造纸化学品

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造纸化学品
讲课人:游薇
纸浆来源
造纸的步骤
纸浆提取 方法
造纸
选取所需 化学试剂
各类化学 品的作用
废纸纸浆的关键是筛选和净化,除去杂质
天然纤维纸浆

浆 来
废旧纤维纸浆

合成纤维纸浆
各类纸浆化学品
脱墨剂

蒸煮助剂

消泡剂
化 学
漂白助剂

纸浆防腐剂
树脂控制剂
脱墨剂在废旧纤维纸浆中的应用
废纸纸浆提取纸浆纤维的关键是筛
对于造纸过程来说,纤维、填料和一些助剂等都是水不溶性 的,它们有在水溶液中自行聚集的趋势,而且不同物料之间往往 因不相容性而尽量远离,这样就难以得到性能均匀,强度理想的 纸张。加入分散剂则可以使固体粒子表面形成双分子层结构,层 分散剂极性端与水有较强亲合力,增加了固体粒子被水润湿的程 度。固体颗粒之间因静电斥力而远离,达到良好分散效果。良好 的纤维分散剂要求有一定的热解性,即随着温度的升高而逐渐分 解,黏度也相应降低,这样就不会留在已干燥的纸页上,不会因 使用纤维分散剂而影响纤维的原有性能
O
O-
Lignin O-
Accelerated delignification
Carbohydrates
Oxidized carbohydrates Yield Gain
优点:
用量少,无臭,污染性小,制浆 效率快,能耗低,碱和漂白化学品用量
低,纤维收率高。
缺点:
所得到的纸和纸板不能用 于食品包装等方面
分散作用,防止油墨再沉积在纤维上。
⑷浮选时使油墨粒径变大,易于 去除。
造纸化学品 ——蒸煮助剂
造纸原料及成分
1、原料:植物性纤维
2、主要化学成分 (1)纤维素 (2)半纤维素 (3)木素 (4)抽出物: 树脂、果胶、酚类化合物 (5)灰分
木素
白色或是接近无色的物质;为高聚物,其同 纤维素和半纤维素一起构 成纤维素纤维。支 撑植物生长 。
烷基酚聚氧乙烯醚,丁基萘磺酸钠剂甲醛与萘磺酸的缩 合物。
高分子分散剂 用得最多的是聚氧化乙烯, 其他的如甲基纤维素,羧甲 基纤维素,羟乙基纤维素,聚丙烯酸钠等都可以作为树 脂分散剂。
3 涂布分散剂
涂料中颜料以固体粒子形态与树脂、水或溶剂等其他组成混 合存在。根据热力学的观点, 这是一个不稳定的体系,为了获 得稳定而均匀分布的涂料,需要使用分散剂。
选和净化,除去杂质。
印刷
废纸制浆的关键是脱墨。
废纸脱墨的原理
• 脱墨剂作用于油墨中的黏着剂进行皂 化和乳化,破坏油墨中与纤维间的粘
结力使油墨和其它杂质与纸纤维脱离
,并在分散剂和吸附剂作用下使其不
再凝聚在纤维上。再经脱墨设备将油
墨粒子从中除去。
脱墨剂、
油墨纸浆 温度、机械作用
油墨粒子 纸浆纤维
洗涤法(除去油墨粒径很小、
其典型代表为聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺。其中应用合成类高分 子作为分散剂时, 分子量的选择是关键、如对聚丙烯酰胺来讲, 在低分子量时是分散材料的有效增稠剂,而高分子量时则是重要 的絮凝剂。因此, 选择合适的分子量对浆料分散状态的好坏起决 定性的影响。
水溶性高分子种类:
1.1 聚丙烯酰胺(PAM)
PAM 的化学名称为聚丙烯酰胺,为白色粉末,溶于水,不溶于 乙醇、丙酮等有机溶剂。水溶液pH 值在1~10 时,黏度变化很 小,pH 值在10 以上时,黏度显著增加。作为分散剂使用的一般 是它的钠盐。由于分子链中含有羧基, 对带负电的纤维素纤维 有分散效果,并且在相对分子量为300 万左右时,能提高浆液黏 度,有利于纤维悬浮,故是一种长纤维的高效分散剂。
木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳一碳 键连接而成的高分子化合物。
蒸煮助剂
一.蒸煮的目的及原理
用以加速蒸煮液对纤维原料的渗透 或加速脱木素作用,从而缩短蒸煮时间或 降低蒸煮温度、减少蒸煮药剂的用量、提 高纸浆强度或得率的化学品
原理:
适当的将原料中的木素除去使纤维 分离,同时使纤维和半纤维受到不同程度 降解,改善蒸煮条件。
• 螯合剂 与重金属离子形成水溶性的络合物 ,防止这些重金属离子对双氧水的分解作 用。
• 双氧水 脱色时增加纸浆的白度(双氧水破 坏油墨粒子表面形成亲水新物质)
• 捕集剂 将油墨粒子聚集在一起然后附集在 空气泡上除掉。
• 硅酸钠 ⑴钝化金属离子 ⑵缓冲剂作用,使Ph值稳定 ⑶润滑、降低溶液表面张力,有
无机分散剂
主要无机极性分散剂有滑石粉,高岭土,硅藻土等。滑 石粉具有弱憎水性,所以可以将憎水性的树脂粒子吸附 在表面上, 减低树脂的黏度和黏着性, 从而防止相互
凝聚。石棉具有正的电位,而硅藻土的比表面积大,并 且经特殊处理可改变表面电荷,它们都有一定的效果。
表面活性剂
加入阴离子表面活性剂,可提高树脂粒子的负电荷密度, 增加其稳定性,同时由于分散剂的定向吸附,形成水化 膜,使树脂由增水性变为亲水性状态,加入非离子表面 活性剂可有效地分散树脂,减少相互凝聚或沉淀地趋势。 这一类效果最好的树脂分散剂有: 脂肪醇聚氧乙烯醚,
1.4 海藻酸钠
海藻酸钠是水溶性高分子, 对纤维有显著分散能力,且 黏度稳定,分子链在高剪切力下不易发生降解。海藻酸钠分 散纤维的能力特别高, 但是价格较昂贵,所以应用较少。
1.5 其它纤维分散剂
甲基纤维素,羧甲基纤维素,羟乙基纤维素等,都是典型 的高分子表面活性剂,可作为纤维分散剂。
2 树脂分散剂
③加入聚氧化乙烯后打浆度降低,纤维长度有所提高,成纸柔软度提 高,吸水增加,纸张起皱均匀。
④打浆时间降低一半,节约了电能。 ⑤上网浓度提高,白水浓度降低,流失减少,并节约了清水。 ⑥由于供浆充足,纤维组织均匀、孔眼少,纸机车速提高,生产能力 提高。
1.3 树胶
很多树胶对纤维素纤维有极佳的分散效果。这些树胶是 纤维的保护胶体, 其负电荷在纤维上均匀地分布,能阻止纤 维的结合。当然,它们亦可能提高悬浮介质的黏度,使纤维 的凝聚作用减少。
停止剥皮反应,增加了纸浆的得率和强度 亚硫酸盐使木素发生水解和磺化。
蒸煮结束废液与纸浆需尽快分离,保 证纸浆纯度。
四、常用蒸煮助剂
多硫化钠(Na2Sn)、蒽醌、 亚硫酸钠(NaSO3)、
羟胺(NH2OH)、 硼氢化钠(NaBH4)
1、多硫化钠(Na2Sn)
将硫直接加进硫酸盐蒸煮液中 4S+6NaOH =2 Na2S+ Na2S2O3 +3H2O
Na2S+nS═Na2Sn+1 或nS+HS-+OH-= S2-n+1 + H2O
由此可见,Na2Sn实际上是Na2S和 Sn-1的复合物Na2S-Sn-1,其中一 个S2-有 还原性,其它n-1个S0有氧化性, Na2Sn 的氧化性则由单质硫形成。
(二)、蒽醌
O Reduc ed lignin
分散剂是纸张涂料中最重要的助剂, 其中大多是表面活性 剂, 其作用为:
①赋予各个颜料粒子电荷,使其相互产生斥力; ②覆盖各个颜料粒子表面,起到保护性胶体的作用; ③在粒子周围形成高黏度状态,防止各个粒子凝集。
涂布分散剂作用原理:
涂布时涂料配方中一般要加入颜料分散剂,否则涂布层过厚 且不均匀。分散剂总的作用是保证涂料中颜料不发生絮凝和沉 降现象, 并使涂料的黏度尽可能低,具有良好的流动性和涂布 适应性,提高胶黏剂与颜料的混合性, 以达到提高涂布纸表面 强度和印刷适应性的效果。使用时, 先将分散剂溶在水中,然 后再加入颜料。
(PAM)分子式
PAM 的分散作用机理:
由于PAM 分子链中含有羧基,具有降低表面张力的作用,有助 于水对固体的湿润,这对于纤维、填料等在水中的分散特别有利, 当PAM 加入浆料时,可以使纤维、填料表面形成双分子结构,外 层分散剂极端与水有较强亲和力,增加了纤维、填料等固体粒子 被水润湿的程度。纤维、填料等固体颗粒之间因静电斥力而远 离, 达到良好的分散效果。
70~75%; • 与树脂,二氧化硅等少量成分的作用; • 黑液中保留部分残碱,使PH值在10以上,防止木素
沉淀; • 少量被纤维吸附。
根据原料的种类,纸浆硬度,强度等质量要 求来定。
2、亚硫酸盐法蒸煮
酸性亚硫酸盐法,亚硫酸氢盐法, 中性亚硫酸盐法,碱性亚硫酸盐法
碱性亚硫酸盐法原理:
R纤维素-CHO+S2-2+ 3OH-═ R纤维素-COO- +2S2-+2H2O
阴离子型分散剂, 如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠,
土耳其红油,纤维素硫酸钠,烷基二ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ醚磺酸钠, 烷基酚聚氧乙烯醚磷酸脂盐。
电解质类无机盐 包括焦磷酸钾,六偏磷酸钠等。
水溶性高分子
它是目前在浆料分散方面用得较多的一类。 其典型代表为聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺。
水溶性高分子
水溶性高分子, 又称水溶性树脂或水溶性聚合物,是一种亲 水性的高分子材料,在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。 它是目前在浆料分散方面用得较多的一类。
聚氧化乙烯(Polythylene oxide)又称聚环氧乙烷, 是环氧乙烷 多相催化开环聚合而成的高分子聚合物, 由环氧乙烷聚合而成不同聚 合度的高分子量物质,具有明显的晶型结构,其聚合物的性能主要取 决于平均分子量的大小, 当相对分子量为200~600时成稠状液体, 相对分子量在1000 以上呈蜡状固体;100 万以上时呈硫质或者硬质 固体,色泽随分子量、催化剂、溶剂不同而变化。
造纸化学品
--分散剂
对于造纸过程来说,纤维特别是长纤维、填料和一 些助剂等都是水不溶性的, 它们有在水溶液中自行聚 集的趋势, 而且不同物料之间往往因不相容性而尽量 远离,这样就难以得到性能均匀、强度理想的纸张。 为了解决长纤维在抄造过程中的这一问题在在造纸过 程中就要用到分散剂。
分散剂的作用原理
PEO 作用机理:
以其稀溶液在抄纸机网前箱加入, 可吸附在浆料纤维表面形成一层滑 而不黏的水合膜, 使浆料纤维具有良好的悬浮性而不致过快沉降,从而使 纤维分散和减少絮聚,改善网外观组织匀度。
①聚氧化乙烯的水溶液是一种胶体, 添加后纤维沉降速度减慢,对提 高纸页匀度起到一定作用。
②聚氧化乙烯加入后,浆料的打浆度急剧下降,而随加入量的加大又 有回升的趋势。(这是因为少量加入时降低了水的阻力,滤水加快,增加 用量,由于其自身黏度很大, 其加快滤水的程度超过了降低水阻力的作用, 因此又表现为回升。)
涂布分散剂种类
最早使用的分散剂为磷酸盐,聚硅酸盐,磷酸氢二氨,萘 磺酸与甲醛的缩合物(分散剂PA-403),干酪素,阿拉伯树 胶等。六偏磷酸钠,焦磷酸钠,四聚磷酸钠等是低含固量涂 料中经常使用的分散剂,他们在颜料表面以离子电荷结合, 使粒子周围形成阳电荷,相互排斥,起到分散的作用。

亲水性颗粒)


浮选法(除去油墨粒径较大、

憎水性颗粒)



短程法(含油墨量很小)
(1)洗涤法
• 原理:用脱水处理使油墨和纸纤维分离 • 方法
脱墨剂 水反复洗涤 +废纸浆
油墨及污物随 水排除
纸纤维留在浆中
(2)浮选法
• 原理:利用纸纤维和油墨的可湿性不同, 将可湿性差的油墨浮在浆面除去
• 方法
二、蒸煮过程
渗透与反应阶段
溶出阶段
控制纤维素及半纤维素与 碱液的反应溶出阶段
三、蒸煮的方法
主要分为碱法和亚硫酸盐法 1、碱法蒸煮 结构碱的液木(素N使aO其H发、生N化a2S学n键)断作裂用,于并三引维入交亲联水网基状 。 在蒸煮过程加进去的碱起以下几种作用:
• 与木素起反应,中和木素的酚羟基,占20~25%; • 中和碳水化合物碱性降解的产生的有机酸,占
通 空 气
料浆
憎水性的油污 形成气泡 吸附在泡沫上
聚集在料浆表面


分散剂




NaOH
法 脱

有机试剂



主 要
防油墨沉积剂
的 主


表面活性剂及其螯合剂



捕集剂
各类脱墨化学品的作用
• NaOH 调节废纸浆的Ph至碱性范围,是油 墨中的树脂皂化和水解,使使油墨从纤维 上脱落。
• 分散剂 使废纸碎解过程中产生的油墨及赃 物颗粒在浆料悬浮液中分散的细小一些, 便于洗涤和脱水过程中除去。
分散剂的种类
在造纸工业中使用的分散剂品种很多, 按照用 途来分为三类
纤维分散剂
树脂分散剂
涂布分散剂
1 纤维分散剂
用作纤维分散剂的造纸化学品一般都具有一定的水溶
性和亲水性, 以及适宜的流变学特性。根据其作用机理一
般分为三大类:
非离子型分散剂, 如脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅 烷,油酸聚氧乙烯脂
表面活性剂
PAM还可以作为助滤剂
聚丙烯酰胺作为助留助滤剂,合理使用可以获得以下效果: ①提高细小纤维和填料留着率,表现在成纸灰分含量提高,定 量增加; ②降低网下白水浓度,加速白水中细小纤维的沉降速度; ③改善纸料的滤水性能; ④破坏了成纸的匀度,这是使用PAM 的一个负面效果。
1.2 聚氧化乙烯(PEO)
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