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      纤维表面电荷检测方法的研究(二)


      (5)抄造环境对纸料性质的影响[3]

          纸浆的pH值对各种纸浆组分上基团的电离有很大影响,因此,对纸浆体系的

      电荷状况也有着极其重要的影响。如果纸浆的PH值降低到2. 75时,纸浆中纤维上

      的几乎所有的轻基都会质子化,此时纤维和细小纤维上的表面电荷接近十零,系

      统中带有阴离子的组份浓度很低。Ifu当纸浆的pH值提高到7}-8时,纸浆中带有阴

      离子电荷的组份浓度将会大幅度地提高。纸浆组份上的电荷在高PH值条件下的变

      化其原因有如下几点:一是高pH值时,纤维上的许多轻基会被中和;二是低分子

      量的半纤维素在高PH值时易十从纤维细胞壁中溶解出来(这类物质包括木糖和阿

      拉伯糖基的聚糖):酸性条件下封闭在细胞壁内的一些胶体物质也会在碱性条件

      下由十细胞壁的润涨被释放出来;二是阴离子杂质会电离出更多的带负电荷的基

      ;四是在中性或是碱性环境下抄纸时,由十不使用硫酸铝作沉淀剂,因此阴离

      子杂质得不到捕集。

          纸料是多相、多组份的复杂水悬浮体系,体系中不同相间的组份必然存在吸

      附和解吸的现象。这种吸附和解吸现象包括静电作用和分子间的作用。涉及的组

      份包括离子性和非离子性的颗粒和大分子助剂。在纸浆的水悬浮体系中,不论是

      分散的颗粒还是溶解的分子都带有一定的静电荷。一般来说,纸浆中大多数的组

      份带有负电荷。这些组份包括各种填料,同时包括各种阴离子助剂如大多数的改

      性淀粉、CMC、有机酸、染料、杀菌剂、湿强树脂等。目前纸浆中的纸浆系统越

      来越复杂指的是正式体系中电荷的来源荷构成越来越复杂和对纸页质量和造纸工

      艺的影响也越来越复杂。因此,对造纸湿部的分析在相当程度上是指对纸浆中各

      个组份的电荷分析和组份电荷的综合作用。

      1. 1. 2纸机湿部电荷的影响[[4,5,6]

          阴离子或阳离子在系统中失衡时都会降低系统效率,但一般来讲,多数系统

      中在大多数情况下出现的均是过量的阴离子。这些阴离子因为对纸浆系统的负面

      作用}fu称之为阴离子垃圾。这些阴离子垃圾以多种方式影响纸机的运行和纸页的

      质量,常见有如下几种影响:

          造纸湿部阴离子杂质可以多种方式影响纸页的抄造:

      (1)影响纸机运转:形成的附聚物(树脂、白树脂、粘附物)降低纸机运转性能,

      士曾加断头次数。

      (2)影响助剂效能:对施胶剂、干强剂、湿强剂、助留助滤剂、染料等的作用效

      果均有不利影响。

      (3)影响纸页质量:降低纸页匀度,降低纸页不透明度和亮度,引起小孔和暗点,

      }泽低纸页强度。

          总之,阴离子杂质是以两种机理影响抄纸的,一是其高阴电性使纸浆的阳电

      荷需要量非常高,加入阳离子助剂,如助留助滤剂、增强剂等,阴离子杂质首先

      与这些聚合物发生中和反应,消耗大量阳离子助剂(一般阳离子助剂并非有效的

      电荷中和剂),有可能使阳离子助剂完全失效,其高阴电性也影响纸浆中细小纤维

      的絮聚,从Ifu影响到纸浆的留着和滤水。因此阴离子杂质含量常用浆料滤出液的

      阳电荷需要量表示。再就是阴离子杂质随着不断积累,与其它物质或自身结合形

      成附聚物或配合物}fu从水溶液中沉积出来,如果沉积在填料、细小纤维和纤维上,

      会减少纤维间的氢键结合,因}fu降低了纤维间的结合强度和纸页亮度;如果在纸

      页抄制中留在网部、管道及毛毯中,则会堵塞抄纸网、毛毯,在压榨部引起粘辊,

      增加纸页断头次数,并在纸页上出现暗点,同时也会干扰纸页的施胶、染色等。

      1. 1. 3纸机湿部电荷问题的解决方法

          如前所述,纸浆中的阴离子干扰物对造纸工艺和产品质量有很多不利的影响,

      必须加以消除。通常可以通过一下途径减少或彻底消除阴离子垃圾的影响:

      (1)适当调整原料配比、提高各料质量、堵塞和减少原料中带来的阴离子垃圾。

      (2)优化制浆工艺,减少蒸煮和漂白过程中纤维素和半纤维素氧化产物,减少产生

          的阴离子垃圾。

      (3)加强浆料的洗涤和白水处理、防止和降低阴离子垃圾产生和增长。

      (4)加入适量的阴离子垃圾捕集剂ATC < anionic trash catchers)以彻底消除阴离子

          垃圾

      的影响。ATC一般是电荷密度较高的阳离子物质如硫酸铝、聚合氧化铝(PAC )

      者是低分子量高电荷密度的有机聚合物如聚二烯丙基二甲基氯化钱(DOLY

      DADMAC、聚乙烯业胺等。ATC的具体用量可通过试验确定,最佳用量应保证

      系统处十一下状态:

      ①添加ATC后纸浆中细小纤维和填料颗粒的Zeta电位变化较小或无变化。

      ②浆料过滤液的阳离子需求量近零点,不得出现过阳离子化。

      ③加入助剂后Zeta电位适当降低,浆料过滤液的的阳离子需求量无显著变化,未

          出现过阳离子化。

          保持这样的状态表明加入ATC后,反应物仅与体系中的阴离子垃圾反应,未

      与纤维作用,纤维吸附电荷的能力没有受到影响。故当下一步助留助滤助剂加入

      后,可以完全吸附在纤维上,发挥最大作用。ATC加入量不足时,阴离子垃圾仍

      会影响助剂效果;ATC的加入量过大(Zeta电位变化较大)时,因为纤维近与ACT

      发生吸附作用,会影响了纤维下一步对助剂的吸附,从Ifu阻碍助剂效果的充分发

      挥。

          除了采用阴离子杂质捕集剂以外,还可以通过选择合适的助留剂来排除体系

      中的阴离子杂质干扰,如在含有大量阴离子杂质的高得率浆体系中采用聚氧化乙

      烯作助留剂。无机吸附剂膨润土也可用来清除体系中的阴离子杂质,如在膨润土

      !阴离子聚丙烯酞胺结合使用的助留体系中,改性的膨润土就是一种吸附剂,它

      吸附白水中大量的有机和无机物质,并为阴离子聚丙烯酞胺提供活性点,使之通

      过某种形式的氢键结合完全吸附在膨润土表面,从}fu产生了助留效能,因此膨润

      土和阴离子聚丙烯酞胺也常用十提高高得率浆的留着和滤水。

      2有关Zeta电位的概念

          在上节我们知道,解决阴离子杂质问题除了在制浆工艺上进行改进以外,更重

      要的手段是在纸浆中加入阴离子捕集剂或合适的助留剂进行中和体系中的阴离子

      杂质。这需要我们能够知道阴离子杂质的浓度或阴离子杂质的电位。我们通过测

      量纸浆的Zeta电位来了解纸浆中阴离子杂质的浓度或阴离子杂质的电位高低。

      1. 2. 1  Zeta电位的概念

          在胶体悬浮液中,悬浮颗粒是带电荷的,Ifu流体介质的静电荷为零,这就产

      生了颗粒表面的电位。当逐渐远离颗粒时,电位就逐渐衰减。颗粒表面的电位很

      难确定,但可在距表面一定距离之处来测定。当胶体悬浮液受外部施加电场的作

      用下,带电颗粒就向带相反电荷的电极移动。与颗粒一起迁移的是一层包括紧密

      结合的离子和松散结合的液体分子。这被称作滑移面。颗粒在电场影响下通过溶

      液迁移的速度是与滑移面上的电位成正比的,此电位称为Zeta电位。

          纤维素纤维由十在其表面存在电离基团及残余木素,在水中带负电荷。由表面

      化学理论可知,在固一液界面处形成一双电层,一层是邻近固体表面并带相反电荷

      的薄离子层,称为斯特恩层(Stern),另一层由扩散到水中的与固体电荷相反的离

      子组成的扩散层构成。斯特恩层被牢牢地吸附在纤维表面上,随纤维一起移动。纤

      维素纤维的Zeta电位是存在十斯特恩层和扩散层之间的界面上的电势。如图1. 1

      所示。

       

        Zeta电位在水相中受离子数的多少和化合价的影响极大,当水相的离子强度

      增大时,更多的阳离子进入斯特恩层,十是,Zeta电位下降,在恒定pH值和离子强度

      的条件下,阳离子的化合价越高,Zeta电位的降低越大(舒尔策一阿迪规律)。斯特

      恩层对高化合价的离子的吸附比一价离子的吸附强。[7]

          纤维和各种添加剂的凝聚结构和留着率,主要是有纸料固体粒子的Zeta电位

      决定的。当Zeta电位较高时,纸料中各种粒子带有较多的电荷,会因较强的库仑

      斥力}fu阻止纤维与填料及胶料的接近,}fU影响纸页成型时细小纤维、胶料填料的

      留着并导致随网部白水流失。

      Zeta电位趋十零时,粒子间的范德华引力起主要作用}fu大大改善了留着率、

      滤水性和纸页湿强度,减少了湿部的断头次数,从Ifu改善了纸机的运行性能,同

      时由十细小纤维留着率的提高可相应地降低流浆箱纸料的浓度Ifu有利十改善纸页

      的成型条件和纸张匀度的保证。[8]

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