湿部化学docx

1．使用湿部化学助剂的目的：提高纸机的生产效率，改善纸机的运转性能获得纸张的各种特殊性能。化学助剂分类：（1）过程助剂：用于提高纸机生产效率，提高经济效益，比如：助留剂、助滤剂、树脂障碍控制剂、消泡剂等。（2）功能助剂：满足用户的特殊需求。比如：施胶剂、干强剂、湿强剂、柔软剂、增白剂2．制备方法对纤维表面特性的影响化学法制浆利用各种化学药剂，在特定的条件下将植物纤维原料中位于细胞间和细胞内的大部分木素溶出，使原料的纤维细胞彼此分离成浆。化学浆纤维的胞间层已经溶掉，经过漂白的纸浆纤维的初生壁也已经被破坏。再经过适当的打浆处理，纤维细胞壁的初生壁和次生壁也被破坏。机械浆利用机械方法磨解纤维原料制成的纸浆，机械浆纤维的化学组分变化很小，但浆中除长纤维外还有大量的细小纤维和碎片，一般纤维的损伤较大。化学机械法制浆包括化学预处理和机械后处理两个阶段，化学机械浆比机械浆有更多的柔软长纤维组分且纤维表面的细纤维化程度更高。3．纤维表面的电荷来源纤维素纤维表面带负电荷主要来自制浆和漂白过程中引入的酸性基团的电离。这些酸性基团主要是羧基，有时还有木素磺酸基。木素磺酸基是强酸基团，在水中会完全电离释放出溶剂化的质子，使纤维表面带负电荷。4．细小纤维的比表面积与表面电荷细小纤维尺寸小，比纤维具有更大的比表面积，木材造纸纤维中细小纤维的比表面积是纤维的5～8倍。由于比表面积影响到对助剂的吸附，而助剂只有被吸附才能起作用，所以细小纤维的比表面积是决定其化学行为的最重要的因素。细小纤维在湿部的留着则是各种助剂充分发挥其作用的重要一环。所有的纤维性细小纤维悬浮于水介质中时都趋于带有表面负电荷，这些负电荷也主要来自于表面羧基的电离。5．细小纤维对纸机湿部运转性能的影响细小纤维比表面积大且结晶程度低，也比纤维易吸水润涨，其保水值比纤维高，加上其表面积大，细小纤维可明显降低纸料的滤水性能，进而降低纸机车速和产量。细小纤维比表面积大，所带负电荷较高，在纸浆体系中比粗大纤维更容易保持分散状态，其留着性能比粗大纤维差。细小纤维留着率低使大量的细小纤维进入纸机白水，并随白水在体系中循环和积累，从而影响到纸机的清洁程度和运转性能。6．细小纤维对纸机清洁程度的影响：体系中的细小纤维含量高，可产生细小纤维和其携带物质的沉淀。细小纤维吸附施胶剂等也可能促使产生沉淀问题。细小纤维可稳定泡沫，从而干扰纸机的运转并影响纸页质量。7．细小纤维对纸页性质的影响细小纤维对纸页性质的直接影响一般纸浆的二次纤维均有助于提高纸页的纤维间的结合强度。细小纤维因其比表面积大、单位质量的粒子数量多，可增加纸页的光散射系数，提高纸页的光学性质。助剂的选择性吸附对纸页性质的影响细小纤维组分具有很大的比表面积和表面电荷，对助剂的吸附作用远大于粗大纤维，因此纸料中占比例较小的细小纤维吸附了大量的助剂。助剂在纸料细小纤维组分上的选择性吸附对纸页性质影响：①细小纤维携带大部分吸附的助剂，因此细小纤维的留着在很大程度上决定了助剂结合到纸页中的量，实际上也就决定了某一助剂对纸页性质的影响程度。②细小纤维在Z向的分布决定了纸页的两面性，提高了细小纤维留着率不仅可以提高湿部助剂的使用效率，还可改善纸页的两面性。③湿部的某些助剂需要留着到长纤维组分上才更有效，细小纤维组分对这些助剂的吸附直接降低了其作用效果。8．阴离子干扰物对抄纸的影响(1)其高阴电性使纸浆的阳电荷需要量非常高，加入阳离子助剂，阴离子干扰物首先与这些聚合物发生电中和反应，消耗大量的阳离子助剂，降低阳离子助剂的使用效果。(2)其高阴电性会影响纸浆中细小纤维的聚集性能，从而影响纸浆的留着和滤水。9．电荷中和纸料粒子被吸附在表面的反离子双电层包围，双电层包括相对不动的吸附层和可相对滑移的扩散层。电荷中和引起的粒子间聚集是一种凝聚现象，这种聚集所形成的聚集体在水力或机械剪切作用下很容易破坏.剪切作用一旦撤消，很快引起重聚，并可重聚到原来的程度，这种聚集方式具有完全的可逆性。10．电荷补丁模型低至中等分子量、高点荷密度的阳离子聚电解质与带有负电荷的纸料颗粒混合时，聚合物分子完全进入紧密层，吸附在颗粒表面，使该处的表面电荷完全被中和，并进一步转化成阳离子型，形成阳电荷补丁，而颗粒的其余部分仍带有负电荷。在颗粒的碰撞过程中，一个颗粒的阳电荷补丁部分可与另一个颗粒的非补丁部分靠静电吸引力相互吸引，从而引起颗粒的聚集。11．桥联絮聚高分子量、低电荷密度的阳离子聚合电解质聚合物分子在水溶液中以较为卷曲的、多链圈链尾的形式存在。当与带负电荷的纸料混合时，这些聚合物直接以链圈、链尾的形式吸附到带负电的纸料颗粒表面。吸附的聚合物链圈、链尾可直接穿过颗粒表面的双电层向外伸入液相中，当纸料颗粒间发生碰撞时，这些链圈、链尾就可以直接吸附在另一带负电荷的纸料颗粒表面，而引起絮聚。桥联絮聚是一种絮聚作用，聚合物的分子量不能太高也不能太低。桥联絮聚实际上是不可逆的。12．空间与空位稳定作用带有负电荷的纸料悬浮体可利用非离子聚合物对纸料颗粒产生空间或空位稳定作用保持其相对稳定性。如果非离子型长链聚合物吸附到纸料颗粒表面，并在表面形成一层溶剂化的链圈与链尾，链圈与链尾又可伸出双电层。当两粒子碰撞时，表面溶剂化的链圈、链尾可相互抵触，防止粒子间的进一步接触，使颗粒达不到絮聚所需要的分子间引力，从而起到防止粒子聚集的作用。这种稳定作用称为聚合物的空间稳定作用。13．气体和液体的界面作用——泡沫的产生和消泡剂不溶性气体分散剂在液体或熔融固体中所形成的分散体系成为泡沫。消泡方法：（1）机械法如利用高压喷水在敞开式流浆箱内进行消泡；大型生产中，在漩涡除渣器后配除气装置也可消泡。（2）化学法使用消泡剂防止泡沫形成并消除已形成的泡沫。消泡剂作用：降低液膜的局部表面张力；降低液膜的表面黏度；液膜失去弹性和修复能力。14．施胶就是使纸张获得抗拒各种液体渗透的性能。15．纸料中电荷的来源与性质表面电荷（组分是分散的颗粒）；溶解电荷（组分是溶解的分子）纸料表面电荷1.造纸纤维和细小纤维表面电荷纤维和细小纤维带有负电荷，来源于其极性基团的电离。极性基团中只有羧基能在中性或弱酸性条件下电离。对于原木和未经化学处理的机械浆，羧基是其纤维表面能够产生电荷的唯一功能基。2.矿物颜料和填料的表面电荷矿物颜料和填料表面一般带有正电荷。溶解电荷纸浆中可溶性带电荷物质：制浆和漂白过程中产生的木素衍生物、半纤维素、脂肪酸及填料的分散剂、染料等。溶解的木素、溶解的半纤维素和其他多糖所带有的基团电离产生负电荷；来自填料的阴离子分散剂也产生负电荷；直接燃料和酸性染料带有强酸性阴离子基团电离产生负电荷。16．造纸用填料与色料化学造纸填料加入量可占纸料组分的20%～40%。加填的目的：是降低纸张生产成本，且纸张的许多性质需要加填才能达到，加填成为纸张生产过程中必不可少的工艺过程。加填对纸张性质的有利影响：填料的粒度远小于纤维，纸张加入填料后，通过加填纸页中纤维间的空隙，可提高纸页的匀度和表面平滑度。加填是控制纸张光学性质的主要手段。填料的白度和折射率一般较纤维高，且填料粒度小，比表面积大，加填可提高纸张的不透明度和白度。纤维易于吸水润涨，加填后可提高纸张的尺寸稳定性，减少纸张的吸水变形。通过加填还可调整纸张对油墨的吸收性，增加纸张的适印性等。加填对纸张性能不利影响：加填会减少纤维间的结合，造纸纸的强度下降。加填后印刷时易掉毛掉粉，会增加对纸机的磨蚀。17．填料分类（根据填料的来源和使用目的）矿物填料（高岭土、滑石粉、碳酸钙、）特殊填料，结构高岭土、合成硅酸盐、二氧化钛、氢氧化铝和一些有机颜料辅助填料。不是降低成本；改善纸张的某些性能18．加填对纸张性质影响纸张强度下降降低施胶效果造成两面差，容易掉粉提高光学性能提高平滑度19.加填对纸机湿部运转性能的影响填料的粒度小于纤维，易进入纸机白水中，加填后导致纸机白水浓度提高，填料（滑石粉）对泡沫具有稳定作用，从而加重泡沫问题。可利用助留助滤剂提高填料的留着率。大部分填料在水中具有一定溶解度，因此加填会引起纸机白水中可溶盐浓度、pH值变化，加速系统结垢和沉积。填料易吸附树脂，可减少树脂障碍问题。使用填料可提高纸料滤水性能20.机械截留作用：抄纸网对纤维的截留作用和在纸机网部形成的纤维交织层对细小组分的截留作用。21.胶体聚集作用：胶体聚集是细小组分留着的主要机理，包括细小组分间的聚集和细小组分与纤维间的聚集。22.纸料留着率定义：留在纸幅中的物料量与生产加入的物料的百分比。在纸料留着率的控制中，更多的是控制纸料总留着率和纸料单程留着率、细小纤维单程留着率及灰分或填料单程留着率。纸料总留着率：进入卷纸机处的纸页所含物料量与送到纸机湿部的物料量的比率。（对于白水循环和损纸被充分利用的纸机一般为95%以上，一般纸机应在90%~95%）纸料单程留着率（首程留着率）：离开伏辊的湿纸页所含物料量与离开流浆箱的物料量的比率。（一般为20%~90%）23纸料的基本絮聚机理电中和机理：纸料粒子表面带有负电荷，其间相互排斥，但当粒子表面电荷被助留剂完全中和时，则粒子间的静电斥力消失，转而以范德华吸引力为主，从而引起纸料的絮聚。补丁模型：以分子量10~100万的阳离子聚合物为助留剂时，该助留剂将以平伏构象不均匀地分布在纸料表面，形成带有正电荷的补丁，不同粒子间通过电荷相反部位间的静电作用而引起纸料絮聚。桥联机理：高分子量、低电荷密度的助留剂（阳离子聚丙烯酰胺）以链圈链尾形式吸附在纸料颗粒表面，链圈链尾可伸出颗粒双电层之外，吸附到另一颗粒表面，在颗粒间架桥而形成大的絮聚体。24双聚合物助留机理补丁-桥联机理先加入到纸料中的中低分子量、高电荷密度的阳离子聚合物首先吸附在纸料组分表面，中和其表面负电荷，形成阳电荷补丁；随后加入的高分子量的阴离子聚合物在不同颗粒的阳电荷补丁之间桥联，引起纸料组分的絮聚桥联-微絮聚机理线性或略带分支的高分子量、低电荷密度的阳离子絮聚剂首先加入纸料中，引起纸料的大规模絮聚；絮聚的纸料经历机械剪切作用后，破碎成小絮块；最后在纸料上网之前加入可溶性的带有分支的阴离子聚合物，重新将小絮块联接起来，形成小而致密的絮聚体；在改善纸料留着率的同时，也改善了纸料的滤水性能和成纸匀度。阴阳离子复合物的桥联助留机理预先将特定的阴离子聚合物和阳离子聚合物混合，形成庞大的阴阳离子复合物，再加到纸料中，阴阳离子复合物在纸料颗粒间产生强烈的架桥作用，引起纸料的絮聚而提高纸料留着率。25.影响纸料絮聚的因素纸料的絮聚不但与助留体系有关，还受纸料性质和纸张抄造条件的影响。一、电解质浓度无机电解质和分子量很低的有机离子通过电荷屏蔽作用影响电解质的分子构象和纸料组分的表面电荷，从而影响到聚电解质对纸料组分的吸附能力和絮聚能力。纸机白水中的电解质浓度越高，对聚合物和纸料组分的电荷屏蔽作用越大，聚合物分子由于带电基团之间的斥力相应降低而在纸料体系中的卷曲程度提高，使聚合物对纸料组分的吸附能力和在纸料组分间的桥联能力降低，导致纸料的絮聚能力降低。如何改善絮聚效果：可通过增加聚合物的电荷密度来改善聚合物的构象与纸料组分的静电吸附力，从而改善纸料的絮聚性能。对于纸料的絮聚能力，低电荷密度的聚合物比高电荷密度的聚合物更易受电解质的影响。二、阴离子干扰物阴离子干扰物：溶解的聚合物、胶体的阴离子物质。可与阳离子助留剂形成聚电解质复合物，从而降低所加入阳离子聚合物的电荷效应，不利于助留剂对纸料组分的吸附。如何减少阴离子干扰物的不利影响：利用低分子量、高电荷密度的阳离子聚合物预先处理浆料，使之与阴离子干扰物形成复合物而避免与阳离子助留剂的反应。常用的电荷中和剂：聚胺、聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚合氯化铝。聚合氯化铝优先与阴离子干扰物反应，而有机电荷中和剂优先中和细小纤维的电荷。电荷中和剂选择：降低可溶和胶体干扰物的阳电荷需要量，应使用聚合氯化铝；降低纤维和细小纤维的固体表面电荷，则应选择有机电荷中和剂。三、细小组分细小组分的比表面积大，其含量增加，纸料颗粒的总表面积相应增加，吸附于纸料上的助留剂要达到最佳絮聚时的覆盖率，助留剂用量也