纸料的流体和造纸湿部化学特性

纸料的流体和造纸湿部化学特性

※<第一节纸料的组成和特性>

一、纸料的组成

一般情况下，纸料悬浮液是由固、液、气三相组成的复杂分散体系。固相其基本成分是纤维、细小纤维，其次是胶料、填料、颜料非纤维添加物质等，这些次要成分要根据纸张的要求进行选择，不一定每种纸料都存在。

二、组成纸料各组分的性质

1. 水

1）水是纸料悬浮液的介质，也是纸料的重要组成

2）水具有较高的表面张力

3）水能使纤维产生润胀直接导致纤维间结合力增加

2. 纤维与细小纤维

细小纤维：造纸中定义为能够通过200目筛的组分，包括细小纤维和填料。

1. 两者共性

表面带负电荷。电荷来源：表面游离羟基，所吸附的杂阴离子物质。

2、区别

关键区别：比表面积不同，细小纤维比表面积为纤维5～8倍。

对造纸体系中的物质吸附力不同：细小纤维对水的吸附力为纤维的2～3倍。

对阳离子的吸附能力不同。

对纸张强度影响。有利：增强

不利：降低强度，增加化学品消耗。

3. 功能性添加剂

功能性添加剂：赋予纸张一定的性能或提高质量。

填料或颜料是为了增加纸张的不透明度、白度和印刷性能；有色染料是为纸张着色；胶料是为了增加纸张的抗液体性能；胶粘剂、淀粉、树脂等是为了增加纸张的强度；湿强树脂为了增加纸张的湿强度等等。

4. 控制性添加剂

控制性（过程）添加剂：保证生产的连续性。

三、纸料的特性

1. 纸料分散体系具有絮集的性质

纸料这种分散体纤维悬浮液，在临界浓度（约为0.05%的浓度称为临界浓度）以下，其性质与水相似，但在临界浓度以上时，纤维之间没有足够的转动空间而容易产生相互碰撞，从而使纤维与纤维之间进行交缠，产生絮聚。

2. 纸料分散体系还具有胶体的特性

3. 纸料的分散体的表面动电现象

分散于水里的纸料胶体颗粒，其颗粒持有离子性及表面层的分子结构如果具有极性的话，由于从悬浮液中选择性地吸附离子，因而表面具有一定的电位便产生了动电行为。

造纸过程中的动电现象是湿部化学的稳定要素。

※<第二节纸料悬浮液的流体力学特性>

一、纸料悬浮液的流动状态和流动特性曲线

浆料一个多相的复杂体系，随着纸料的种类、浓度、打浆度等条件的变化，纸料的流动特性也会随之变化。对抄纸来说，希望纤维以理想的状态（均匀分布，不会碰到一起）存在于浆料体系中。

临界浓度：纤维与纤维之间无任何交织、缠绕、碰撞现象，此时，浆料的流动特性和水几乎没有区别，我们就把这种状态下浆料的浓度称为临界浓度。范围：约0.05％（一吨浆含半公斤纤维）。

临界浓度是浆料的一个理想状态，对抄纸时纸张的匀度是有利的，但实际生产不可能在

这个浓度下运行，耗水量大，经济性差。

1. 纸料的流动状态：纸料有三种基本的流动状态：塞流、过渡流（混流）、湍流。

塞流：浆料的流速不大时，纤维相互交织成网络塞体，塞体与管壁之间形成一层很薄的水环，塞体内部纤维之间没有相对运动。

混流：随着流速的增加，管壁剪应力的提高会破坏网络塞体的稳定性，使网络塞体表面的纤维逐渐分散，进入水环流，水环厚度随流速的增加而增大，一直到整个网络分散为止。

湍流：提高浆料的流速达到一定值后，纤维网络就会全部分散进入完全湍流状态，这也是抄纸过程中希望产生的流动状态。

浆料的流动状态受流动速度和浆料浓度的影响。增加流速，降低浆料浓度，有利于纸料的湍流。

2. 流动特性曲线：纸料的流速Ц（m/s）与流动压头损失值Δh（m/100m长）相互关系的曲线。

二、影响纸料悬浮液流动状态和流动曲线的主要因素

1. 流动速度

2. 纸料浓度

纸料浓度：高（20%以上）、中（8～20%）、低（8%以下）；

纸页成形：低浓成形（1.5%以下），高浓成形（1.5%以上）。

3. 纤维的物理结构和化学性质

纤维长度、纤维表面的粗糙程度、纤维的柔软性。

三、纸料悬浮液的流动特性

1. 纸料悬浮液流动过程的湍动

1）湍动的概念流体微团的不规则脉动（速度变化）在工程上成为湍动。

2）湍动的表示方法：

湍动尺度：湍动规模大小。

湍动强度：所产生剪切力大小。

3）湍动的类型

低强微湍动：尺度小、强度低。动平衡点纤维聚集，不能分散纤维。

高强大湍动：尺度大、强度高。不能分散纤维。

高强微湍动：尺度小、强度高。有效分散纤维。

4）湍动的特点：生存期很短，用毫秒或几分之一毫秒测定。

能分散纤维同时又给纤维碰撞搅缠机会。

2. 纸料悬浮液的纤维絮聚

1）纤维的絮聚

主要是由于纤维的交织带来，特殊条件下可以是由于电荷吸引所至。

2）湍动与絮聚的关系

湍流对浆料中的纤维有两种作用：分散作用（抄纸希望的）和絮聚作用，两种作用是共同存在的，而且保持平衡，浆料的湍流是提供这两种作用的唯一动力。抄纸过程中，要求浆料湍流的规模要小，强度要大，纤维向分散的方向发展有利于抄纸时纸页的成形。规模小到一个质点只含有一根纤维；强度大到足以拉开两根纤维。

规模：规模大，意味着一个质点中含有很多根纤维，因质点内部是不受作用力的，所以即使湍动的强度很高，也不可能完全分散纤维。所以规模要小，理想的状态就是规模小到一个质点只含有一根纤维，但是规模小，又对流浆箱的整流元件的结构提出更高的要求。

强度：强度低，质点之间的相互作用力小，质点中的纤维不可能被分散开来。强度太大，又会给纸料的消能带来困难。

所以在浆料的流送系统中必须采取一定的措施，严格控制湍动所产生的这两种作用的平衡，使纤维向分散的方向发展，有利于纸页的成形。

※<第三节造纸的纸料湿部化学特性>

一、造纸湿部纸料配料组分的胶体化学特性

1. 多相体系、粒子具有胶体大小的尺寸、有比较大的比表面积。

2. 具有亲水体系和疏水体系。