紙漿造紙 第三章.ppt

1、第三章 非纖維添加物質(zhì)的應(yīng)用,第一節(jié) 概述,改善紙機工作環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。,一. 紙張抄造時添加非纖維性物質(zhì)的目的,增強紙張性能，使其用途更加廣泛；,二、非纖維添加物質(zhì)的種類和作用,施膠劑：紙張的抗水性 填料、顏料：紙張的適印性 功能型添加物質(zhì) 染料：生產(chǎn)色紙 增強劑：提高紙張的物理強度 分散劑：防止纖維絮聚，提高紙張勻度 光學(xué)改性劑：光學(xué)性能 特殊添加劑：獲得某一特殊性能 控制型添加物質(zhì)：助留助濾劑、消泡劑、防腐劑、樹脂控制劑、 絮凝劑,第二節(jié) 內(nèi)部施膠,一、概述,1.施膠定義,2.施膠的分類（施膠的程度）,重施膠、（中等施膠）、輕施膠、不施膠,墨水劃線法、表面吸收重量法（Cobb法）、表

2、面吸收速度法（液滴法）、浸沒法（吸收重量法）、液體滲透法和毛細(xì)管吸收高度法等。,3.施膠度的測定方法,適用于大多數(shù)中等或輕施膠的紙或紙板,適用于使用中常與水發(fā)生接觸的紙種,適合于高施膠度的紙種,適合于未施膠紙,4.紙張施膠的方法,5.施膠劑的種類,植物膠、動物膠、礦物膠、合成膠,6.施膠和施膠劑的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,以松香膠以及合成施膠劑為主。造紙廠采用AKD中性施膠生產(chǎn)紙，采用松香膠生產(chǎn)紙板。,中堿性施膠,二、液體在紙頁的擴散和滲透機理（施膠效果理論）,（一）紙頁的組成及結(jié)構(gòu)與液體在紙頁上的擴散和滲透關(guān)系,紙頁是由纖維交織在一起形成的具有很多孔隙的材料。,親水、微細(xì)管,毛細(xì)管作用,在紙張中添

3、加抗水的物質(zhì)，以減少毛細(xì)管作用和降低紙頁對液體的附著能力，防止液體滲透和擴散。,如何得到適于書寫的紙張？,（二）接觸角與表面潤濕,液滴能否在紙面上擴散鋪展開的因素：,液滴在紙面上的受力情況,固、液之間的表面張力越小，接觸角越大，紙面對液體的附著力越小，紙頁的抗液體滲透能力越好。,可以通過在紙頁纖維的表面均勻的分布上一層比表面自由能比較低的物質(zhì)（施膠劑）來實現(xiàn)。,（三）接觸角與毛細(xì)管作用,Washburn毛細(xì)管上升（滲透速度）方程,單位時間里液體的滲透深度（滲透速度）取決于液體本身的性質(zhì)以及紙張的結(jié)構(gòu)。,三、選擇施膠劑的原則,1.具有較低的比表面自由能 2.容易分散，分散后的懸浮液穩(wěn)定性好，不容

4、易產(chǎn)生絮聚。 3.施膠環(huán)境接近中性，不會腐蝕設(shè)備，降低紙張的強度。 4.資源豐富，價格便宜。,四、松香膠施膠,（一）松香膠種類及制備方法,1.松香 1）定義 一種有機酸的混合物(松香酸、海松酸、脂類)，其中松香酸占8090。,2）松香的等級 45級松香呈橙黃色且透明，是最適合造紙工業(yè)用作施膠劑的一類,3）松香的質(zhì)量指標(biāo) 酸值，皂化值，脂值，軟化點,2.松香膠,1）松香膠的熬制,2）松香膠的分類,中性膠（褐色膠）：松香完全被皂化，膠料中不含游離松香 白色膠：游離松香的含量一般在1045之間。 高游離松香膠：膠液中游離松香的含量高達(dá)7090。,不溶與水,可溶與水,3）松香膠的熬膠操作,熬膠設(shè)備：熬

5、膠鍋,清水,通汽加熱,加堿,松香塊,用棒或鏟刀挑起膠料，膠料呈透明的片狀流下，而且沒有汽泡、粒塊和點滴拉絲的情況。取一小滴膠料，放在80的熱水中，用玻璃棒攪拌，如果膠料能迅速的分散成均勻的白色乳液，而且分散的乳液又沒有明顯的云彩狀物質(zhì)。說明達(dá)到熬膠終點。,熬膠終點的檢查：,4）松香膠的乳化,5)松香膠乳液的稀釋、貯存,乳化設(shè)備：噴射乳化器,膠料,高壓蒸汽,熱水,去乳化池,噴射式乳化器應(yīng)用的是文丘里管的原理，受到高壓蒸汽的沖擊，膠料在噴射器的喉部產(chǎn)生強烈的混合分散作用。,要確保松香膠顆粒保持原來的分散狀態(tài)，減少顆粒的凝集與結(jié)晶。 影響因素：溫度，濃度，攪動速度，存放時間,3.石蠟松香膠,4強化松

6、香膠,石蠟與松香混合熬膠并經(jīng)乳化得到，具有較好的施膠效果。,是一種改性松香膠，目前用得最多的是馬來松香膠。,具有軟化點高、酸價高、皂化價高、抗氧化穩(wěn)定性強的特點；作為造紙施膠劑，用量低，施膠效果好。,5高分散松香膠,高分散松香膠是用馬來松香采用特殊工藝方法制成的一種施膠劑，游離松香含量為100%。施膠效果比皂化松香膠好，而且用量少。最重要的是高分散松香膠可以在弱酸性或者中性條件下使用，也就是說可以少用或者不用硫酸鋁作為沉淀劑，而是用一些陽離子樹脂替代。,分散松香膠的制備,逆轉(zhuǎn)乳化法,松香加熱熔融,乳化劑水溶液,常壓攪拌,水/油乳液,乳化劑水溶液,高速攪拌,油/水乳液,（二）松香膠施膠機理,1.

7、沉淀劑,2.界面動電勢學(xué)說,在施膠過程中，帶負(fù)電荷的松香膠優(yōu)先吸附水合鋁離子而形成帶正電荷的共沉淀物，然后被帶負(fù)電荷的纖維所吸附。,能夠使膠料沉淀附著在纖維表面上的物質(zhì)就稱為沉淀劑。,造紙中最常用的沉淀劑是礬土。當(dāng)pH值在46的范圍時，形成的六水三價水合鋁離子因為離子半徑小，電價高，電荷密度高，對施膠具有重要的作用。,3. 配位理論,首先，水合鋁離子中的羥基被絡(luò)合能力更強的松香酸離子（Ab-）所取代，生成水合松香酸鋁；其次，水合松香酸鋁又與纖維素表面的陰離子（纖維素糖尾酸上的OH基）起絡(luò)合反應(yīng)，使松香膠沉淀物附著在纖維上。,施膠效應(yīng)是在紙頁的干燥過程中最終完成的。,松香膠料是一種兩性分子，既有

8、親水基又有疏水基，松香膠料添加到紙張中要起到抗水的作用，必須在纖維表面發(fā)生內(nèi)取向，使疏水基團朝外形成定向的規(guī)則排列，才能降低紙面的自由能。,4.施膠效應(yīng)的完成,（三）松香膠施膠過程和加入方法,1.施膠程序,注意：當(dāng)生產(chǎn)用水硬度較高或是系統(tǒng)陰離子雜質(zhì)含量較高時，可先加入適量礬土后再采用正向施膠。,3.施膠劑和沉淀劑的使用量,1）施膠劑的使用量,2.施膠操作,施膠一般在配漿池或是配漿箱內(nèi)進行。,優(yōu)點：濃度高，易于吸附；混合作用強，利于均勻。,主要取決于紙種、漿種和施膠劑本身的性質(zhì)等。,大多數(shù)紙種用膠量在0.5%2.0%（絕干膠料對絕干漿）。,2）沉淀劑用量,4.施膠過程控制條件 施膠過程最主要的控

9、制條件就是漿料的pH值。,一般以施膠pH為標(biāo)準(zhǔn)控制礬土加入量。,根據(jù)松香膠的性質(zhì)、施膠量及漿料性質(zhì)、水質(zhì)、填料情況而定。,（四）施膠效果的影響因素,1.漿料的種類和性質(zhì) 不同漿種施膠效果從易到難的順序是： 機械磨木漿化學(xué)竹漿（或草漿）未漂硫酸鹽木漿未漂亞硫酸鹽木漿（或蔗渣漿）半漂硫酸鹽木漿漂白硫酸鹽（或亞硫酸鹽）木漿半漂半化學(xué)漿精制漿棉漿。,2.pH值 施膠的pH值以4.55.0（指紙機網(wǎng)前箱pH值）較好。,3.漿料洗滌質(zhì)量和施膠用水,漿料中的鈣離子（來源于生產(chǎn)用水或者次氯酸鈣漂白）能與松香酸反應(yīng)而生成不溶性的松香酸鈣沉淀，這不僅降低了有效松香酸的含量，還嚴(yán)重地妨礙了松香酸與水合鋁離子的結(jié)合。

10、,蒸煮、漂白后的漿料洗滌不凈，或抄紙白水用量過多等，會增加紙料中氯離子、硫酸根和羥基等陰離子，會降低施膠效果，因為這些離子都會優(yōu)先與水合鋁離子起絡(luò)合反應(yīng)。,4.松香膠的顆粒大小,松香膠是以細(xì)小顆粒的狀態(tài)分布并附著于纖維表面，取得施膠效應(yīng)的。,5.施膠溫度,施膠的溫度最好控制在2025以下，最高不要超過40,6.填料的影響,加填會使施膠效果降低。,7.紙頁抄造和干燥對施膠的影響,干燥溫度曲線的控制對膠料的固著有著密切的關(guān)系。在干燥初期烘缸溫度不能高，如升溫太快，蒸發(fā)脫水太急，會破壞松香膠對纖維的固著，嚴(yán)重時會造成施膠的兩面性。,白水循環(huán)利用有利于提高膠料的留著率，但是白水中大量的硫酸根離子又會對

11、施膠產(chǎn)生不利影響；網(wǎng)部的脫水不能過快，否則纖維表面吸附的膠料粒子會隨白水流失掉。,五、中性施膠與堿性造紙,（一）概念,中性施膠是指在pH大于6的弱酸性、接近于中性或者弱堿性條 件下進行施膠。,堿性造紙是指在接近于中性或弱堿性條件下抄造紙張，包括中 性施膠和不施膠紙的抄造。,（二）中性施膠和堿性造紙的作用和效益,1.改善紙張的白度和機械強度，不因施膠而降低。 2.改善紙張的耐久性和抗化學(xué)藥劑性能。 3.可以較多的使用廉價的碳酸鈣作為填料，改善紙張的印刷適性。 4.大大減少抄紙系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕程度。,（三）中性施膠的分類,1.松香膠系列只能采用高分散松香膠。 可以少用礬土或者用陽離子樹脂替代礬土作為

12、沉淀劑。,2.用合成膠替代松香膠 合成膠的類型：反應(yīng)型和自行固著型,（四）合成施膠劑的應(yīng)用,常用的合成施膠劑：烷基烯酮二聚物（AKD）， 烯基琥珀酸酐（ASA）,特點：能夠與纖維形成共價結(jié)合。,1.烷基烯酮二聚物（AKD）施膠,A、AKD的性質(zhì),B、AKD施膠機理,直接和纖維素的羥基反應(yīng)形成共價鍵結(jié)合。,注意與松香膠施膠機理的區(qū)別,C、AKD和纖維的作用過程,1. 分散的、陽離子穩(wěn)定劑顆粒通過靜電吸引吸附到纖維表面。,2. 隨著濕紙頁在紙機上干燥，吸附的AKD開始熔化，經(jīng)擴展之 后以薄層形式覆蓋部分纖維表面。,3. 在紙頁中的大部分水還沒有蒸發(fā)出去之前，與纖維素羥基 的化學(xué)反應(yīng)不能明顯進行。,

13、4. 隨著化學(xué)反應(yīng)在熱的作用下逐漸進行，出現(xiàn)分子能量的重新 分布，分子的憎水端從表面向外伸出，賦予紙頁憎水性。,D、影響AKD施膠的因素,（1）AKD的加入點（紙料稀釋前、后）,（2）造紙原料的比表面積,（3）pH值,（4）堿度,（5）系統(tǒng)溫度,（6）填料加入順序,（7）干燥溫度及紙頁下機溫度,（8）下機水分,2.烯基琥珀酸酐（ASA）,ASA為液體，乳化容易，反應(yīng)性高但是不穩(wěn)定。 可以在pH值59范圍內(nèi)施膠，對環(huán)境無污染。其憎液性比松香膠好但是不如AKD；熟化的速度比AKD快。故適用于書寫紙、印刷紙類作施膠劑。 ASA乳化制備系統(tǒng)較復(fù)雜，乳液具有腐蝕性，必須用不銹鋼或塑料容器貯存，乳化操作要

14、求嚴(yán)格，故使用不普遍。,第三節(jié) 加填,一、定義,二、加填的目的和作用,1、改變紙的光學(xué)性質(zhì)（白度、不透明度）,2、改善紙頁的表面性能和印刷適性（平滑度、勻度、吸濕變形）,3、賦予紙頁某些特殊功能,4、節(jié)省纖維原料，降低生產(chǎn)成本,加填的負(fù)作用：,1.使紙張的物理強度下降。 2.使紙張的掉毛掉粉現(xiàn)象增加，不利于印刷。 3.加填會降低紙張的施膠度。,二、填料的種類和特性,天然填料：滑石粉、白土（高嶺土、膨潤土）、碳酸鈣等等； 人造填料：沉淀碳酸鈣、二氧化鈦、鋅鋇白、硅鋁酸鈉等等。,（一）填料的種類,（二）填料性能指標(biāo),1、粒度及其分布（小于2m的百分率）； 2、白度（或亮度）、光澤度； 3、相對密度

15、、在水中的溶解性； 4、折光率、光散射系數(shù)； （纖維反射系數(shù)1.55 ，CaCO3：1.581.66，滑石粉：1.57，鍛燒高嶺土：1.62） 5、化學(xué)穩(wěn)定性； 6、價格。,幾種填料的性質(zhì),滑石粉、白土（膨潤土、瓷土）、碳酸鈣和二氧化鈦等。,（三）常用填料,研磨碳酸鈣 (GCC),針狀沉淀碳酸鈣（PCC）,偏三角面體PCC,菱形六面體PCC,二氧化鈦,高級填料，白度高（95%），粒度?。?.15-0.3），具有較高的光澤度和光散射系數(shù)，覆蓋力強，能顯著地增加紙頁的白度和不透明度。,三、填料的使用,（一）填料的制備,（二）填料的加入方法和加入地點,間歇式加填,連續(xù)式加填,加入地點,（三）填料加入

16、量,填料的加入量一般是指實際加入漿料中的填料量與漿料中纖維的量的百分比。 紙張中填料的加入量取決于紙種、所選填料的性質(zhì) ，漿料的種類 ，紙機的抄造條件等，一般可在240之間變化。,四、填料的留著,1.概念,留著（率）、單段留著率、總留著率,紙頁中固體物質(zhì)的量與從流漿箱噴出的漿料中的固體物質(zhì)的量的百分比。,紙頁中固體物質(zhì)的量與用白水稀釋之前從調(diào)漿箱中流出的紙漿中的固體物質(zhì)的量的百分比。,2.填料的留著率,紙張中所含的填料量與漿料中填料量的百分比。,總留著率留在紙頁中的量加入漿料中的量100 單程留著率留在紙頁中的量從流漿箱來的量100,3.填料留著機理,機械截留學(xué)說：通過機械過濾作用，使填料粒子

17、不能通過過 濾層而留在紙內(nèi)。,膠體吸附學(xué)說：填料在水中也帶有負(fù)電荷，填料粒子會吸附漿 料中的水合鋁離子而轉(zhuǎn)變成帶正電荷，與帶負(fù) 電荷的纖維相互吸引沉積在纖維的表面上。,4.影響填料留著率的因素,1）漿料的種類,2）漿料的打漿度 在其他條件一定時，填料留著率隨打漿度的提高而增高。,3）填料的粒度和形狀 對同種填料來說，粒度大的留著率高，但不同種類的填料留著率高低與填料的形狀有關(guān)。,在打漿度相同的條件下，各種漿料抄紙的填料留著率從高到低的順序是：白色磨木漿草類漿亞硫酸鹽木漿棉漿。,紙頁交織緊密,填料的留著率高,纖維交織疏松、孔隙多，填料的留著率低,磨木漿、草漿,木漿、棉漿,4）紙機的生產(chǎn)條件,5）

18、白水回收和使用 紙機白水封閉循環(huán)是提高填料留著率的重要途徑。,6）助留劑的使用 助留劑可有效地提高留著率。,網(wǎng)部用刮水板比用案輥填料流失少。,車速高，漿濃低，真空度大，網(wǎng)目大，填料流失大。,紙張定量高，上網(wǎng)濃度大，留著率高；,第四節(jié) 染色,一、色的意義,物體的色澤是宇宙光譜中可見光反射的結(jié)果。,在紙料中加入某種色料，使其有選擇的吸收可見光中的大部分光譜，沒有被吸收而被反射出來的那種光譜所反映的顏色，即為所需要的色澤，這就是紙張染色的基本原理。,二、染色和染色原理,三、調(diào)色與調(diào)色原理,在染色的時候，將各種燃料按一定的比例調(diào)制成新的顏色，稱為調(diào)色。,色澤鮮艷,色澤變淺,加深色調(diào),四、色相的調(diào)配和校

19、正,在染色的時候，由于某種染料加入量過多或者不足，或者出現(xiàn)其他雜色的時候，則要加入相應(yīng)的染料進行補救校正，這稱為色相補救。,色相補救仍然要參照色相圖的規(guī)律進行，利用其相對的復(fù)色進行補救。,五、色料的種類和性質(zhì),（一）色料的種類,顏料：無機化合物 染料：有機化合物,（二）幾種常用合成染料的性質(zhì)及染色操作,1.堿性染料 對木素具有很強的親和力，對纖維也有一定的親和力,2.酸性染料 對木素和纖維素都沒有親和力，要靠媒染劑（硫酸鋁）進行,3.直接染料 對纖維素有很強的親和力，但是對酸敏感,4.熒光增白劑,1）反射可見光 2）將紫外光轉(zhuǎn)化成可見的藍(lán)色或紅色熒光，起補色效應(yīng)。,六、染色操作,染色的方式 漿內(nèi)染色、壓光染色、浸漬染色和涂布上色。,七、影響染色的因素,1.紙漿的性質(zhì),3.殘余化學(xué)物質(zhì)的影響,氧化和還原性物質(zhì),酸性或堿性大的物質(zhì),顏色的深淺和色澤不一,2.礬土的影響,4.施膠和加填的影響,5.溫度的影響,6.紙機生產(chǎn)條件,膠料對