造纸湿部化学与特种纸PPT

运行性提高
纸机效率 Drainage – speed 滤水速度 Foaming 泡沫 Spots, Holes & Deposits 斑点、针眼、沉积
Machine Efficiency
制浆造纸工业仍面临着的 突出问题: 能源、原料和污染
用低质量的浆料生产出高强度高质量
的纸张
树脂与沉积物
根据其来源和性质，大致可分为：树脂
（pitch）、胶黏物（stickes）、尘粒（dirt particles）、白树脂（white pitch）和涂布 损纸沉积物（coating broke deposits ）等。
树脂与沉积物的危害
树脂和沉积物既可沉积到设备表面，也可 在聚结后返回浆中，并随后留着纸页中，其对 造纸过程的危害也就主要表现在两个方面，一 是沉积到纸机部件上降低纸机的运转性能，二 是沉积到纸页中影响纸张质量。
施胶和施胶剂的发展
合成胶料的发展－国际上目前采用较多的合 成施胶剂 AKD（Alkyl Ketene Dimers）烷基烯酮二聚物 ASA (Alkyl Succinic Anhydride) 烯基琥珀酸酐


ASA与AKD的性能比较
性能 商品形态 水解与纤维反应速度 水解物 适用pH值 熟化速率 施胶效率 ASA 油状物 非常快 引起沉淀，损失施胶 5－10 无需熟化，施胶压榨压榨前施 胶度可达90％以上 适度抗水性，无抗酸、碱性 AKD 乳液 中等 对施胶基本无害 6－ 9 需要熟化，下机后需要较长时 间才可获得完全的施胶 中、高抗水性，抗乳酸和碱
树脂障碍的湿部控制方法



降低树脂与沉积物的粘性，防止其聚结和沉积 在设备表面； 利用固着剂将树脂和胶黏物等固着在纤维上， 随纸页将其带出抄纸系统 ； 将树脂和胶黏物等分散成极细的颗粒，防止沉 积物的形成；
增干强剂
干增强剂的分类及主要品种 ：

天然聚合物：淀粉及其改性物、壳聚糖及其改性
物、植物胶等 。
原生细小纤维（Primary fines） 二次细小纤维（Secondary fines） 三次细小纤维（Tertiary fines）
细小纤维对纸机湿部运转性能和纸页性质的影响
明显降低纸料的滤水性能。 留着性能差，易随白水循环积累，影响到纸机的清 洁程度和运转性能。
细小纤维对纸页性质的直接影响：光散射系数、纸
B．纤维化学
纤维和细小纤维的许多化学性质是由其化 学组成决定的。木浆纤维中含有纤维素、 半纤维素及木素这些存在于细胞壁中复杂 的混合物。另外，还含有有机溶剂可溶的 树脂和脂肪(指抽出物)，这些在制浆中未 完全除去，它们对抄纸过程产生严重的影 响。
C．制浆过程对纤维的影响

制浆过程会以多种方式改变木材纤维的化学 成分，这主要取决于所使用的方法及浆的得率。
Paper (to be dried)
Process water
Vacuum
造纸湿部化学：研究体系中化学品之间的 反应及其对造纸过程和纸页性能的影响

悬浮物质：纤维、细小组分(细小纤维、填料、胶体物质) 溶解物质：各种电解质和聚合电解质 表面活性物质：分散剂，消泡剂，清洗剂, 木质抽提物， 水
造 纸 湿 部 助 剂
功能助剂
成形助剂
消泡剂 树脂障碍控制剂 施胶剂 增强剂
纸用染料、增白剂
特殊功能助剂
全球领先的制浆造纸化学品公司
产品品种
过程化学品 助留/滤剂 合成施胶剂 松香施胶剂 胶乳粘合剂 湿/干强剂
主要公司
赫克力士、巴克曼实验室、凯米拉等 依卡、凯米拉、巴斯夫等 赫克力士、拜尔、凯米拉、巴斯夫、依卡等 赫克力士、乔治亚-太平洋、凯米拉、依卡等 道化学、巴斯夫等 赫克力士、巴克曼实验室、凯米拉等

合成聚合物：聚丙烯酰胺、乙二醛等 。
干强剂的增强机理
至少有以下三种： 提高纤维间的结合 ：氢键，羟基、胺基与纤维表面羟基 形成氢键结合，增加氢键的数目；静电吸附结合：阳离子 基团与纤维上阴离子基团之间，阴离子基团通过铝离子与 纤维形成静电结合等。 提高纤维分布均匀性，减少纸页的局部应力集中现象：由 此使纤维更加均匀地结合，导致纤维间及纤维与高分子之 间结合点增加，从而提高干强度。 使纸页纤维结合到一起：分子柔韧，增加结合面积（类似 打浆作用）。
对成纸影响
使用方法 施胶成本 其它
纸张不会打滑
现场乳化，工艺要求较高 较低 需乳化剂/助留剂，酸/中性施胶 系统转换容易，可以兼容
纸张可能打滑
计量添加，操作方便 较高 需助留剂，酸/中性施胶系统转 换困难
表面施胶剂
1、淀粉 2、纤维素衍生物 3、聚乙烯醇PVA 4、动物胶
助留助滤剂
1.
2.
3.
无机盐类-硫酸铝、聚合氯化铝和氯化钙 天然有机聚合物类-阳离子淀粉、阳离子瓜尔 胶和壳聚糖等 高分子聚合物类-聚丙烯酰胺类聚合物、聚胺 (PA)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚酰胺(PPE)和聚 环氧乙烷(PEO)等。
纤维和纸中其它成分的留着和结合显得越来越重要， 甚至可以说没有造纸湿部化学品的应用，当代纸机抄 不出合格的纸张，即使抄出，成本过高，因而造纸湿 部化学起着越来越重要的作用。
造纸湿部化学的重要性
纸浆处理
湿部成形
干燥部
纸机
Fiber suspension
Press rolls
Moving screen (―wire‖)

一般处理方法是在加入其它阳离子化学添 加剂之前用可中和电荷的试剂去中和它们， 如用明矾、聚合氯化铝或低分子量 、高电 荷密度的阳离子聚合物。
解决阴离子干扰物问题的途径

最佳途径是减少或避免阴离子干扰物的出现， 如，（1）优化制浆工艺，尤其是控制漂白终点 pH值和漂损，（2）强化纸浆的洗涤；（3）缩 短纸浆在碱性条件下和高温阶段的贮存时间； （4）提高纸料中各组分的留着率；（5）对白 水进行处理。
3、涂布--纸面的涂饰（化妆）：涂布原纸→涂布机 涂布→干燥→卷曲→再卷→超级压光。 4、或改性（如用氯化锌浸渍-钢纸、用浓硫酸浸渍 羊皮纸-电报条、描图纸）：原纸→浸渍加工→干燥 →卷曲→再卷。 5、再加工（如卫生纸或卷烟纸）：复卷→裁切平板 （或卷筒） →分选包装→入库。
There are two main approaches to the process by which paper is made: mechanical and chemical
淀粉类干增强剂
（1）阳离子淀粉 （2）两性及多元变性淀粉 （3）接枝共聚淀粉
聚丙烯酸胺类增强剂
阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)
阳离子聚丙烯酰胺(PAM)
两性聚丙烯酰胺
两性聚丙烯酰胺与纤维的结合方式
壳聚糖增强剂 水溶性植物胶-槐豆胶、瓜尔胶
湿增强剂
• • • • • • 脲醛树脂 (UF) 三聚氰胺甲醛树脂(MF) 聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂(PAE) 聚乙烯亚胺(PEI) 环境友好湿强剂-聚羧酸类/戊二醛 壳聚糖类
造纸湿部化学与特种纸
孙中华
现代制浆造纸工程流程图
制浆造纸工序中--造纸湿部化学
1、制浆--纤维素分离：原料的选择→蒸煮分离纤维（ 碱溶出木素-黑液-碱回收）→洗涤→漂白（漂白剂继续 脱木素-漂白废水有危害（二恶英）-中段水处理排放部分回用）→洗涤筛选→浓缩自用（湿浆）或者抄成浆 板→贮存（销售）。 2、抄纸--纤维素加助剂再组装：散浆→除杂质→精浆 →打浆→添加各种助剂（湿部化学-纤维与助剂反应） →纸料的混合→纸料的流送→流浆箱（headbox or flowbox）→网部→压榨部→干燥部→表面施胶→干燥 →压光→卷曲成纸。
施胶剂
（一）施胶的目的 赋予纸页抗墨水、抗油、抗血、抗水和水汽浸 蚀的功能。 （二）施胶（sizing）定义：在纸料中纤维表面或 纸张表面均匀地附着表面自由能低的物质，赋予 纸页具有抗拒流体渗透性能的过程。 (三）施胶程度（施胶度） 分为重施胶、中度施胶、轻度施胶和不施胶。
施胶剂
（四）施胶分类 纸内施胶（浆内施胶） 纸面施胶（表面施胶） 双重施胶（浆内和表面均施胶） （五）施胶剂 松香胶类（松香胶、强化松香胶和分散松香胶等） 合成胶（中性施胶剂AKD等） 表面施胶剂（氧化淀粉、聚乙烯醇、苯丙类、羧甲 基纤维素等）
张强度、发脆。
降低各种助剂的使用效能。
填料
矿物填料: 属经济类填料，加填既可改善纸张 的性能，也可降低纸张的成本 特殊填料：属于技术填料，采用特殊填料加填
的主要目的不是降低成本，而是利用填料改善
纸张的某些性能 。
矿物填料
（1）白土（高岭土） （2）滑石粉 （3）碳酸钙：
研磨碳酸钙（grinding calcium carbonate，GCC ） 沉淀碳酸钙 (precipitated calcium carbonate, PCC)
干扰物的来源和类型
来自纸浆，如木素衍生物、半纤维素、脂肪 酸、胶粘剂、胶乳、淀粉等； 来自阴离子助剂，如淀粉、CMC、有机酸、 染料、杀菌剂等 来自填料分散剂，如聚磷酸盐、聚丙烯酸酯、 杀菌剂等 来自清水，如腐殖酸、表面活性剂、杀菌剂 等。 但大部分有害干扰物来自纸浆悬浮液 。

干扰物的处理
特殊填料
包括结构合成硅酸盐、二氧化钛、氢氧化 铝和一些有机颜料。
填料 高岭土填料 锻烧高岭土 光散射系数 cm2/g 1100-1200 2600-3000
研磨碳酸钙
沉淀碳酸钙 二氧化钛 漂白化学浆 机械浆
1400-1700
2200-2700 4500-6000 220-350 500-750
节约资源,减少浆耗,减少排水处理负荷 在高速抄造下，力争提高浆中微细组
分的留着，同时又要尽量强化纸机湿 部脱水
为解决以上问题必须使用助剂
为解决以上问题必须使用助剂!
造纸化学品分类
造 纸 化 学 品
ห้องสมุดไป่ตู้
制浆/ 脱墨化学品
过程化学品 功能化学品 涂布加工用化学品 水处理化学品
助留剂 助滤剂 过程助剂
加填对浆内施胶的影响
不论采用何种施胶剂和施胶方法，加填总 是降低施胶效果 。 原因：对施胶剂的吸附作用远大于纤维 （1）填料易流失 （2）大部分施胶剂要通过与纤维的反应固着 到纤维上才能产生施胶作用
造纸过程干扰物

干扰物有时指“阴离子杂质”或“阳离子电 荷需求量”。它是由一些胶体和可溶物组成 （DCS-dissolved and colloidal substances)。
其它助剂

纤维分散剂 柔软剂 抗静电剂 消泡剂 防腐剂 阻燃剂 防水剂 特殊助剂
表面施胶剂
赫克力士、巴斯夫、依卡等
造纸纤维和细小纤维的基本特 性及其对湿部化学的重要性
许多不同种类的纤维已用于造纸，如矿物 纤维、动物纤维、合成纤维、植物纤维。 目前植物纤维是最重要的，其中木材纤维 的使用量最大。
A．纤维形态
(1)针叶木： (2)阔叶木：
纤维的超细结构: 一木纤维横断面的剖面，木纤维的细胞壁 包括许多不同的层：初生壁、S1、S2及S3 次生壁、纤维间的胞间层，纤维中间的空 洞是细胞腔。
湿部化学功能
一切你看不见，但你又确实看得到它们在影响着纸的质量及纸机 的运行性能。

纸性
Structural – formation 结构—成形 Mechanical – strength 机械—强度 Appearance – optical 外观—光学 Barrier & Resistance – sizing 抗液体渗透—施胶 Permanence – stability 形稳性（尺寸稳定性）
机械法制浆Mechanical pulp 化学制浆Chemical pulp 化学机械法制浆（半化学浆）Mechanical and chemical pulp：纯度和强度比机械浆要高，而浆得率又高于化学纸浆！
细小纤维
定义：纸料组分中能通过200目（或相当 于直径76m的小孔）筛的可被光学显微 镜看到的所有粒子 (fines)。