纤维素7 (1)

上节课内容回顾：

纤维素纤维的润胀可分为：

有限润胀和无限润胀。

有限润胀又分为：

结晶区间的润胀和结晶区内的润胀。

植物纤维化学第三章纤维素及其衍生物

有限润胀：纤维素吸收润胀剂的量有一定限度，

其润胀的程度亦有限度称为有限润胀。

润胀度：纤维素纤维有限润胀时直径增大的百分率。

结晶区间的润胀：是指润胀剂只到达无定形区和结

晶区的表面，纤维素的X-射线图

不发生变化。

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结晶区内的润胀：润胀剂占领了整个无定形区和结晶

区，并形成润胀化合物，产生新的结

晶格子，此时纤维素原来的X-射线图

消失了，出现了新的X-射线图。多余

的润胀剂不能进入新的结晶格子中，

只发生有限润胀。

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无限润胀：润胀剂可以进到纤维素的无定形区和结晶区发生润胀，但并不形成新的润胀化合物，因此对

于进入无定形区和结晶区的润胀剂的量并无限

制。在润胀过程中纤维素原来的X-射线图逐渐

消失，但并不出现新的X-射线图。润胀剂无限

进入的结果，必然导致纤维素溶解。

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三、纤维素纤维的电化学性质

1. 扩散双电层理论

纤维素本身含有极性羟基、糖醛酸基等基团，使纤维素纤维在水中表面带负电。因此，当纤维素纤维在水中时，往往引起一些正电荷由于热运动的结果在离纤维表面由近而远有一浓度分布。

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被吸附的正电荷分为吸附层和扩散层

a b d

a b d 度d称为扩散层。

电极电位—双电层中纤维素纤维表面到扩散层边缘电位为零的层面的电位差。

ζ电位—吸附层的界面到扩散层的边缘（电位为0处）的电位差。也称动电电位，即ζ电位或zeta电位。

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浆料体系变化对ξ-电位的影响

改变电解质的浓度，对电极电位无影响，但对动电电位(ξ-电位)影响很大；

电解质的浓度增大，ξ-电位下降；

pH值升高时，ξ-电位增大。

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3、ζ电位的意义

①ζ电位反映分散在液相介质中带电纤维表面

的有效电荷量。

②纸浆ζ<0，ζ电位绝对值的大小反映纤维间静

电排斥作用的强弱。影响分散体系的稳定性。

③ζ→0时，纸浆纤维处于等电状态，非常不稳

定，纸浆纤维容易絮聚。

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4、影响ζ电位的因素

⑴、纸浆纯度纯度|ζ|

纯度|ζ|

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a b d

⑶与纤维素纤维表面水化程度有关

纤维表面水化程度高，|ζ|电位高

原因：水化程度高——对溶液中负电荷粒子吸附能力强——纤维表面的负电密度高——|ζ|电位高

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R COOH

5、纤维表面电化学性质与制浆造纸的关系

(1) 抄纸

|ζ|电位高

纸页形成初期——纸料分散良好，细小纤维和填料大量流失，不易留着，使纸的两面差增大，白水浓度增大；湿纸层形成——细小纤维、填料和胶料粒子会堵塞纸页纤维间的细孔，造成滤水不良，影响纸料脱水；

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|ζ|电位低（pH值至4.5～6时）

纸页形成初期——填料、胶料和细小纤维吸附在长纤维上，留着率提高，纸的两面差减小，白水浓度降低；

纸页垫层形成——微小粒子不会堵塞垫层细孔，滤水性能得到改善，脱水阻力减小，可提高纸幅干度；

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ξ电位=0时

纸料的滤水性能可以得到改善。因为填料、胶料和细小纤维被吸附在长纤维上，在纸页成形时，就不会堵塞纤维之间的细孔，使水通过纸页的阻力减小，滤水性能得到改善。（1）提高留着率；（2）改善滤水性；（3）减少两面差。

但ξ=0时，纸料系统不稳定，易絮聚，纸页匀度差。

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结论：

调节ζ电位，既要有助于微小粒子的留着，还要兼顾纸页匀度。

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(2) 施胶

施胶--在纸浆中添加疏水性的物质，使纸页具有抗液体渗透的性能。

纤维表面带负电，松香胶（C

19H

20

COO-）系列施胶剂也

带负电。静电相斥作用使松香胶粒子不能和纤维结合。

电解质浓度影响ζ值——添加Al

2(SO

4

)

3

界面动电学说：松香胶粒子吸附Al3＋，ζ电位变正，松香胶粒子吸附到纤维上。（应有足够的Al3＋）

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(3) 染色

纤维表面带负电，碱性染料带正电，可直接染色。

酸性染料带负电，不能被纤维吸附——媒染剂

Al

2(SO

4

)

3

能改变纤维表面或染料颗粒表面的ζ电位，使染料

被纤维吸附，达到染色的目的。

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(4) 白水回收

在白水回收装置中合理地控制高分子聚合物的添加量，控制ζ电位及pH值，使白水中的细小纤维、填料等微粒絮聚——变成大颗粒——可以得到最好的澄清效果。

(5) 漂白和纤维素酶预处理

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