首 页 用户登录 |  用户注册
|
|||
|
|||
| 按字母检索 | A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z |
| 按声母检索 | A | B | C | D | E | F | G | H | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | W | X | Y | Z | 数字 | 符号 |
|
|
 |
您的位置： 5VAR论文频道 → 论文中心 → 理工论文 → 信息技术 |
|
|||||
| 微粒助留助滤体系用于废纸制浆造纸产生的作用分析 | |||||
收集整理：佚名 来源：本站整理 时间：2012-06-29 22:01:03 点击数：[]  |
|||||
|
[本篇论文由5var5VAR论文频道为您收集整理，5VAR论文频道http://paper.5var.com将为您整理更多优秀的免费论文，谢谢您的支持] | |||||
1 绪论
1.1 前言
随着市场全球化趋势的逐渐深入，在当今竞争激烈的造纸工业中，要取得成功的关键：就是在不降低产品质量的前提下，尽可能地提高生产效率，而提高生产效率的一个最直观又关键的方法就是提高纸机的车速。高的车速，愈来愈少的停车时间，意味着在单位时间内可以生产出更多数量的产品。现有纸机的车速愈开愈快，有时甚至超过了设计极限；同时，更高车速的新型纸机也不断出现。但购买新纸机并不是提高生产效益的唯一的方法[1,2]，与为提高车速而购置新纸机的较大资金投入相比，科学的运用造纸化学品更具有吸引力和灵活性。造纸化学品已被公认为是生产过程中最具生命力的一个因素。纸料在网部的滤水性能好坏是纸机能否保持连续高速运行的关键性因素。对于网部、压榨部和干燥部，从纸页中脱除1m3 水的相对成本比率为1 : 5 : 220，因此，从经济角度考虑，脱水的最有效过程是在网部，其次是压榨部。改善细小组份的留着是利用化学方法帮助纸机在高速运行下又不影响纸页性质的一个有效方法。细小纤维、填料和添加剂的良好留着是滤水过程中的一个主要因素，它们必须被有效的保留在纸之中，而不是随着多余的白水流失，或沉积在纸机和毛毯表面，这一点对抄纸系统白水高度封闭循环利用来说尤为重要。另外，细小纤维、填料和添加剂的良好留着可以减少原材料及辅料的用量，既降低原材辅料的消耗，同时，可以降低白水浓度，降低白水处理成本，提高经济效益。因此，如何保持湿部良好的滤水性能及细小纤维、填料和添加剂的良好留着是目前造纸湿部化学研究的热门话题之一。
1.2 助留助滤技术发展概况
过去某一时期，可供选择的助留剂仅是单组分产品（即单元助留助滤体系），单元助留助滤体系是指在阴电性的浆料中加入阳离子絮凝剂，使之产生絮聚作用。最具代表性的絮凝剂有硫酸铝、聚丙烯酰胺，此外，还有聚乙烯亚胺、聚胺等。硫酸铝作为助留剂，中和粒子表面电荷后所形成的絮聚物抗剪切能力弱，因此，只能在低速纸机上使用，随着造纸技术的发展，纸机车速的提高，聚丙烯酰胺助留剂逐渐取代了硫酸铝，聚丙烯酰胺具有良好的抗剪切性，能达到良好的助留助滤效果，但是，近几年来，由于一些原因，使造纸湿部产生了一个新的障碍，即阴离子杂质的聚集和积累，致使纸页的成形条件恶化，大大削弱了聚丙烯酰胺一元助留助滤体系的助留效果，甚至完全失效。阴离子杂质的聚集和积累主要有以下原因[7，8]：
----造纸原料结构的变化，如废纸浆的大量使用
----短纤维原料（如阔叶材、各种草类纤维等等）的增加
----造纸白水的再循环使用及封闭程度的提高
----多种不同用途的造纸助剂的应用
----造纸系统向中性/碱性体系的发展，等等
为了解决阴离子杂质的聚集和积累问题，出现了二元助留助滤体系。所谓二元助留助滤体系是指在浆料中先加入一种高电荷密度、较低分子量的阳离子化合物（即阳电荷供给体），然后，加入一种低电荷密度，高分子量的化合物（最具代表性的物质是聚丙烯酰胺）所组成的体系。加入阳电荷供给体的目的是为了控制和中和阴离子杂质，典型的阳电荷供给体有聚胺、PDADMAC 或双腈胺等。从二十世纪八十年代开始，使用阳电荷供给体配合有阴离子或阳离子聚丙烯酰胺的具有定着和保留功能的二元系统已经变得越来越流行。使用阳电荷供给体的方法显示了它们能与聚丙烯酰胺一起使用的效果。在纸浆稀释之前，将填料和微细纤维预处理或预定着，有助于使它们在纸页中获得随机性分布，减少纸页两面差。以上传统的二元助留助滤体系虽然解决了阴离子杂质聚集和积累问题，但是，为了取得良好的助留效果，低电荷密度、高分子量的阳离子化合物必须在流浆箱中或压力筛出口处加入，形成较大的絮聚物，因此，对纸页成形匀度效果不好，另外，所形成的大絮聚物比那些较小而又软的团块包含有更多的水，且不易压榨出来，并对压榨部效能产生不良影响，影响了纸机车速的进一步提高。因此，随着纸机向高速化、大型化和中性抄造方向发展，在纸和纸板生产中，传统的一元和二元助留助滤体系，以改善留着和滤水性能，已得不到满意效果，因此，1986 年，Langley、Litchfield[9]研究了膨润土微粒在造纸湿部中的使用，这就是hydrocol 微粒助留助滤体系，标志着微粒助留助滤体系的出现。目前，典型的微粒助留助滤体系有由胶体二氧化硅/阳离子淀粉组成的compozil 体系、由膨润土/阳离子聚丙烯酰胺组成的hydrocol 体系以及由氢氧化铝/阳离子淀粉组成的hydrosil 体系[10]。
1.3 助留助滤机理
1.3.1 助留基本原理
细小组分在纸页中的留着，通常是通过两种机理来实现的，即机械截留和胶体吸附[11]。机械截留是通过纤维沉淀在运动的织物上形成纸幅来阻挡细小组分的通过。必须要形成一定厚度的纤维层后才能截留住细小物质[12]。这种机理与定量有密切的关系。良好的匀度由于提供了更均一的细小物质过滤层，可进一步提高留着率，同样，由胶体机理形成的絮团越大，它们被纸幅阻留的概率也越大。机械截留对纸料的纤维部分有效，为了增加纸幅中细小组分的留着和分布均匀，必须将细小粒子直接粘附在纤维表面，以使细小组分跟着纤维一起留住或形成足够大的细小物质絮聚体，被形成的纸页有效的过滤出来。这可通过胶体吸附来实现。在造纸过程中，胶体吸附是细小组分留着的主要机理，包括由纯细小组分形成的絮聚物以及含有纤维的细小组分絮聚物，在后者中细小组分吸附在纤维表面上，这些细小组分随着纤维在纸机成形部被固定并结合在成形浆垫中。纯纤维絮凝则是不希望出现的，在造纸过程中应尽量避免，造纸应促进细小组分和纤维间的絮凝。为了使细小组分在纸幅中分布均匀，只要在纸页成形之前，大多数细小组分粘附在纤维上，就可实现这一点。希望细小组分均匀分布的另一原因是由于化学添加剂倾向于吸附在细小组分上，为了使化学添加剂有良好的分布，细小组分必须很均匀的分布在纸幅中。细小组分的絮凝机理有电荷中和、电荷补丁效应、架桥絮凝三种基本形式[13]，但这三种机理不是独立的，它们在不同的系统所起的相对作用大小不同；另外，随着非离子的聚氧化乙烯（PEO）和酚醛树脂（PFR）组合作为助留剂在造纸中的应用[14~17]，人们提出了网络絮凝理论，但该理论还处于探索阶段。电荷中和由于加入过量平衡离子而使净电位移向零电荷状态的凝聚作用称为电荷中和作用[18]。电荷中和凝聚是凝聚的最简单的一种形式，细小纤维和填料在纸料悬浮液中显负电性而相互排斥，加入电解质，使颗粒表面双电层被压缩，电位降低[19]，颗粒间的相互排斥力减小，当颗粒间发生碰撞时，引起颗粒间的凝聚。这种由电荷中和引起的凝聚作用，其助留剂的最佳用量范围一般较窄，如果超过这个范围，颗粒会因为带同种的电荷而重新分散。
关于该机理需注意两点：第一，存在着一个临界盐浓度，在该浓度下双电层被充分压缩而使凝聚得以继续进行，通常称为临界凝聚浓度；第二是关于各种阳离子在减少双电层表面阴离子方面的效率，Shultz 和Hardy 发现[20]，化合价越高，离子降低表面电荷的效率越高，例如在
2 实验
2.1 实验原料
纸料：取自浙江富阳某造纸厂
CPAM: 浙江传化华洋化工有限公司
膨润土：浙江传化华洋化工有限公司
2.2 主要设备及仪器
ZQS2-23L打浆机，陕西科技大学机械厂生产；标准纤维解离器，陕西科技大学机械厂生产；1400型标准抄片器，加拿大RA公司成产；FPA-Zeta电位仪，德国AFG公司生产；肖氏打浆度仪；快速干燥器；电子天平；pH测试仪；电子天平；DFS滤水和保留分析仪；肖伯尔式厚度测定仪；抗张强度测定仪；ZQJ10型多摆纸张撕裂度仪；压缩强度仪。
2.3 实验方法
2.3.1 原料的水分测定
用电子天平（精度为0.01g）准确称量原料10g，三份。分别盛于已恒重的表面皿中，放入105±5℃恒温烘箱中,烘干4小时后，冷却称量，直至恒重，得其水分含量为13.12% 。
2.3.2 浆料制备，打浆度、浓度的测定
（1）浆料制备
用天平称取241g废纸，将纸撕成小碎片然后泡在1L热水中约5分钟，在打浆机中加入22L水，开动电源使打浆机转动，然后将浸泡的废纸加入打浆机中，打浆时间为30分钟。
（2）浆料打浆度的测定
称取相当于2g绝干浆的湿浆料，稀释到1000ml，用肖氏打浆度仪测量其打浆度，值为25°SR。
（3）浆料浓度的测定
量取500ml的浆料，先将其拧干，然后撕成小块放入快速干燥器内，经过30分钟，等水分蒸发完后测定绝干质量，算出浓度为：0.9%。
2.3.3 添加硫酸铝及微粒助留助滤体系后pH、Zeta电位的测定
（1）量取浆料500ml，浓度约为0.9%，添加1%硫酸铝（相对于绝干纤维量），溶解。
（2）将校对好的pH测试仪的电极放入步骤（1）准备的浆料中，待稳定后读取pH值。
(3) 将步骤（2）后的浆料，用Zeta电位仪测定浆料的电荷，并记录数据。
（4）改变硫酸铝的用量，重复步骤（1）至（3），测定浆料pH、Zeta电位。
（5）与步骤（4）类似，依次做单元微粒微粒助留助滤体系、双元微粒助留助滤体系添加不同量下，浆料pH、Zeta电位的测定。
2.3.4 添加单元助留助滤体系以及双元微粒助留助滤体系后的滤水性测定
（1）量取浆料1000ml，浓度约为0.9%，添加0.02%CPAM（单元助留助滤体系），溶解。
（2）将步骤（1）的浆料倒入动态滤水仪中（转速为700r/min，10s; 转速为800r/min，20s），设定过滤时间是60s，盛其网下白水是800g,记录实验数据。
（3）改变CPAM加入量，重复步骤（1）、（2）。
3 结果与讨论
3.1 CPAM及膨润土用量对CPAM/膨润土体系助留助滤效果影响
图3-1、图3-2 中，膨润土用量0%时代表的是传统的CPAM 单元助留助滤体系，膨润土用量0.2%的曲线是CPAM/膨润土微粒助留助滤体系，由图3-1 可见，当CPAM 用量小时（低于0.03%），CPAM 单元助留助滤的助留效果与CPAM/膨润土微粒助留助滤体系的助留效果基本相当，这是由于CPAM 加入量少时，CPAM 大部分都与纸料中阴离子物质进行电中和反应，沉积到纤维上，无法与后加入的膨润土产生架桥作用，因此，Swerin 等人由试验及理论推理得出，微粒助留助滤体比CPAM
图3-1 CPAM用量对助留效果影响
单元助留助滤体系需要更多的CPAM 量。随着CPAM 用量的增加，CPAM 吸附在浆料及细小组分上，形成有效的CPAM链圈、链尾，与膨润土产生了架桥作用，因此，固含量也就逐渐减少，产生了良好的助留效果，当CPAM 用量0.1%时，CPAM/膨润土体系的固含量（SS）0.588mg/L,比相同CPAM 用量的单元助留助滤体系的固含量（SS）减少0.389mg/L。
图3-2 CPAM对助滤效果影响
由图3-2 可见，CPAM 单元体系对纸料滤水性能改善很少，在CPAM 用量0.1%时，1min滤液重量增加约21%，而CPAM/膨润土微粒体系在CPAM 用量0.1%、膨润土0.2%时，1min滤液重量增加约34%，大大改善了纸料的滤水性能。因此，CPAM/膨润土微粒助留助滤体系既能提高纸机车速，又能提高留着率。
图3-3 膨润土用量对助留效果影响
由图3-3 可见，随着膨润土用量的增加，纸料滤液的固含量逐渐减少，当膨润土用量到0.2%以后，曲线开始趋于平缓，因此，膨润土的最佳经济用量应该在0.2%-0.3%左右。由图3-4 可见，当CPAM 用量0.03%时，随着膨润土用量的增加，纸料滤液重量基本没有变化，但当CPAM 用量0.1%时，随着膨润土用量的增加，纸料滤液重量得到很大提高，说明只有相对较大的CPAM 用量才能与膨润土对纸料产生有效的絮聚作用，产生良好的助留助滤效果。
图3-4 膨润土用量对助滤效果影响
3.2 pH值对CPAM/膨润土体系助留助滤效果的影响
pH值大小对纸料表面电荷有很大影响，同时，表面电荷对造纸湿部化学有重要影响，Scallan、Lindstrom等人对这方面进行了大量的研究, pH＜2.7 时纸料纤维表面呈阳电性，pH＞2.7 时纸料纤维表面呈负电性，并且，随着pH 值的升高，纸料的负电性增加。如图3-5：
图3-5 pH值对浆料Zeta电位的影响
本试验探讨了pH 值变化对CPAM/膨润土微粒助留体系的影响。在该试验中用HCl 调纸料的pH 值，纸料中除加HCl、CPAM、膨润土外不加其他药品，以判断pH 值变化对CPAM/膨润土体系助留助滤效果的影响。
图3-6 pH值对助留效果的影响
图3-7 pH值对助滤效果的影响
由图3-6可见，随着pH值的降低，浆料滤液的固含量SS逐渐增加，则说明CPAM/膨润土体系的助留效果逐渐下降；由图3-7可见，随着pH值的降低，浆料1min滤液重量逐渐减少，则说明CPAM/膨润土体系的助滤效果逐渐下降。当pH 值在4.1 时，纸料仍有较高的助留助滤效果，当pH 值为2.7时，已基本无助留助滤效果。究其原因，当浆料pH 值在2.7以上时，纤维上的羧基以-COO- 形式存在，因此浆料呈负电性，这时，加入的CPAM 能与负电性的纤维发生静电吸附作用，暴露出有效的链圈、链尾，与膨润土产生静电架桥作用，产生良好的助留助滤效果；当浆料pH 值小于2.7时，纤维上的羧基以-COOH 形式存在，浆料呈电中性，这时，加入的CPAM 不能与纤维发生静电吸附作用，因此，无助留助滤效果。由此可见，保持纤维的负电性是CPAM/膨润土体系有良好助留助滤效果的前提。
3.3 硫酸铝用量对CPAM/膨润土体系助留助滤效果的影响
对于造纸湿部化学来说，铝化合物具有十分重要的作用，传统的酸法造纸是以硫酸铝作为助留助滤剂，同时，在酸性造纸和近中性造纸中
图3-14 膨润土加入量对Zeta电位影响
从3-13中可见，随着CPAM的加入量的增加，浆料Zeta电位不断提高。这是因为Zeta电位反映的是浆料中阴离子垃圾的数量，阴离子垃圾减少则意味着Zeta电位增大，而CPAM带阳离子，与浆料中的阴离子垃圾电中和，而使浆料的Zeta电位不断提高。
从3-14中可见，随着膨润土的加入量的逐渐增加，浆料Zeta电位不断提高。
3.6 CPAM体系与CPAM/膨润土体系对手抄片物理性能影响
3.6.1 CPAM、膨润土加入量对纸张定量、厚度影响
图3-15 CPAM用量对纸张定量影响
图3-16 膨润土用量对纸张定量影响
图3-17 CAPM用量对纸张厚度影响
图3-18 膨润土用量对纸张厚度影响
从图3-15-图3-18可见， CPAM/膨润土体系的手抄片定量、厚度都高于CPAM单元体系的手抄片定量、厚度；CPAM、膨润土加入量多的手抄片定量、厚度都要高于CPAM、膨润土加入量少的手抄片定量、厚度，说明微粒体系具有更好的助留效果。
3.6.2 CPAM用量对纸张裂断长影响
图3-19 CPAM用量对纸张裂断长影响
从图3-19中可见，随着CPAM的加入量的增加，CPAM/膨润土体系、CPAM单元体系都有助于增加纸张的裂断长，原因是：随着反应体系中阳离子单体加入量的增加，导致聚合物分子结构中阳电荷密度增大，这有利于其吸附在带负电纤维上，从而增加了纤维间的相互吸引力，同时有助于酰胺基与纤维上的羟基形成氢键，从而提高纸张强度；在同样的纸料及同样的抄片条件下，由于微粒体系比CPAM单元体系具有更好的助留性能，有更多的细小纤维被留着，降低纤维之间的结合力，因此，微粒体系手抄片的裂断长比CPAM单元体系的低。
3.6.3 CPAM用量对纸张环压指数影响
从图3-20中看出随着CPAM加入量的不断增加，环压指数先是逐渐减小，减小到一定程度后，又逐渐增加。主要是因为随着CPAM加入量的增加，细小纤维留着率提高，纤维平均长度下降，使得环压指数下降；CPAM加入量到达一定程度后，由于CPAM的羟基与纤维形成配位结合，氧原子也和纤维中的羟基形成氢键，可提高结合力，环压指数停止下降趋势，随着CPAM加入量的增加，逐步上升。
图3-20 CPAM用量对环压指数影响
4 结论
1. 当CPAM 加入量较少时，CPAM 单元助留助滤体系的助留效果与CPAM/膨润土体系的助留效果基本相当，但随着CPAM 用量的增加，CPAM/膨润土体系的助留助滤效果明显好于CPAM单元体系的助留助滤效果，因
致 谢
本次实验在指导老师沙力争老师的精心指导下才得以完成。在实验的过程中，得到了实验室各位老师的大力支持和帮助。这次实验，使我了解了许多新知识，将我所学的知识综合运用，为今后更好的发挥自己的所学，打下了坚实的基础，使我受益匪浅。
在此也向曾给与我支持和帮助的沙力争等老师表示深深的谢意，并向给过我帮助的同学们表示感谢。感谢他们对我的大力支持和无私帮助，这将使我在以后的日子里以更高的热情，在自己的岗位上做出更好的成绩。
参考文献
陈根荣.湿部化学品在提高纸机车速中的作用[J].造纸化学品,2000，（3）:12.
Martin W. Beck. Wet end chemistry and paper machine stability[J]. Paper
Technology.1998, 39(4): 33~38.
Vanja M. King, Gerald M. Dykstra, Daniel Glover. Chemistry holds key to
maintaining speed in today, s paper machines[J]. TAPPI Journal, 1998, 81(7): 58~61.
生产中采用化学品以改进脱水过程. 国际造纸，1997，（4）：37.
Leslie Webb. Chemicals provide a neat solution at the wet end[J]. PPI, 1998, 40(7): 48~51.
陈根荣. 新型造纸设备、配料工艺对纤维、填料留着的影响[J]. 国际造纸，1999，（1）:40.
叶小春.造纸系统中阴离子物质的积累与防治[J].造纸化学品，1999，（2）:16
Lydia Bley. Measuring the concentration of anionic trash – the PCD. Paper Technology,1992, 4: 32~37.
[9] Langley. J. G. and Litchfield. E. TAPPI, 1986 Papermakers Conference Proceedings,TAPPI PRESS, Atlanta, P89.
[10] Agne Swerin. Et al. Flocculation-microparticle Retention Aid Systems[J]. Paper
Technology. 1992, 33(12): 28~29.
[11] 胡惠仁，徐立新，董荣业. 造纸化学品. 化学工业出版社，2002.
[12] Han, S.T. and Chang, N.L., Retention of Fines in Fiber Mats, Tappi J, 52(4): 688(1969).
[13] 张光华. 造纸湿部化学原理及其应用. 中国轻工业出版社. 1998.
[14] Arledter, H.F. and Mayer, A., Papier29: 32(1975).
[15] anes, R.L. and Sharma, O.K., presentation at Retention and Drainage Short Course,TAPPI, Seattle, Wash., 1977.
[16] Carrard, J. and Pummer, H., U.S. Patent 4,070,236(1978).
[17] Pelton, R.H., Allen, L.H., and Nugent, H.M., Pulp Paper Can., 81(1): T 9(1980).
[18] 曹邦威. 最新纸机抄造工艺. 中国轻工业出版社，1999.
[19] LaMer, V.K. and Healy, T.W., Rev. Pure Appi. Chem. 13: 112(1963).
[20] Hiemenz, P.C., Principles of Colloid and Surface Chemistry, 2nd Ed., Marcel Dekker, Inc.,New York, 1986.
[21] Gregory, J., J.Coll. Interface Sci, 42(2): 448(1973).
[22] LaMer, V.K. and Healy, T.W., Rev. Pure Appi. Chem. 13: 112(1963).
[23] Fleer, G.J. and Lyklame, J., J.Coll. Interface Sci. 46(1): 1(1974).
[24] Scott, W.E., Principles of Wet End Chemistry, Tappi Press, Atlanta, GA. 1996.
[25] Klungness, J.H. and Exner, M.P., Chemical Additives to Pulps---Effect on Drainage andStrength of Papers Containing Oak Pulps, Tappi J., 63(6): 73(1980).
[26] 胡惠仁，徐立新，董荣业. 造纸化学品. 化学工业出版社，2002.
[27] Agne Swerin. Et al. Flocculation-microparticle Retention Aid Systems[J]. Paper
Technology. 1992, 33(12): 28~29.
[28] 刘温霞. 阳离子聚丙烯酰胺/膨润土助留助滤体系. 造纸化学品. 2000（3）：18～21.
[29] Agne Swerin. Et al. Floccul
| 提供人：佚名 | |
| 【返回上一页】【打 印】【关闭窗口】 | |
 中查找“微粒助留助滤体系用于废纸制浆造纸产生的作用分析”更多相关内容
|
5VAR论文频道 |
 中查找“微粒助留助滤体系用于废纸制浆造纸产生的作用分析”更多相关内容
|
5VAR论文频道 |
 文章-网友评论：（评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！） |
| 关于本站 -
网站帮助 -
广告合作 -
下载声明 -
网站地图
Copyright © 2006-2033 5Var.Com. All Rights Reserved . |
小
大