造紙化學(xué)品-第五組

1、本組成員：李 強(qiáng) 陳思卉 吳瑞強(qiáng) 史軍濤 林貞翔 施宗楠 劉 寬 曹玉惠造紙化學(xué)品及其應(yīng)用Chemicals for papermaking1 造紙的步驟紙漿來(lái)源各類化學(xué)品的作用選取所需化學(xué)試劑造紙紙漿提取方法2在造紙工業(yè)中，造紙化學(xué)品的應(yīng)用對(duì)紙張的質(zhì)量和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用。它們能賦予紙張各種優(yōu)異的特殊性能（如抗水性、抗油性、濕強(qiáng)度、平滑性、印刷適性、柔軟性等），能使較差的纖維原料生產(chǎn)出更薄、更白、更牢的紙；它們使生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化、紙機(jī)運(yùn)行速度提高。 應(yīng)用造紙化學(xué)品的重要性3造紙化學(xué)品的種類和作用分為功能型添加物質(zhì)和控制型添加物質(zhì)兩大類。功能型添加物質(zhì)是作為紙中的一種成分，以改變紙張性質(zhì)

2、為目的。 施膠劑和定著劑是為取得防潮抗水性能； 填料或顏料是為了增加紙張不透明度、白度、勻整性以改善印刷適性； 染料或有色顏料是為了使紙張著色生產(chǎn)色紙； 增強(qiáng)劑是為了增加紙張的干強(qiáng)度或濕強(qiáng)度； 纖維分散劑或柔軟劑是為了改善紙張勻度或柔軟性； 光學(xué)改性劑是為了獲得某種光學(xué)性能； 特殊添加劑是為了使紙張獲得某一特殊性能。4造紙化學(xué)品的發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)的造紙化學(xué)品發(fā)展的主要特點(diǎn)是推廣應(yīng)用的領(lǐng)域及紙種進(jìn)一步擴(kuò)大，產(chǎn)品開(kāi)始出現(xiàn)系列化，新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)重視經(jīng)濟(jì)效益。各種新型的施膠劑、干(濕)增強(qiáng)劑、助留(濾)劑、殺菌劑、絮凝劑、消泡劑、涂布膠黏劑、柔軟劑、廢紙脫墨劑等投入生產(chǎn)，在紙廠得到了廣泛的應(yīng)用。

3、 5第一節(jié)內(nèi)部施膠一、施膠的目的、方法及發(fā)展情況（一）施膠的目的施膠的目的是使紙或紙板具有抗拒液體(特別是水和水溶液)擴(kuò)散和滲透的能力，以適宜于書寫或防潮抗?jié)?。（二）施膠方法紙內(nèi)施膠（漿內(nèi)施膠）紙面施膠（表面施膠）雙重施膠（漿內(nèi)和表面均施膠）6 二、施膠劑的選用原則選擇施膠劑時(shí)應(yīng)從施膠效果、經(jīng)濟(jì)效益、工藝可行性等方面考慮，選擇的主要原則是： (1)具有較低的表面自由能，液固接觸角較大。 (2)成膜性好，或易分散成微細(xì)顆粒，分散后的懸浮液穩(wěn)定性好，不易產(chǎn)生凝聚。 (3)施膠環(huán)境應(yīng)接近中性，不產(chǎn)生腐蝕作用。 (4)資源豐富，價(jià)格便宜。內(nèi)部施膠7 液體在紙頁(yè)表面的擴(kuò)散和滲透機(jī)理內(nèi)部施膠的目的在于改變

4、纖維的表面以便控制含水液體向紙內(nèi)的滲透。紙或紙板主要由纖維組成，纖維具有親水性。纖維本身有微細(xì)管，紙頁(yè)上又有許多孔隙，能起毛細(xì)管作用，這樣液滴便會(huì)在紙面上產(chǎn)生擴(kuò)散與滲透現(xiàn)象，使紙具有吸液性能。內(nèi)部施膠8內(nèi)部施膠 液滴在紙面上 三相交界面的受力狀況sv = sL + Lv cos9內(nèi)部施膠楊氏方程（T.Young Equation）sv = sL + Lv cossv 固、氣兩相間的比表面能；sL 固、液兩相間的比表面能；Lv 液、氣兩相間的比表面能； 液、固兩相間的接觸角。10 施膠理論Washburn 方程： 液體在毛細(xì)管中的上升速度R L浸透深度（cm）; t浸透時(shí)間(s)； 液體比表面能

5、自由能，（N/cm）； 液體粘度（Pa.s）； r毛細(xì)管半徑（cm）； 液、固兩相間接觸角（度）。內(nèi)部施膠11對(duì)于某一紙種及某一液體，毛細(xì)管長(zhǎng)度L，液體表面張力以及粘度可視為定值，因此液體在紙頁(yè)上的滲透速率R只與毛細(xì)管半徑r及紙面與液體兩相間接觸角有關(guān)。毛細(xì)管半徑越小，接觸角越大，則滲透越困難。 內(nèi)部施膠12接觸角理論 根據(jù)T.Young方程Washborn方程，增大液固間的接觸角均有利于紙頁(yè)阻抗液體的吸收。 因此，接觸角理論認(rèn)為，施膠的效果主要是由于松香膠微粒被吸附在紙頁(yè)的表面，改變了紙頁(yè)表面的性質(zhì)，即增大了液固間的接觸角，減少了紙面對(duì)液體的附著力。 施膠效果的產(chǎn)生 13松香膠施膠過(guò)程理論纖

6、維和松香粒子在水中均帶負(fù)電荷，相互不能接近。為了使松香膠粒子與纖維結(jié)合，必須消除這一障礙。由膠體電位（電泳淌度、Zeta電位）的研究證實(shí)，在pH46范圍內(nèi)，松香膠加入硫酸鋁液后，所生成的沉淀物具有正電性，這一現(xiàn)象與施膠過(guò)程有重要的關(guān)系。14 （一）松香膠體系1、松香 松香是由稱為樹(shù)脂酸的一系列三環(huán)酸所組成，是一種復(fù)雜的混合體，松香酸是該系列的主要成分，其分子式為C19H29COOH，分子量302.04。 松香是一種棕色透明的水不溶固體，其顏色從很淺的琥珀色到深紅褐色不等。第二節(jié)紙內(nèi)施膠15松香酸和海松酸化學(xué)結(jié)構(gòu)式紙內(nèi)施膠16蒸煮過(guò)松香的結(jié)構(gòu)特性程松香的化學(xué)反應(yīng)主要是受酸性基團(tuán)（羧基）和共軛不飽

7、和雙鍵支配。因此，增加羧基含量和減少共軛不飽和值，均可增加松香膠與纖維素的親和性，減少氧化趨勢(shì)，從而提高其施膠效果。另一方面，樹(shù)脂酸中大分子量的碳?xì)浠衔镉帜苡行У馗綦x兩性分子中小分子量的極性羧基，松香分子經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)亩ㄏ蚺帕泻螅梢詷?gòu)成有效的疏水表面。17松香的質(zhì)量參數(shù) 酸值：中和1克松香所消耗的KOH的毫克數(shù)。酸值越大，表明松香中含松香酸量越高，松香純度越好。皂化值：指完全皂化1克松香所消耗的KOH毫克數(shù)。皂化值表示松香中包括松香酸在內(nèi)的樹(shù)脂酸和脂類的總含量。該值與酸值之差越大，說(shuō)明松香中含脂越高，松香純度越差。18松香膠的分類以游離松香含量劃分 褐色膠又稱中性膠。不含游離松香，即全部松脂酸

8、都被皂化，膠液呈中性或微堿性，顏色為暗褐色。 白色松香膠含有2040的游離松香。顏色呈乳白色，呈堿性。 高游離松香膠含有7080的游離松香。性質(zhì)不穩(wěn)定，易凝聚成大顆粒。19影響施膠的主要因素 pH值 控制在 45 之間，以求得到較多的六水鋁離子 20特點(diǎn)普通松香膠均為皂型松香膠。而高分散松香膠是100 游離松香的高游離松香分散體。少用或不用硫酸鋁作沉淀劑，可用在pH67的條件下施膠。施膠效果是普通松香膠的兩倍左右。分散松香膠21分散松香膠的施膠機(jī)理皂化松香膠 皂化松香乳液與礬土起“觸發(fā)反應(yīng)”，形成粗大的沉淀。反應(yīng)生成物主要為松香酸鋁和少量的游離松香。分散松香膠 微細(xì)游離松香與礬土起“延遲反應(yīng)”

9、，形成的松香酸鋁僅僅附在游離松香微粒的表面以絡(luò)合的形式存在。22分散松香膠的施膠機(jī)理皂化松香膠 與礬土形成粗大絮塊，在纖維上難以均勻分布。 熔點(diǎn)高，流動(dòng)性差，定向排列的轉(zhuǎn)向功能較差，因此接觸角只有58o 分散松香膠 與礬土反應(yīng)較慢，松香微粒呈相互分離的小球，易于在紙頁(yè)上均勻分布。且膠膜穩(wěn)定性好。 熔點(diǎn)較低，易于流動(dòng)，定向排列功能好，接觸角可達(dá)90o23第三節(jié)合成施膠劑常用的是AKD和ASA，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由能與纖維素反應(yīng)的活性基團(tuán)和疏水基團(tuán)構(gòu)成；反應(yīng)基團(tuán)能與纖維素反應(yīng)生成酮酯，而擁有的長(zhǎng)碳鏈具有憎液性官能團(tuán)，從而起施膠作用24合成施膠劑 AKD的使用AKD不溶于水，制膠時(shí)需加入分散劑和乳化劑（如

10、陽(yáng)離子淀粉）。AKD適用于在pH值為8.2的條件下使用。AKD在水中不穩(wěn)定，容易水解失效。為了減少AKD發(fā)生水解，其加入點(diǎn)應(yīng)靠近紙機(jī)上網(wǎng)處。AKD在65.5以上時(shí)極易水解生成酮而喪失施膠效果，因此膠液應(yīng)保持在較低的溫度下。施膠中可使用陽(yáng)離子型的助留劑。25的施膠機(jī)理ADK26的施膠特點(diǎn)AKD是一種纖維素反應(yīng)型施膠劑，它既能作為漿內(nèi)施膠劑，也能作為表面施膠劑。AKD的熔點(diǎn)較低，在紙機(jī)干燥部的高溫條件下很容易與纖維反應(yīng)，形成酮基酯衍生物，并定位在纖維上，疏水端面向纖維的表面形成疏水層，具有優(yōu)異的防水性，是一種高效施膠劑。AKD的施膠作用在紙頁(yè)干燥以后尚未完成，卷取后存放24小時(shí)僅完成80，若干天后

11、施膠反應(yīng)還在繼續(xù)進(jìn)行。AKD27烯基琥珀酸酐性質(zhì)：ASA是一種同分異構(gòu)體化合物的液體混合物，帶黃色的油狀產(chǎn)品，不溶于水。乳液在數(shù)小時(shí)內(nèi)便會(huì)失去活性，使用之前必須在紙廠現(xiàn)場(chǎng)乳化使用：ASA一般在弱堿性條件下使用，也可在較低pH下(5.0)使用，或有硫酸鋁存在的環(huán)境中使用，但在堿性條件下ASA熟化速度要快得多。 ASA28第四節(jié)染色和調(diào)色一、染色和調(diào)色的目的和作用1、為了生產(chǎn)顏色紙需進(jìn)行染色。2、生產(chǎn)白紙需對(duì)紙頁(yè)進(jìn)行調(diào)色，以使得每批產(chǎn)品的色調(diào)趨于一致。3、對(duì)某些紙種，需要提高白度，因此需加入增白劑增白。染色：指在紙漿或紙張中加入某些色料使紙能有選擇性地吸收可見(jiàn)光中的大部分光譜，不吸收并反射出所需要

12、色澤的光譜 。29色料的分類和性質(zhì)色料分為： 顏料有色的填料，不溶于水，與纖維無(wú)親和能力，著色的質(zhì)量主要取決于其粒度及其在紙頁(yè)上的分散。分為無(wú)機(jī)顏料和人造顏料兩種。染料溶于水，著色質(zhì)量好。分為天然染料與人造染料兩種。造紙工業(yè)中主要使用人造染料。30人 造 染 料1、堿性染料具有氨基堿性基團(tuán)的有機(jī)化合物。可溶于水 ，著色力極強(qiáng)，容易使纖維上色，色彩鮮艷，價(jià)格低廉。在造紙生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛。但耐光、耐熱性極差，對(duì)酸、堿、氯根的抵抗力也弱。故產(chǎn)品容易褪色。31人 造 染 料2、酸性材料具有苯羥基或磺酸基的酸性有機(jī)化合物，呈酸性。其染色離子時(shí)酸根與鈉、鉀和銨等陽(yáng)離子結(jié)合而成，極易溶于水，水的硬度和漿溫對(duì)染

13、色影響不顯著。酸性染料的著色能力和色度的鮮明性較堿性染料差一些，而耐光、耐熱性比堿性染料強(qiáng)，但耐酸、耐堿和抗氯性能極差，抗潮解性也較弱。32染色方法（一）染色方法 漿內(nèi)染色 （間歇染色、連續(xù)染色）紙面染色 （浸漬法、壓光法和涂布法）33染料濕部染色的物化過(guò)程造紙染料的染色過(guò)程可分為三個(gè)階段： (1)染料被纖維吸附：染料加入紙料后，紙料液中水相的染料移向纖維表面，纖維上的染料濃度逐漸升高，而水相里的染料濃度相應(yīng)降低。(2)染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散：吸附在纖維表面的染料不斷地向纖維的無(wú)定形區(qū)擴(kuò)散，直至纖維內(nèi)外孔隙全被染透。(3)染料在纖維中固著：進(jìn)入纖維孔隙的染料相互聚集，并與纖維大分子形成離子鍵(相反

14、電荷)、氫鍵和范德華力(分子間結(jié)合力)或沉積(無(wú)機(jī)或有機(jī)顏料)結(jié)合。 34第五節(jié)紙張濕強(qiáng)度與濕強(qiáng)劑 一、濕紙強(qiáng)度、濕強(qiáng)度的概念 濕紙強(qiáng)度是指紙頁(yè)抄造過(guò)程未經(jīng)干燥的濕紙頁(yè)的強(qiáng)度，一般是指進(jìn)入烘缸前干度為2050時(shí)的濕紙頁(yè)強(qiáng)度，或稱初始濕強(qiáng)度。紙頁(yè)的濕強(qiáng)度是指經(jīng)干燥后的紙張?jiān)俦凰疂?rùn)濕完全飽和后所具有的強(qiáng)度，或稱再濕強(qiáng)度。一般紙張被水完全潤(rùn)濕后只保留原來(lái)強(qiáng)度的38，濕強(qiáng)紙可保留1540或更高。35紙頁(yè)之所以具有強(qiáng)度是由于組成紙頁(yè)的纖維之間存在摩擦力和結(jié)合力。構(gòu)成濕紙強(qiáng)度的基礎(chǔ)是纖維之間的摩擦力，摩擦力越大，濕紙強(qiáng)度也越大。構(gòu)成干紙強(qiáng)度的基礎(chǔ)除與纖維之間摩擦力大小有關(guān)外，主要決定于纖維之間的結(jié)合力，結(jié)

15、合力越大，干紙強(qiáng)度也越大由于纖維之間的結(jié)合力比摩擦力大得多，因此紙頁(yè)的干紙強(qiáng)度比濕紙強(qiáng)度大得多36影響濕強(qiáng)度的因素決定濕強(qiáng)度大小的因素主要是防止紙頁(yè)再潤(rùn)濕和氫鍵被破壞的程度。 濕強(qiáng)劑的性質(zhì)和用量是決定紙張濕強(qiáng)度的主要因素。 37濕強(qiáng)劑種類和特性 1、酸熟化熱固性濕強(qiáng)樹(shù)脂（脲醛樹(shù)脂UF、 三聚氰胺甲醛、樹(shù)脂MF、聚乙烯亞胺PEI等）2、堿熟化熱固性濕強(qiáng)樹(shù)脂 （聚酰環(huán)氧樹(shù)脂PAE）3、其他濕增強(qiáng)劑 (聚胺樹(shù)脂PA、合成膠乳PEL等)38濕強(qiáng)劑增濕強(qiáng)作用機(jī)理 紙頁(yè)強(qiáng)度的喪失濕紙幅經(jīng)脫水干燥后，產(chǎn)生了大量的內(nèi)部纖維鍵合。由于氫鍵在內(nèi)部纖維鍵合中起著重要的作用，紙幅也因此獲得最大的強(qiáng)度。當(dāng)紙頁(yè)與水接觸以

16、及纖維纖維間結(jié)合被水纖維間鍵合取代后，紙頁(yè)將失去其結(jié)合強(qiáng)度。 39第六節(jié) 紙張干強(qiáng)度與干強(qiáng)劑一、紙張干強(qiáng)度及影響干強(qiáng)度的因素 干強(qiáng)度是指風(fēng)干紙的強(qiáng)度性質(zhì) 。影響紙張干強(qiáng)度的因素有：纖維間的結(jié)合力、纖維形態(tài)與性質(zhì)、紙張中應(yīng)力分布和添加物質(zhì)等，而纖維間結(jié)合力是決定性因素。40使用增干強(qiáng)劑的目的和作用 可以配用闊葉木、枝椏材、草類原料等短纖維原料甚至配用廢紙?jiān)蟻?lái)生產(chǎn)對(duì)強(qiáng)度要求較高的高檔紙張?？梢栽诒３衷惺褂觅|(zhì)量要求的前提下，降低紙頁(yè)定量節(jié)約原料。可以提高產(chǎn)品檔次。在取得相同紙張強(qiáng)度的情況下，可縮短打漿時(shí)間，節(jié)約電耗和干燥用蒸汽；降低了紙料打漿度，濾水性能改善，可提高車速，增加產(chǎn)量。 41增干強(qiáng)劑的種類、特性和應(yīng)用(一)增干強(qiáng)劑的種類 三大類：1、天然動(dòng)植物膠（明膠、桃膠、原淀粉和改性淀粉）2、合成樹(shù)脂（聚丙烯酰胺、丙稀酰胺與丙烯酸共聚 物、聚乙烯醇、脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等）3、水溶性纖維素衍生物類（甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素等）42增干強(qiáng)劑的性質(zhì)及應(yīng)用1淀粉 主要有3種形式，即原淀粉、改性淀粉和淀粉衍生物。 淀粉增干強(qiáng)劑能提高紙頁(yè)的干強(qiáng)度，包括抗張強(qiáng)度、耐破度和耐折度，能改善紙頁(yè)的表面性能如平滑性、光澤度、表面結(jié)合強(qiáng)度和吸油墨