和性质，大致可分为：树脂（pitchpitch）、胶黏物（）、胶黏物（stickesstickes）、尘粒（）、尘粒（dirt dirt particlesparticles）、白树脂（）、白树脂（white pitc

16、hwhite pitch）和涂）和涂布损纸沉积物（布损纸沉积物（coating broke depositscoating broke deposits）等。等。树脂与沉积物树脂与沉积物树脂与沉积物的危害树脂与沉积物的危害 树脂和沉积物既可沉积到设备表面，也可树脂和沉积物既可沉积到设备表面，也可在聚结后返回浆中，并随后留着纸页中，其对在聚结后返回浆中，并随后留着纸页中，其对造纸过程的危害也就主要表现在两个方面，一造纸过程的危害也就主要表现在两个方面，一是沉积到纸机部件上是沉积到纸机部件上降低纸机的运转性能降低纸机的运转性能，二，二是沉积到纸页中是沉积到纸页中影响纸张质量影响纸张质量。 树脂障碍

17、的湿部控制方法树脂障碍的湿部控制方法 l降低降低树脂与沉积物的树脂与沉积物的粘性粘性，防止其聚结和沉积，防止其聚结和沉积在设备表面；在设备表面； l利用固着剂将树脂和胶黏物等利用固着剂将树脂和胶黏物等固着在纤维上固着在纤维上，随纸页将其带出抄纸系统随纸页将其带出抄纸系统 ；l将树脂和胶黏物等将树脂和胶黏物等分散分散成极细的颗粒，防止沉成极细的颗粒，防止沉积物的形成；积物的形成； 增干强剂增干强剂干增强剂的分类及主要品种干增强剂的分类及主要品种 ：l天然聚合物：淀粉及其改性物、壳聚糖及其改性天然聚合物：淀粉及其改性物、壳聚糖及其改性物、植物胶等物、植物胶等 。l合成聚合物：聚丙烯酰胺、乙二醛等合

18、成聚合物：聚丙烯酰胺、乙二醛等 。干强剂的增强机理干强剂的增强机理至少有以下三种至少有以下三种：l提高纤维间的结合提高纤维间的结合 ：氢键，羟基、胺基与纤维表面羟基：氢键，羟基、胺基与纤维表面羟基形成氢键结合，增加氢键的数目；静电吸附结合：阳离子形成氢键结合，增加氢键的数目；静电吸附结合：阳离子基团与纤维上阴离子基团之间，阴离子基团通过铝离子与基团与纤维上阴离子基团之间，阴离子基团通过铝离子与纤维形成静电结合等。纤维形成静电结合等。l提高纤维分布均匀性，减少纸页的局部应力集中现象提高纤维分布均匀性，减少纸页的局部应力集中现象：由：由此使纤维更加均匀地结合，导致纤维间及纤维与高分子之此使纤维更加

19、均匀地结合，导致纤维间及纤维与高分子之间结合点增加，从而提高干强度。间结合点增加，从而提高干强度。l使纸页纤维结合到一起：分子柔韧，增加结合面积使纸页纤维结合到一起：分子柔韧，增加结合面积（类似（类似打浆作用）。打浆作用）。 淀粉类干增强剂淀粉类干增强剂 （1）阳离子淀粉（2）两性及多元变性淀粉（3）接枝共聚淀粉 聚丙烯酸胺类增强剂聚丙烯酸胺类增强剂阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)阳离子聚丙烯酰胺(PAM)两性聚丙烯酰胺两性聚丙烯酰胺与纤维的结合方式两性聚丙烯酰胺与纤维的结合方式 壳聚糖壳聚糖增强剂增强剂水溶性植物胶水溶性植物胶- -槐豆胶、瓜尔胶槐豆胶、瓜尔胶 湿增强剂湿增强剂 脲醛树脂脲醛树

20、脂 (UF)(UF)三聚氰胺甲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂(MF)(MF)聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂(PAE) (PAE) 聚乙烯亚胺聚乙烯亚胺(PEI) (PEI) 环境友好湿强剂环境友好湿强剂- -聚羧酸类聚羧酸类/ /戊二醛戊二醛壳聚糖类壳聚糖类施胶剂施胶剂（一）施胶的目的（一）施胶的目的 赋予纸页抗墨水、抗油、抗血、抗水和水汽浸赋予纸页抗墨水、抗油、抗血、抗水和水汽浸蚀的功能。蚀的功能。（二）（二）施胶（施胶（sizing）定义：在纸料中纤维表面或）定义：在纸料中纤维表面或纸张表面均匀地附着表面自由能低的物质，赋予纸张表面均匀地附着表面自由能低的物质，赋予纸页具有抗拒流

21、体渗透性能的过程。纸页具有抗拒流体渗透性能的过程。 (三）施胶程度（施胶度）三）施胶程度（施胶度） 分为分为重施胶、中度施胶、轻度施胶重施胶、中度施胶、轻度施胶和不施胶。和不施胶。（四）施胶分类（四）施胶分类l 纸内施胶（浆内施胶）纸内施胶（浆内施胶）l 纸面施胶（表面施胶）纸面施胶（表面施胶）l 双重施胶（浆内和表面均施胶）双重施胶（浆内和表面均施胶）（五）施胶剂（五）施胶剂l 松香胶类松香胶类（松香胶、强化松香胶和分散松香胶等）（松香胶、强化松香胶和分散松香胶等）l 合成胶合成胶（中性施胶剂（中性施胶剂AKD等）等）l 表面施胶剂表面施胶剂（氧化淀粉、聚乙烯醇、苯丙类、羧甲（氧化淀粉、聚乙

22、烯醇、苯丙类、羧甲基纤维素等）基纤维素等）施胶剂施胶剂 施胶和施胶剂的发展施胶和施胶剂的发展 合成胶料的发展国际上目前采用较多的合合成胶料的发展国际上目前采用较多的合成施胶剂成施胶剂lAKDAKD（Alkyl Ketene DimersAlkyl Ketene Dimers）烷基烯酮二聚物）烷基烯酮二聚物lASA (Alkyl Succinic Anhydride)ASA (Alkyl Succinic Anhydride)烯基琥珀酸酐烯基琥珀酸酐ASAASA与与AKDAKD的性能比较的性能比较 性能性能 ASAAKD商品形态商品形态油状物油状物乳液乳液水解与纤维反应速度水解与纤维反应速度非常快非常快 中等中等水解物水解物 引起沉淀，损失施胶引起沉淀，损失施胶 对施胶基本无害