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      纤维表面电荷检测方法的研究(三)


      1.2.3论文的主要研究工作

          在造纸湿部纸料中存在着大量的静电荷,这些静电荷主要来源十纤维和细小纤

      维的表面电荷、颜料和填料的表面电荷及聚合电解质的溶解电荷。它们在胶体的

      分散稳定性方面起着主要作用。细小纤维的留着、填料的留着、胶体的留着、胶

      粒的乳化及颜料悬浮液的制备都会受静电荷的影响;聚合电解质类化学添加剂在

      造纸颗粒上的吸附和留着受静电荷的影响很大;在阴离子杂质与阳离子助剂反应

      并干扰其功能时,静电荷也起着非常关键的作用。总之,造纸原料上的静电荷在

      许多重要的湿部化学现象中都起着关键性的作用。这些电荷的测量和控制时湿部

      化学过程控制中的关键因素。因此,检测、控制这些电荷在湿部化学控制中具有

      非常重要的意义。电荷检测技术是湿部化学控制的有力工具,是造纸工作者长期

      关注研究的重要方面。

          电荷分析检测技术有两种方法,Zeta电位法和胶体滴定法。本论文主要针对这

      两种方法,在以下几个方面进行了研究:

      (1)分析了二种Zeta电位检测方法的原理和特点。

      (2)分析了胶体的定法的原理、特点及其胶体滴定技术的发展,两种电荷分析方

      法的比较。

      (3)重点介绍了基十流动电位法纸浆Zeta电位的测量。

          首先,介绍了表界面现象和双电层模型,对Zeta电位的概念有了更加深刻的认

      识和理解。接下来介绍了流动电位法Zeta电位仪的构造和测量原理,并对Zeta电位

      计算简化式进行了推导。最后,对流动电位的测量做了一定的研究工作。

      (4)设计了电导率的测量电路。

          针对传统方法的缺点进行了改进,采用了四电极一半桥技术方法测量纸浆溶

      液的电导率,有效地克服了引起电导率测量误差地影响因素,能够实现对纸浆溶

      液电导率的精确测量。

      2章电荷分析技术方法

          造纸湿部或纸机系统中各种微粒的表面电荷和可溶带电物质的量是决定颗粒

      的聚集状态和各种功能性添加剂如何发挥其效能的关键因素。因此,长期以来人们

      一直在寻求一种简便、可靠的方法来评价和检测这些物质所带电荷。

          目前应用最广的造纸湿部电荷测量技术有两种:一种是Zeta电位法,另一种

      是胶体滴定法。Zeta电位法,根据双电层理论,测定结果为纸浆悬浮液中正负电荷

      的电位差。胶体滴定法,是利用化学法,在纸浆悬浮液中加入过量的阳离子或阴

      离子标准溶液,然后用阴离子或阳离子标准溶液在指示剂的帮助下进行反滴定,

      测定结果为纸浆悬浮液中正负电荷的需要量。胶体滴定法由十所测试样浓度较低,

      测定结果主要反映纸浆悬浮液中的溶解电荷。这两种检测方法所检测到的物理/

      化学性质差别很大。从热力学的角度看,动电学现象测量的是内涵性质,Ifu由胶体

      滴定测得的电荷需求量是一种广延性质。动电学现象应用十造纸工业主要是衡量

      纤维和填料表面的电荷,仅表明浆料悬浮液和白水中聚合胶体颗粒表面电荷的分

      布情况;IfU胶体滴定主要是衡量浆料悬浮液中阳离子或阴离子的需求量。两种方法

      相比,流动电位法可测浓度较大的试样,比较适合工厂实际生产控制,可随时取

      样随时测定。

      2.  1纸料组分的Zeta电位测量技术[p 2]

      2. 1. 1  Zeta电位的定义及其影响

          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,Ifu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。

          当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。

      2. 1. 2 Zeta电位的几种检测方法

          测量纸料颗粒Zeta电位的方法目前有微电泳法,流动电位法,AC流动电流

      法等。其中微电泳法是最早发展并被普遍采用的,最新的AC流动电流法更广泛地

      被采用在电离电荷的湿部检测中。

      (1)微电泳(microelectrophoresis)

          在微电泳法中,将一颗粒分散体系放在一特制的电解池中,电场加十两端。此

      时就可测量到分散的、带电荷的颗粒的迁移速度。通过测量电泳淌度(mm/ s/ V/ cm)

      的大小来确定其电荷数量。图2. 1为微电泳电解池的简图。颗粒运动的速度跟踪

      可用肉眼或显微镜观察。

          电荷迁移的淌度数据对湿部化控制是最为有效的,将电泳迁移淌度转化为Zeta

      电位可用下列公式:

      不论是在线测量或实验室测量,流动电位仪都是很实用的,已有相关文献全

      面介绍了两种在线测量的流动电位仪。并发现离线测量的微电泳和在线测量的流

      动电位测得的Zeta电位对四种不同浆料在各种配比下有很大的相关关系。}fU在线

      测量仪器便十进行稳定状态和随时间变化的表面电荷现象的研究,测量前不需要

      滤浆是一大优点。

      (3) AC流动电流(AC streaming current)测量

          流动电位只能在一个细小的狭缝中进行测量。也可利用活塞迫使液体来回通

      过活塞和封闭筒之间的小间隙,活塞运动产生的压力会产生一个AC电流,可通过

      嵌在圆筒两端的电极测出。图2. 3为该装置的示意图。

      当应用流动电流测定仪时需要绝对的清洁,否则结果是不可靠的,通常用特氟

      隆涂料来涂活塞和筒壁以避免表面的污染。AC流动电流测量不能反映出悬浮颗粒

      准确的Zeta电位,但可指出一个系统是阳离子型的还是阴离子型的。然Ifu,当聚合

      物电解质用十改变系统的电荷时,悬浮物的电荷转换点(即等电点)与在活塞和筒

      的表面的电荷转换点是相关的,流动电流测量被用在阳离子需求量的确定中作为

      端点指示剂,在电离电荷测量中经常采用。

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