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      纤维表面电荷检测方法的研究(四)


      2. 1. 3 Zeta电位法的特点[is}

          利用Zeta电位对造纸湿部进行电荷分析,有以下特点:

      (1)  Zeta电位是对微粒表面电荷密度的间接说明,它无法表示体系总的电荷量。

      (2) Zeta电位只与微粒的表面电荷有定性的关系,它依赖许多人为和技术因素,例

          如:试样温度、离子强度及筛出胶体的技术等。

      (3)大多数Zeta电位分析的限制是它们只能分析物料中在胶体粒子尺寸范围的组

      分,这里不包括除细小纤维以外的所有纤维,对以可溶胶体存在的“阴离子杂

          质”很不敏感。

      (4)  Zeta电位还能反映电荷的分析状况。Zeta电位的测量中,电荷的大小和电性可

          由在给定电场中微粒的运动Ifu得出。由十这些电荷引起的反应可强可弱,并依

          赖十微粒表面组成,所以必须指出,Zeta电位分布可能是变化的(不是所有的

          微粒带有相同的电荷),尤其是在不只一种物质的条件下,如矿物填料+纤维

          素纤维。所以得到的结果不只是电荷的平均值,也代表分布的情况。

      2. 1. 4 Zeta电位检测设备

          Zeta电位分析仪从最简单的到很复杂的都有,在低档的一端是小型可携带的

      显微镜,在光学视野中的样品池中产生一个电场。用视觉观察电场作用下颗粒的

      运动并测出单个颗粒通过样品池两点间距所用时间来测定颗粒的电泳淌度。然后

      用标准公式从电泳淌度计算Zeta电位。这种低档分析仪的好处是便十携带,价格

      低廉。缺点是这种仪器的测定结果受操作者个人因素的影响太大。对颗粒运动计

      时的轻微误差,选用所观察颗粒时在颗粒大小和亮度方面的主观偏见,以及样品

      池的聚焦平面等均对测定结果的数值有影响。视觉的紧张和疲劳是这种仪器的操

      作人最经常的抱怨之点。

          微电泳法Zeta电位测定仪的产品很多,如美国的Coupe:公司、Brookhaven

      公司、英国wogen技术公司生产的各种Zeta电位测定仪。这些仪器自动化程度较

      高,可以直接得到测定结果Ifu不需用肉眼去观察。其中,有的将样品置十一对黄

      金电极之间,避免了电渗现象;有的将测定电泳的电源由直流电改为交流电以避

      免极化作用。这些仪器又将Zeta电位与激光粒度测定仪合二为一,虽然功能完善,

      但价格比较昂贵。[,“]

          高档的Zeta电位分析仪是对运动颗粒散射的多普勒(Doppler)位移光进行分

      析并据此计算出样品液中的Zeta电位分布。电荷分布比一个简单平均值所包含的信

      息更加丰富。

        例如,低保留率现象可由纸料中存在的许多阳电荷纤维碎屑来解释,尽管纸料各

      种成分总平均电荷是阴性的。由十颗粒散射光的散射角是颗粒大小的函数,用各

      种散射角收集散射光的分析仪器就可以提供样品中颗粒大小的信息。又如,上述

      的阳电荷群可以归因十纤维碎屑,这是由十它们在不同角度下散射光的相对强度

      所决定的。这类仪器一般都装有个人计算机和打印机,用以计算Zeta电位均值和

      分布。虽然这类仪器能提供丰富的信息,但购价和维护费用太高,Ifu b_要移动位

      置来使用也是较困难的。

          一些在线的Zeta电位分析仪也有商品出售,其优点是可以连续监测纸料的电

      Ifu无需有人操作,生产系统中如有不正常现象,可以迅速查知。这种在线Zeta

      电位分析仪的缺点是只盯住一个或少数几个点,虽然能查出不正常现象,却未能

      追根寻源。使用非固定位置的仪器,可以在一定范围内对各点的样品进行监测。

      在纸料中电荷有了变化不仅可以很快查出,Ifu b_可以迅速找出根源,例如,涂布

      损纸的电荷变化,来自浆厂的纸浆的电荷变化,或阳电荷聚合物的流失引起的电

      荷变化等。大多数Zeta电位分析仪的局限性在十它们只能测定纸料中处十胶体粒

      子大小范围内的组分;这就排除了纤维碎屑以外的全部纤维。这些仪器对十以溶

      解的胶粒的形式存在的“阴离子杂质”是非常不敏感的。Ifu使用光散射检测器的

      仪器能在单次实验中分析所有的组分(在所能分析的范围内)。这一技术的灵敏

      度是因颗粒大小不同}fu异的。

          利用流动电位的原理,现已开发出在线Zeta电位仪,其原理是根据流动电位、

      传导率和温度等参数的大小计算出Zeta电位值。利用该仪器进行实验,测定结果

      可很好地描述造纸配料净电荷的情况,目_实验结果的可重复性、准确性很好。另

      外该仪器还可作为纸机断纸的报警器。因此,利用在线Zeta电位仪不仅有利十优

      化纸机湿部,还可以预知不可控制的过程。对美国造纸工业的调查显示,在线Zeta

      电位仪是目前造纸工业最迫切需要的过程控制仪器之一。

      2. 2利用胶体滴定技术进行造纸湿部电荷分析[[15,16,17,18,19]

      2. 2. 1可溶阳电荷需求量的测定[f71

        (1)原理

          可溶电荷需求量的测定,依据是聚合电解质可与带相反电荷的聚合电解质或

      表面活性剂形成复合物。聚合电解质复合物中的作用力包括静电作用、憎水相互

      作用、氢和范德华力等。在反应中由十聚合电解质分子的长链结构,当反应物分子

      之间某一对链段一旦发生复合反应,相邻链段由十不需要发生分子构型的显著变

      化,更加容易发生复合反应。一般认为,聚合电解质复合物的形成过程是两步机理:

      首先是电荷相反的两个聚合物相互接近,这是一个扩散过程;然后是已经接近的聚

      合电解质链段上相反电荷的中和过程,这一过程与聚合物的结构、电荷密度和反应

      体系内的小分子电解质有关。

       

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