造纸湿部化学与造纸助剂第二章 造纸湿部化学

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颗粒表面电荷相反的离子之间，
一般会通过静电吸引和范德华力紧 密结合在一起，在该区域内电位很 快下降。流体动力滑移面一般存在 于紧密结合的相反离子和紧临表面 的不动层溶剂分子与溶液其余部分 之间。无秩序体系为扩散层，也称 为“古伊—查普曼”区域，在此区 域内电位的下降速度比不动层电位 下降速度小，电位下降到溶液内部 深处，其电位变为“0”。在不动层 (stern)和古伊－查普曼的分界界 面的电位称为Zeta电位，也称双 电层电位。
古伊－查普曼界面
不动层（stern层） 扩散层(古伊－ 查普曼区域)
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➢ 双电层的重要性 疏水悬浮体系的稳定性依赖于悬浮颗粒间的排斥力和吸 引力的相对大小，以及可能发生的颗粒间的碰撞。 相同化学组成的粒子之间总存在有范德华吸引力；如果 胶粒带有相同电荷时，由于双电层的作用而产生静电排 斥力。相反电荷的双电层则会产生吸引，所以稳定作用 和不稳定作用力受吸附聚合电解质的影响。
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二、胶体稳定性理论 胶体的稳定性就是胶体系统对于条件变化的抵抗力，即 胶体系统从一种状态（如分散状态）变为另一种状态（如 凝胶状态）的难易程度。 DLVO理论（经典）：认为胶体之间存在着相互吸引力， 即范德华力；也存在着互相排斥力，即双电层重叠时的静 电排斥力。这两种相反的作用力就决定了溶胶的稳定性。 当粒子间的吸引力占主导时，溶胶发生聚沉；当静电排斥 占优势，且能阻止粒子因碰撞而聚沉时，溶胶处于稳定状 态。该理论定量地解释了溶胶地凝聚现象。
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➢ 胶体的稳定性与凝聚
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2.3造纸主要组分的湿部化学特性 （1）水－造纸过程中最基本的介质
羧基在水中的离子化：纤维羧基可离子化，影响纤维的 表面电荷，因而对湿部化学非常重要。湿部系统pH影响羧 基的电离平衡，pH增加[COO－]增加而[COOH]减少，系 统pH降低则结果相反。 水的电导率：电导率是空间相距1cm物质的导电能力。 电导率是电阻率的倒数，单位S/m（西门子/米）。 在造纸湿部化学测量中，常用单位为uS（微西门子） /cm或mS（毫西门子）/cm.
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➢ 阔叶木：阔叶木纤维比针叶木纤维短(1～2mm)，但仍 有很强的水中絮凝倾向，其直径也接近胶体粒径大小 (10～40um)，阔叶木含有很高比例的非纤维成分，这对 造纸过程和纸的性能产生许多不利影响。
纤维化学 ➢ 化学组成：纤维和细小纤维的许多造纸化学性能取决于
它们的化学组成，木浆纤维含有纤维素、半纤维素、木 素和有机溶剂抽提物，各物质在木材中的相对含量为40 ％～50％纤维素，20％～30％半纤维素，20％～30％ 木素，1％～10％的抽提物。
第二章 造纸湿部化学
2.1基本概念
➢ 造纸湿部：造纸生产中从纸浆流送到形成湿纸幅的部湿部化学：论述造纸湿部系统中各种组分（纤维、细 小纤维、水、填料、化学助剂等）在纸机网部滤水、留着、 成形以及白水循环过程中的相互作用及其规律，研究上述 因素对纸机运行和纸产品质量的影响机理。
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2.2 造纸湿部化学基础理论
一、扩散双电层理论 表面电荷产生的原因：
➢ 极性基团的电离； ➢ 吸附离子的作用； ➢ 晶格内部缺陷； ➢ 构成晶格的离子产生部分电离。
粒子表面带电后，必然吸附等电量的反号粒子在其周 围，在紧靠带电固体表面处形成了特殊的一层表面层双电层。
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以植物纤维为例： 在造纸湿部体系中，纤维表面电荷由纤维表面可电离 基团（羧基和磺酸盐）电离以及半纤维素、溶解木素、 助留剂和阳离子淀粉等物质分子在其表面上吸附产生。 带电纤维粒子表面，必然要吸引等电量的反号粒子在 它周围。在紧靠纤维表面处形成了特殊的一层表面层— —双电层。
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三种木材的化学组成（％，质量分数）
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➢ 纤维素：木纤维的主要结构组成成分，纤维素分子链 很长，一根纤维大约由l0000个葡萄糖单元组成，纤 维表面的纤维素链含有羟基，羟基不仅参与纸中纤维 间结合，而且也强烈地与水反应（表面羟基和内部纤 维壁羟基），对纤维的润胀很重要。
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水的硬度：描述水中溶解的离子及其影响程度的参数， 反映了水的含盐特性，其值为水中钙、镁、铁、铝、锰、 锶等溶解盐类的总量，用mmol/L表示。 （2）造纸纤维 用于造纸纤维包括矿物的、动物的、合成的以及植物纤 维，但植物纤维是最重要的，木纤维最为有用，在美国， 针叶木和阔叶木的应用比例大约为2：1。 纤维形态 ➢ 针叶木：主要特征是纤维长约3~7mm，当悬浮在水中时 引 起 絮 凝 ， 纤 维 宽 度 或 直 径 为 20 ～ 50um ， 壁 厚 为 3 ～ 7um，纤维直径大约在类胶体粒径的范围内，具有相对 高的表面而积。
电导率/mS·cm-1 1.7 8.2 16.0 30.2 57.3 105 179
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其换算式为：1 mS/cm＝1000 uS/cm。 造纸厂水电导率变化很大，小于1000 uS/cm－非常洁净 湿部系统，2000 uS/cm比较洁净系统，高度封闭循环的 系统电导率可超过10000 uS/cm。 影响系统电导率的因素： ✓ 过程流线中的腐蚀性物质； ✓ 来自制浆和漂白工段的携带物（非过程物质）； ✓ 白水封闭系统产生的溶解物质。
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造纸湿部系统含有各种各样可导电的可溶性物质，大多 数为无机盐。但由于白水中的杂质较多，直接测量溶解盐 误差较大，一般测量白水电导率。
通过测定可判断白水中无机、有机可溶离子的含量。通 常可溶性盐的浓度与其电导率的关系是线性的。
NaCl溶液浓度与电导率的关系
浓度/%
0.10 0.50 1.00 2.00 4.00 8.00 16.0
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➢ 胶体和胶体系统：处于分散状态的特殊物质，或指该物质 的分散状态。由这些分散状态物质组成的系统称为胶体系 统。粒径1~100nm（也有1~1000nm）范围属胶体颗粒 （至少有一维尺寸）。胶体粒子具有较高的比表面积和表 面电荷，其分散状态是处于粗大分散状态（悬浮液）和分 子分散状态（真溶液）之间的一种分散状态。 类胶体：当粒子分散度超过1um时，也具有胶体性质。 胶体是物质存在的一种特殊状态，不是一种特殊物质。以 分散相颗粒有一定大小为特征，胶体体系是两相或多相不 均匀分散体系。 造纸湿部化学研究对象就是以浆料纤维、细小纤维、填 料和化学助剂等组成的胶体系统。