造纸原理与工程2

第三章非纤维添加物质的应用P79第一节概述一、应用非纤维添加物质的发展和趋势P79二、非纤维添加物质的种类和作用分两大类：2、控制型添加物质①助留助滤剂②消泡剂③防腐杀菌剂④树脂控制剂⑤絮凝剂等1、功能型添加物质①施胶剂②填料或颜料③染料或有色颜料④增强剂⑤分散剂或柔软剂⑥光学改性剂⑦特殊添加剂等P80单段留着率=％质质量流浆箱纸料中该添加物量纸页中该添加物质的质100总留着率=％质量加入浆料中该添加物质纸页中该添加物质质量100影响单段留着的主要因素：抄造工艺：上网纸料浓度、车速、纸页厚度等抄造条件：网案振动、脱水元件性能、真空抽吸程度、成形网形式浆料表面性质等影响总留着的主要因素：是白水的循环使用三、单段留着率和总留着率、造纸过程中影响留着的主要因素P80（一）湿强度、湿纸强度和干纸强度的概念湿强度——干燥后的纸张再被水润湿完全饱和后所具有的强度湿纸强度——纸页抄造过程未经干燥的湿纸页的强度干纸强度——干燥后产品纸的强度（二）构成湿纸强度和干纸强度的基础、水桥结合和氢键结合构成湿纸和干纸强度的基础：纤维之间的摩擦力和结合力湿纸页中纤维之间的羟基是以水桥形式存在干纸页中纤维之间的羟基是以氢键形式存在四、湿强度、湿纸强度和干纸强度P81主要取决于纸页纤维之间的摩擦力，所以其因素：1、纤维形态和成分2、抄造过程3、填料加入量（四）影响干纸强度的因素主要是：纤维形态、纤维间的结合力、纸张中应力分布及添加物质等。而纤维间的结合力是决定性因素。（五）影响湿强度的因素湿强度是靠湿强剂或是在纤维表面形成交联网减少纤维吸水润胀，或是在纤维间产生不溶性胶黏作用，或是在纤维间产生共价结合而获得湿强度。所以，湿强剂的性质和用量是决定湿强度的主要因素。（三）影响湿纸强度的因素P82第二节内部施胶一、概述（一）施胶的目的、分类和方法1、目的：使纸或纸板具有抗拒液体扩散和渗透的能力2、施胶的分类和施胶度的测定：分类重施胶中等施胶轻施胶不施胶施胶度的测定方法墨水划线法表面吸收重量法表面吸收速度法浸没法等3、施胶的方法：内部施胶、表面施胶和双重施胶P82（二）施胶和施胶剂的发展和趋势1807年发明松香胶浆内施胶20世纪30年代出现高游离松香胶20世纪40年代出现强化松香胶20世纪50年代出现中性施胶概念——反应性合成胶料20世纪60年代采用阳离子聚合物替代硫酸铝沉淀剂20世纪70年代出现高分散体松香胶迅速发展合成胶料中性施胶我国施胶技术发展缓慢，至今虽仍以松香皂型胶为主，但中性施胶是施胶发展的主要方向。P83二、液体在纸页的扩散和渗透机理（一）纸页的组成及结构与液体在纸页上的扩散和渗透的关系纸张具有吸液性能原因：纤维的微细管、纸张的多孔性→液滴扩散、渗透所以，未施胶的纸张既不适宜书写，吸湿后强度下降又会影响纸张的使用。（二）接触角与表面润湿γSV=γSL+γLVcosθ纸面对液滴的附着力液滴的内聚力附着力内聚力：液滴扩散内聚力附着力：液滴呈珠状P84SV－SLcosθ＝——————LV理想润湿，浸透性极强易润湿和扩散，浸透性减弱有限润湿和扩散，无浸透趋势无浸透趋势，有收缩倾向为使表面不润湿，则应使SV－SL0,其方法有二：1、降低纸面对液滴的附着力√2、增加液滴本身的内聚力×可行方法即降低纸面的SV。P84（三）接触角与毛细管作用毛细管半径越小，接触角越大，渗透越困难。（四）施胶效应的最后完成P85三、施胶剂（一）选择施胶剂的原则（四条）（二）施胶剂的种类和性质种类：松香型和非松香型松香型施胶剂主要有：松香胶按制胶工艺不同分：褐色松香胶白色松香胶石蜡松香胶以松香皂为主，松香分散体为辅故称为皂型松香胶分散松香胶高游离度松香胶主要以松香分散体的形式存在乳液中，故称高分散体型松香胶非松香型施胶剂主要有：石蜡乳胶、硬脂酸钠、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、动物胶、干酪素、淀粉、合成树脂等。松香胶强化松香胶石蜡松香胶分散松香胶褐色松香胶白色松香胶高游离度松香胶P86四、松香胶施胶（一）松香胶种类及制备方法1、松香COOH松香酸分子式：C19H29COOH2、松香胶的制备方法将固体松香变成全部或部分能溶于水的皂化物或悬浮乳液。皂化反应：2C19H29COOH+Na2CO3→2C19H29COONa+H2O+CO2↑C19H29COOH+NaOH→C19H29COONa+H2OP86熬制松香胶时所需的用碱量计算式：)100(100012CAwPMMOw示例：设松香的皂化值为165mg（KOH），用纯度为90％的纯碱进行皂化，以制取含20％游离松香的白松香胶，所需纯碱量为：(%)8.13)20100(10009.01.5653165Aw3、褐色松香胶——全部松脂酸都被皂化成松脂酸钠，没有游离的松香酸存在，胶料呈褐色。4、白色松香胶（含20％～40％的游离松香）——部分松脂酸都被皂化，部分松脂酸则以微粒的形式均匀分散在已皂化的松脂酸钠溶液中，胶液呈乳白色。P885、石蜡松香胶——由松香与石蜡（为松香用量的10％～15％）混合熬胶并经乳化而成。6、强化松香胶——一种改性松香胶，常用马来松香胶。+COCOOHCOOHCCCHHOOCCOOO松香酸马来酸酐马来松香7、高分散松香胶——100％游离松香的高游离松香分散体。施胶效果比皂型胶强得多。关键是乳化剂：一种阴离子表面活性剂RO(CH2O)nSO3NaP90（二）松香胶施胶机理1、沉淀剂硫酸铝、明矾、三氯化铝等2、硫酸铝在水中的特性“配位学说”认为：在pH值4～5时，三价铝离子（Al3+）与六个水分子形成三价的水合铝离子AlAlOH2OH2OH2OH2OH2OH23+P913、松香胶沉淀物的形成“界面动电势学说”认为：沉淀剂先与松香胶料粒子起作用形成带正电荷的共沉淀物，再吸附到带负电荷的纤维表面上。为什么沉淀剂先与松香胶料粒子作用？原因：（1）胶料粒子为活性很强的高分子分散体（2）胶料的负电性比纤维低P914、松香胶沉淀物的吸附和定着理论解释：（1）早期的“游离松香学说”忽视了松香与硫酸铝的共沉淀物作用，也未能说明松香胶的定着问题。（2）中期的“铝离子、胶体氢氧化铝学说”解释了松香与硫酸铝的共沉淀物作用，仍未能说明松香胶的定着问题。（3）近代理论“配位学说”√P925、纸页干燥过程与施胶的关系施胶效应是在纸页干燥过程中完成的。P93（三）松香胶施胶过程和加入方法一般程序：先加胶料到浆中，再加溶解好的硫酸铝逆向施胶程序：硫酸铝→胶料条件：生产用水硬度很高或使用高分散松香胶时施胶时的浆浓：一般4%～6%施胶地点：一般胶料加入打浆后的浆池，沉淀剂加入调浆池或成浆池胶料加入量：一般0.5%～2.0%（见表1-3-1）沉淀剂加入量：一般为松香胶用量的2.5～3.5倍施胶控制条件：松香胶施胶主要控制pH值4～5（酸性施胶）P95（四）影响施胶效果的因素1、浆料性质：纤维表面暴露的－OH数目多，利于施胶；浆料中的化学组分（如半纤维素、木素含量）。2、胶料性质：根本问题是胶料颗粒的大小和稳定性。3、pH值：4～5，保证硫酸铝以[Al(H2O)6]3+形式存在。4、温度：20～25℃，注意夏季施胶困难问题。5、水中阳、阴离子：影响施胶效果钙、镁等阳离子会松香酸结合构成不溶性的盐；盐酸根、硫酸根等阴离子会优先与水合铝离子络合。6、加填料：随填料量的增加，施胶效果有明显下降。7、抄纸与干燥：适当回收白水有利，过多回收不利；网部脱水过快不利；干燥初期温度不易过高，升温不易过快。P97（一）中性施胶与碱性造纸的概念中性施胶——在pH值大于6的弱酸性，接近于中性或弱碱性条件下进行的施胶。碱性造纸——在接近于中性或弱碱性条件下所抄造的纸张。包括中性施胶，但不一定是指中性施胶。（二）中性施胶与碱性造纸的作用和效益与酸性施胶和酸性造纸相比的优点：（P98）减轻设备腐蚀，提高纸页强度、防止老化、延长纸页保存时间，可使用碳酸钙填料，改善纸张性能，白水pH值高，易于实现白水封闭循环，减少污染。适合于：抗酸、碱液性能的包装纸（如包装牛奶、果汁等）良好耐久性能的纸（如档案、钞票、地图等）需长期保存的纸（如档案、经文、图画纸等）（三）中性施胶的类型1、仍用松香胶，尽量少用硫酸铝或用其他沉淀剂2、反应性施胶剂五、中性施胶与碱性造纸P98（一）烷基烯酮二聚体（AKD）六、合成施胶剂的应用1、AKD不溶于水，需加分散剂和乳化剂（如阳离子淀粉）；2、AKD高温易水解，低温保存；3、第一烘缸就应提高温度，使水分尽快蒸发（与松香胶相反）4、AKD施胶作用在纸页干燥后尚未完成，卷取后存放24小时仅完成80％；5、最适宜的pH值：8.2，一般在上网前加入；6、用量：约0.1％～0.3％。AKD的施胶机理与纤维素形成共价键而固着在纤维上AKD的施胶过程AKD粒子在纤维表面吸附；AKD粒子在加热时固化并转向伸展；经过一段时效，AKD粒子定向排列，形成疏水表面。P99（二）烯基琥珀酐（ASA）R1CHCR2CHCOOCOCH2+CellOHCHCOOCellCH2COOHCR2R1CH1、ASA加乳化剂用量较多（为AKD的两倍）；2、ASA一般在弱碱性条件下使用；3、ASA更易水解，最好现场乳化使用；4、ASA对抗酸碱的侵蚀不如AKD；5、ASA熟化速度比AKD快；6、用量：约0.12％。P99（三）明矾－松香胶施胶与合成施胶剂施胶比较P100第三节加填一、加填的目的和作用（一）加填的目的1、改善纸页的光学性质和印刷适性2、满足纸张某些特殊性能的要求3、节省纤维原料、降低生产成本但是填料的加入会降低纸页的强度和施胶度（二）加填的作用（P100）二、评价填料质量的指标（性质优良的造纸填料特点）⑴折射率较高，散射系数较大，以提高不透明度；⑵白度高，无杂质，有光泽；⑶颗粒细腻而均匀，以增加覆盖能力；⑷相对密度大，不溶于水；⑸化学性质稳定，不易受酸碱作用；⑹资源丰富，便于加工，价格便宜。P101（一）填料的种类分为：天然填料：如滑石粉、白土、钛白粉、石膏等人造填料：如沉淀碳酸钙、硫酸钡、硅铝、硅钙等（二）常用填料和主要性质三、填料的种类和特性1、滑石粉（3MgO•4SiO2•H2O）密度2.6～2.8g/cm3，折射率1.57，粒度0.5～5μm白度90％～96.8％2、白土（高岭土或瓷土Al2O3•2SiO2•2H2O）密度2.6～2.8g/cm3，折射率1.56，粒度0.5～10μm白度80％～86％3、碳酸钙（CaCO3）——分天然和人造（沉淀）碳酸钙天然碳酸钙：密度2.2～2.7g/cm3，折射率1.58，粒度0.1～3μm，白度98％沉淀碳酸钙：密度2.2～2.95g/cm3，折射率1.56，粒度0.1～0.35μm，白度98％4、二氧化钛（TiO2）密度3.9～4.2g/cm3，折射率2.55～2.71，粒度0.15～0.3μm，白度86％～98％P102（一）填料的选择控制物理强度较高或重施胶的纸种：不加填原纸或某些特殊纸张：不加填一般纸张：加填一般纸种：添加较廉价的滑石粉、碳酸钙等低定量纸张：添加二氧化钛（二）填料液的制备为输送和添加方便，需将填料制成悬浮液包括搅拌、筛选杂质、储存和计量（三）填料的加入方法和加入地点方法：间歇式和连续式地点：一般在网前高位箱或流浆箱中四、填料的选择和使用P104（四）填料加入量纸种不同，加入量不同。少的在2％以下，高的达40％，多数纸种为10％～25％（五）填料的留着1、填料留着率如留着率的近似计算法（式1-3-5）％绝干纸料灰分含量绝干纸页灰分含量100tR2、填料留着机理（1）机械截留学说（2）胶体吸附学说（3）影响留着的因素（6点）P106第四节染色和调色一、染色和调色的目的和作用染色——生产色纸调色——提高纸张的白度二、色料的种类和性质（一）色料种类：分颜料和染料，目前对纸张的染色多用染料。染料分：天然染料和合成染料，常用合成染料。（二）几种常用合成染料的性质及染色操作1、碱性染料2、酸性染料3、直接染料4、荧光增白剂P108四、染色方法及影响染色的因素（一）染色方法1、浆内染色2、