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      4原材料与化学品助留助虑剂
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      助留剂在涂布白卡纸生产中的研究


      本文摘自:珠海经济特区红塔仁恒纸业有限公司,张东生

      1 前言

          在造纸行业生产过程中,浆料在湿部上网成形时细小纤维及填料等细小组分有部分会随白水进入到白水系统而造成流失,流失量较高时会影响到纸张的物理性能以及生产系统的稳性因此考虑如何才能更好地提高细小纤维和填料的留着率,降低白水回收的浑浊度,降低纸耗,是造纸工作者需要考虑的一个问题。除了纸机白水采用循环回用以提高细小组分的留着率的做法外,最有效的方法就是在湿部添加助留剂。助留剂能起助留作用的原因是由于它是聚合电解质,能使细小纤维、填料等细小组分颗粒集结在纤维表面,提高纤维及添加剂等的留着率,并使纤维之间保持较多孔隙,提高滤水能力。

      2 应用

      2.1 应用背景

       我公司采用的浆料均为进口木浆,面、底层浆料为LBKPNBKP,芯层浆料为BCTMP及系统损纸浆。抄纸机为三长网纸机,面网为二层半结构,芯、底网为二层结构。主要产品为230g/m2涂布白卡纸。在未采用任何助留剂的情况下,各层系统的单程留着率约为:面层87%~91%,芯层75%~78%,底层74%~77%,单程留着率偏低,导致系统中细小纤维、填料等细小组分流失较多,并且不稳定,生产过程中多次出现成品纸Cobb值波动等质量事故。因此需

      考虑采用助留剂以提高纤维及添加的辅料留着率,并稳定产品质量。

      2.2 助留剂的选型

          根据我公司采用的纤维原料情况,以及按照化学品供应商的建议,我们采用了阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酰胺+聚四元氯乙氨、聚酰胺等几种添加方式进行对比试验,各方案的助留剂加入总量相同(用量为200mg/kg)。对添加助留剂后的效果进行对比,比较项目包括使用助留剂后的白水浓度、游离脱水速度、未过滤浑浊度、过滤后浑浊度、电荷等,具有测试结果见表1。通过对比,确定效果最好的助留剂类型(聚丙烯酰胺+聚四元氯乙氨二元组分体系)

          从试验结果看,采用C添加方式(聚丙烯酰胺+聚四元氯乙氨)的综合效果最佳,浆料电荷接近0,白水浑浊度较低,并且游离脱水速度较其它方法快。

      2.3 加药方案

      因浆料纤维本身带有较强的阴电荷,而阳离子型聚丙烯酰胺为低电荷量、高分子量(我公司使用的是800~1000万分子量)的聚合物,聚四元氯乙氨为高电荷量、低分子量的聚合物,是有效的电荷中和剂。因此必须首先加入聚四元氯乙氨。聚四元氯乙氨在压力筛前加入,通过压力筛时可实现较好的分散效果。聚丙烯酰胺必须在压力筛后加入,如果在压力筛前加入,在压力筛的剪切力作用下就会产生严重的降解,影响凝聚作用。

      2.4 选择最佳的加药量

      按照所确定的加药方案(聚丙烯酰胺+聚四元氯乙氨二元组分体系),在上机后逐步调整加药量,重复测试单程留着率、游离脱水速度、未过滤浑浊度、过滤后浑浊度以及浆料电荷,以确定最佳加药量。具体效果见表2

       

      从表2中数据看,助留剂用量增加,助留效果增大,但用量增加到一定程度后,系统的单程留着效果开始下降,因此从综合效果上认为方案5的用量较佳。

      3 结果与讨论

      3.1 从表1记录的数据分析,在我公司的这条生产系统中,采用聚四元氯乙氨+阳离子型聚丙烯酰胺的二元组分体系的助留效果较好,聚丙烯酰胺的絮聚作用是通过絮凝剂长分子链造成桥键作用,形成一定规模的絮凝块,增加纤维和填料的单程留着率。由于浆为料絮聚增加了滤水通道,从而也增加了浆料的脱水速度。但是聚丙烯酰胺的阳性电荷很弱,它的颗粒沉淀在纤维表面后,吸附处的电荷变化仍然不大,仍为负电荷,因而对细小纤维、填料等细小组分的亲合力的影响改善不大,这就需要加入阳离子基团以提高它的有效性。加入聚四元氯乙氨后,通过压缩颗粒的双电层,中和浆料内各组分表面所带的负电荷,使它们之间的排斥力减小到小于范德华吸引力,使细小纤维、树脂、填料等颗粒产生碰撞而引起凝聚,吸附在长纤维上,增其保留率(即胶体保留),同时增加了脱水速度。阳离子聚四元氯乙氨是很有效的电荷中和剂,加入的离子电荷越高,其凝聚效果越大。因此使用好聚四元氯乙氨是提高聚丙烯酰胺效果的关键。

      3.2 从表2所列的数据分析:我公司面层浆空白试样留着效果已不错(单程留着率在87%以上),系统电荷也较低,加入助留剂后系统的状况未见有明显改善,因此面层的最终方案是不需要加入助留剂。芯、底层加入助留剂后,单程留着率有明显的提高,电荷明显下降,白水浑浊度降低很多,随着助留剂用量的增大,系统的状况不断好转。但是当助留剂用量增大到一定程度后,再增加用量对系统状况(如单程留着率、白水浑浊度等)的改善效果不如原来明显,由此可得出芯、底层各自的最佳加药量:芯层的聚丙烯酰胺为0.27kg/t,聚四元氯乙氨为0.99kg/t;底层聚丙烯酰胺为0.28kg/t,聚四元氯乙氨为0.36kg/t纸。

      3.3 影响单程留着率的因素

         ①剪切力的影响:高分子量的助留剂经过浆泵、压力筛等高速旋转设备后,受高剪切力的作用,易产生降解,絮凝体遭受破坏,其长分子链遭切断,桥键作用减弱,对细小组分的留着效果会降低。因此高分子助留剂应尽量在泵、压力筛等高速旋转体后加入。

      ②湿部电荷的影响:纤维本身带有较强的阴电荷,纤维、细小组分之间存在排斥力。当系统中的阴电荷较大时,排斥力也较大,如果大于范德华吸引力,细小纤维等细小组份就不易产生凝聚作用,因此需要中入电荷中和剂,降低系统电荷,提高细小纤维、填料等的碰撞机会,从而增加絮聚效果。

      ③成形网结构对单程留着率的影响:因为涂布白卡纸的正面为印刷面,对纸面的平整性要求较高,因此面层成形网采用的二层半结构形式,系统中的细小纤维等细小组分可较好地附着在纸面上,不易随白水流走,单程留着率较高。而芯、底层成形网采用的是

      二层结构形式,网孔较大,细小组分易随白水流失,单程留着率较低,因此需添加助留剂。因此说,成形网的结构选型对留着率有较大影响。

      ④其它影响因素:使用的填料种类、浆料上网时的浓度等对留着率也有影响。但在我公司由于纸张的物理性能要求(匀度、表面平整性等)及抄纸机能力的限制等的影响,在这些方面进行调整的效果不太明显。

      4 结束语

      成形网的选型可以提高单程留着率,但是成形网结构改变太大有可能会造成网部脱水能力的下降等影响,此时较佳的方法就是采用助留剂。助留剂的选用要视工厂自身的浆种、系统状况等而定,不能生搬硬套的挪用其他工厂或生产车间的方法。

      参考文献

      1 天津轻工业学院等.制浆造纸工艺学.轻工业出版社,1987

      2 蔡季琰.造纸用化学助剂200.科学普及出版社广州分社,1985

      3 梁实梅等.造纸技术问答.中国轻工业出版社,1993

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