造纸湿部化学课件

1造纸湿部化学2目录第一章概论一、湿部化学的研究内容二、湿部助剂的分类三、湿部化学与纸张性能和纸机运转性能的关系四、湿部化学的发展趋势第二章纸料各组分的湿部化学特性第一节水一、水的结构与氢键的形成二、界面水三、水的电离与溶液pH值四、酸度和碱度五、水的电导率六、水的硬度第二节造纸纤维一、植物纤维形态二、纤维的化学成分三、植物纤维细胞壁的结构四、制备方法对纤维表面特性的影响五、纤维与水的作用六、纤维表面电荷来源第三节细小纤维一、细小纤维的定义与分类二、细小纤维的结构形态三、细小纤维的化学特性四、细小纤维的比表面积与表面电荷五、细小纤维对纸机湿部运转性能的影响六、细小纤维对纸页性能的影响第四节干扰物质一、干扰物的来源和类型二、阴离子干扰物对抄纸的影响三、解决阴离子干扰物问题的途径第三章纸料组分的胶体化学第一节造纸配料组分及其相互间的作用一、造纸配料组分二、造纸配料组分的大小与数量三、造纸配料组分间的相互作用第二节造纸湿部胶体特性一、湿部中的疏水胶体分散体系二、湿部的高分子溶液三、聚合物在纸浆纤维上的吸附作用四、阳离子聚电解质在纸浆纤维上吸附时的动态变化第三节纸料悬浮体的聚集方式3一、电荷中和二、电荷补丁模型三、桥联絮聚四、空间与空位稳定作用第四章造纸表面物理化学第一节造纸中的表面现象一、气体和液体的界面作用——泡沫的产生与消泡剂二、表面活性剂对固体表面的改性——抄纸网和毛毯的保洁三、胶束的应用——毛毯清洗四、降低纤维间的结合力——柔软剂五、提高纸张表面导电性——抗静电作用第二节施胶剂的乳化一、表面活性剂性质与乳状液类型二、乳状液的稳定性三、利用固体颗粒制备和稳定乳状液四、施胶剂的乳化第三节施胶作用一、液体与固体表面间的相互作用——施胶作用的实质二、固体表面的改性——施胶剂特征与其在纤维表面的铺展第五章湿部电荷及测定第一节聚电解质一、聚电解质的特征参数二、阴阳离子聚电解质间的复合作用第二节纸料中电荷的来源与性质一、纸料表面电荷二、溶解电荷第三节纸料Zeta电位的测定一、微电泳法二、流动电势法三、AC流动电流测定法第四节纸料溶解电荷的测定一、胶体滴定原理二、与胶体滴定相关的术语三、阳电荷需要量和阴电荷需要量的测定四、电荷滴定——以流动电流测定仪判断滴定终点第六章造纸用填料与色料化学第一节造纸用填料一、填料的性质二、填料的类型三、加填对纸张性质的影响四、加填对纸机湿部运转性能的影响第二节造纸色料一、光和色的关系二、染料的种类和特性4三、荧光增白剂四、影响染色的因素第七章纸料的絮聚与助留助滤化学第一节纸料组分的留着方式一、机械截留作用二、胶体聚集作用三、纸料留着率四、实验室中纸料留着率的测定第二节纸料的基本絮聚机理一、电中和机理二、补丁模型三、桥联机理第三节双聚合物助留机理一、补丁—桥联机理二、桥联—微絮聚机理三、阴阳离子复合物的桥联助留机理第四节阴离子微粒助留机理一、胶体二氧化硅类微粒助留体系二、蒙脱石类微粒助留体系三、氢氧化铝类微粒助留体系四、有机微聚物助留体系第五节阳离子微粒助留体系一、阳离子有机微粒二、阳离子无机微粒第六节聚氧化乙烯类助留体系一、PEO单组分助留体系二、PEO/CF双组分助留体系三、PEO/酚型微粒助留体系第七节影响纸料絮聚的因素一、电解质浓度二、阴离子干扰物三、细小组分四、剪切作用第八节纸料的絮聚与助滤一、纸料中水的存在形式和在纸机上的脱除方式二、纸料的絮聚对成形区的助滤作用三、纸料的絮聚对真空区的助滤作用四、纸料絮聚对压榨区的助滤作用第九节实验室中纸料滤水性能的测定一、加拿大标准游离度仪二、肖式打浆度仪三、动态滤水分析仪四、移动带式滤水测定仪第八章施胶剂与施胶化学5第一节松香类施胶剂一、松香二、皂型松香胶三、阴离子分散松香胶四、阳离子分散松香胶五、松香施胶纸表面分析第二节石油树脂施胶剂一、皂化石油树脂施胶剂二、分散石油树脂施胶剂第三节合成施胶剂一、烷基烯酮二聚体（AKD）二、烯基琥珀酸酐（ASA）三、自定型中性施胶剂第九章纸张强度与增强剂第一节纸张结构和强度的形成第二节干增强剂一、干增强剂的分类及主要品种二、干增强剂的作用机理三、淀粉类干增强剂四、合成类干增强剂五、壳聚糖类干增强剂六、水溶性植物胶类干增强剂七、造纸增强剂使用效果的评价方法第三节湿增强剂一、湿强度和湿强纸二、湿强产生机理三、常用的湿增强剂四、环境友好湿强剂五、湿强废纸的处理第十章湿部化学过程控制第一节湿部化学控制模型一、湿部化学控制的综合模型二、湿部化学的多层控制模型三、湿部化学的分流控制模型第二节湿部化学控制参数一、实验室检测的湿部控制参数二、可在线检测的湿部控制参数三、液体与固体流量四、纸机操作参数第三节湿部化学控制系统一、湿部化学的多层控制二、湿部化学信息中心6第一章湿部化学概论1、什么是湿部化学造纸湿部化学是造纸工业专用的一个技术术语，主要论述造纸浆料中的各种组分如纤维、水、填料、各种化学助剂等在造纸机网部滤水、留着、成形以及在白水循环过程中的相互反应与作用的规律及其对纸机运转性能和产品质量的影响。大多数造纸化学家认为造纸湿部化学可定义为“造纸配料组分的胶体化学和表面化学”。2、湿部化学的研究内容纸料是以水为介质、纤维为主体的悬浮液，根据不同纸张的要求，纸料还可能含有填料、施胶剂、染料、各种助剂和由生产用水带入的电解质等，因此湿部化学研究中相当重要的内容是各种造纸化学品。湿部化学主要研究各种助剂与纸料各组分之间的相互作用及其对纸机运转性能和产品质量的影响。具体包括以下三个方面。2.1纸料各组分之间的相互作用造纸浆料各组分之间的主要反应如下：纤维、填料和细小纤维的聚集；溶解的聚合物分子在纤维、细小纤维和填料上的吸附；树脂和施胶剂分子的聚集；树脂和施胶剂分子在纤维、细小纤维和填料上的吸附；悬浮和溶解性的阴离子物质表面负电荷的中和；溶解性的无机盐和非溶解性的粒子化合物之间的平衡；组分中表面活性剂分子胶束的形成和应用；纤维、细小组分等对水的吸附作用2.2造纸湿部化学品及其作用机理造纸湿部化学品主要包括助留剂和助滤剂、干强剂和湿强剂、施胶剂、消泡剂和防泡剂、防腐剂、填料和色料等，研究它们在造纸湿部过程中的作用机理以及影响因素，更好的应用各种造纸化学品。2.3湿部化学参数的测量与控制研究湿部各组分和各种化学助剂的目的一是研究与开发更有效、负面影响更小的湿部助剂；二是合理调控湿部各组分之间的作用，以获得最理想的湿部状态，因此对湿部化学参数的测量与控制也属于湿部化学研究的范畴。3、湿部化学助剂的分类3.1根据用途来分：有施胶剂、助留剂、助滤剂、干强剂、湿强剂、柔软剂、电荷中和剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、杀菌剂等。3.2通常根据两个方面:(1)提高纸机的生产效率、改善纸机的运转性能；（2）获得纸张的各种特殊性能将助剂分为两类。过程助剂：如助留剂、助滤剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、杀菌剂等。添加过程助剂最重要的是保证纸机正常运转，提高纸机的生产率，提高经济效益。功能助剂：如施胶剂、干强剂、湿强剂、柔软剂、增白剂、染料等。添加这类助剂的目的是为了满足用户的特殊需要。4、湿部化学与纸张性能和运转性能的关系4.1湿部化学对纸张性能的影响结构性能：定量、匀度、两面差、平滑度和透气度机械性能：主要影响纤维间的结合强度，对纤维自身强度影响很小表观性能：纸页的颜色、不透明度、亮度、光泽度等7抗液体渗透性能；耐久性。4.2湿部化学与生产效率和运转性能的关系湿部化学对纸机运行性有正、反两方面的影响：一方面，湿部化学可用在增强滤水性，减少空气进入和消除泡沫，保持纸机清洁，以及保持白水中低的固体含量。另一方面，如果这些因素失去控制，相同的湿部化学现象会使纸机运转不正常，造成树脂沉积、泡沫和腐浆，并降低滤水性，使纸机不清洁，从而降低生产效率等，其主要表现在以下几个方面。纸料的滤水性能：所采用的助留助滤体系决定着纤维与细小纤维及细小纤维之间的絮聚体的结构，也就决定了纸料在纸机上的滤水性能。沉积物和结垢：沉积物和结构通常是由湿部化学失控引起的，如添加剂过量、电荷不平衡、化学品不匹配等会导致胶体絮聚、树脂沉积，结垢等。泡沫和夹杂的空气：表面活性物质及机械力的存在，导致泡沫的产生，引起纸料滤水性下降，腐浆增加等。了解泡沫产生的根源，并找出解决的办法。5、造纸湿部化学的发展趋势5.1酸性抄纸向碱性抄纸转换及引起的湿部助剂的变化5.2用湿部化学解决二次纤维（废纸）使用中产生的问题5.3针对不同的纸浆开发各种专用湿部助剂5.4开发环保型的新型助剂，提高助剂的效率5.5开发高效助留助滤体系，改善纸张匀度5.6建立完善的湿部化学测量与控制系统5.1酸性抄纸向碱性抄纸转换及由此引起湿部助剂的变化5.2用湿部化学解决二次纤维（废纸）使用过程中产生的问题二次纤维由于产生角质化，难以润胀，并且在处理过程中会被脱墨化学品和其他物质和机械作用损伤，故强度差；同时，其脱除的杂质会增加沉积，形成树脂障碍，影响纸机的正常运行及产品质量。可以通过合理改善湿部化学条件二次纤维使用中出现的问题解决问题。5.3针对不同的纸浆开发各种专用湿部助剂针对不同纸浆的特点，如化学浆、高得率机械浆、脱墨浆等，开发专用的湿部化学助剂。例如，高得率机械浆中含大量的阴离子垃圾，严重降低阳离子助剂的使用效果，有针对性的开发阴离子垃圾捕捉剂、非离子型助留体系、带电荷中和剂的多元助留体系可有效的解决问题。5.4发展环保型的新型助剂，提高助剂的作用效率利用可再生资源，经改性或接枝共聚开发环保、高效的湿部助剂，并探讨其作用机理。如许多湿部助剂含有对人体健康和环境不利的成分，并且效率不高。5.5开发高效助留助滤体系，改善纸张匀度8为提高纸料滤水性能和留着率，开发具有抗剪切能力或重聚能力更强的微粒助留助滤体系。5.6建立完善的湿部化学测量与控制系统控制湿部参数，调整湿部化学至最佳状态；如湿部电荷和纸料留着率在线检测与控制装置已在好多纸机上应用，并提出好多湿部化学控制模型和控制方案。第二章纸料各组分的湿部化学特性•造纸配料包括纤维、细小纤维、功能助剂、过程助剂，应根据生产各种纸的需要按一定比例混合，同时各种配料都要悬浮在水中，在抄纸的各阶段中水直接起作用，即溶解添加剂、水合和润胀纤维，还提供所有造纸化学反应的介质环境。•配料中也含有各种其他“干扰物质”，干扰化学助剂的作用，这些物质会从浆厂和漂白厂随着废水和回用纸而带入，也可随生产用水带入。•本章主要介绍纤维、纤维细小纤维和阴离子垃圾干扰物的湿部化学特性。第一节造纸纤维特性及表面电荷来源•1、制浆方法对纤维表面特性的影响•制浆过程会以各种方式改变纤维的化学成分，这主要取决于处理方法。制浆就是通过化学、机械或两者兼有的方法去除或克服细胞间的粘结作用，使细胞彼此分离成纸浆的工艺过程。分离成浆的植物纤维还要根据成纸的要求进行漂白和打浆等化学和机械的进一步处理。这些处理过程都对纤维的表面性质具有重大影响。•1.1化学法制浆改变了纤维的化学组成，也就导致纤维细胞功能基的变化。在化学制浆和漂白过程中，木素和半纤维素的溶出及在打浆过程中纤维的细纤维化还改变了纤维内部对水的可及性。•1.2机械法制浆是利用机械方法磨解纤维原料成浆，机械浆纤维的化学组分变化很小。机械浆内部纤维细胞壁没有被破坏，而木素的亲水性较差，因此纤维的润胀性能不好，打浆只是进一步的纤维间分离，而不是化学浆普通意义上的打浆。•1.1化学法制浆改变了纤维的化学组成，也就导致纤维细胞功能基的变化。在化学制浆和漂白过程中，木素和半纤维素的溶出及在打浆过程中纤维的细纤维化还改变了纤维内部对水的可及性。•1.2机械法制浆是利用机械方法磨解纤维原料成浆，机械浆纤维的化学组分变化很小。机械浆内部纤维细胞壁没有被破坏，而木素的亲水性较差，因此纤维的润胀性能不好，打浆只是进一步的纤维间分离，而不是化学浆普通意义上的打浆。2.纤维与水的作用•纤维与水的作用程度主要取决于纤维的表面化学特性和纤维的结构形态。半纤维素由于含有支链，排列不整齐，结晶程度低，含有大量的游离羟基，且含有相对较多的葡萄糖醛酸基