紙機濕部陰離子雜質產生的原因及對策
隨著涂布損紙、脫墨廢紙、高得率漿的使用及紙機白水循環封閉程度的提高,紙機濕部干擾性陰離子雜質濃度越來越高,對紙機濕部操作的危害越來越大,并使一些陽離子助劑效果變差。尤其是隨著抄紙向堿性體系的轉化,硫酸鋁不再作為施膠固著劑加入到漿料中時,陰離子雜質(anionictrash)問題變得更加突出。因此了解有關陰離子雜質的來源、危害及解決對策是非常必要的。
陰離子雜質的來源及其危害
1.1 陰離子雜質的來源
陰離子雜質是指紙機濕部存在的所有溶解陰離子低聚物或多聚物及非離子型水解膠體物質的總稱。這些陰離子雜質有不同的性能和來源:
(1)來自紙漿,如木素衍生物、半纖維素、脂肪酸等。
(2)來自陰離子助劑,如淀粉、CMC、有機酸、染料、殺菌劑等。
(3)來自填料分散劑,如聚磷酸鹽、聚丙烯酸酯等。
(4)來自清水,如腐殖酸、殺菌劑等。
其中大部分有害陰離子雜質來自紙漿,因此這里只介紹來自紙漿的陰離子雜質的積累。從備料到抄紙的每一個環節都涉及到陰離子雜質的積累。在備料中,經驗表明:木材的長期貯存對纖維強度和漂白過程有不良影響,但因此縮短貯存時間卻使萜烯類化合物等可揮發物質沒有分離出來;使粘性物質,如酯化了的脂肪酸不能氧化和飽合,結果縮短貯存時間增加了紙漿中陰離子雜質含量。
草類制漿中如果由于原料緊缺,使用新草制漿,也會由于草料中的果膠、淀粉等未經自然發酵除掉而增加草漿中的陰離子雜質含量。在制漿過程中,木材和草類原料的成漿很大程度上取決于原料中木素、半纖維素、抽出物等的溶出,這些溶出物質即構成了抄紙體系中最主要的有機陰離子雜質。這些有機陰離子雜質的量與制漿和漂白工藝條件、過程控制、漂白紙漿的洗凈程度等有著密切的關系。一般說來使用高得率漿和廢紙漿的紙廠含有最大量的陰離子雜質,來自各種機械漿和半化學漿的陰離子雜質主要是以木素磺酸鹽、腐殖酸和陰離子膠料形式存在的可溶物質。
來自廢紙漿的陰離子雜質主要是大量的木素衍生物和與廢紙紙種有關的其它陰離子雜質。其中使用涂布損紙或廢紙的紙廠又具有最高量和最復雜的陰離子雜質。涂布損紙或廢紙,尤其是使用碳酸鈣和二氧化鈦的涂布損紙或廢紙,涂層中含有大量的陰離子分散劑(使用淀粉作粘合劑時比使用蛋白質作粘合劑時需更多的分散劑,使陰離子雜質濃度迅速增加。
就普通化學漂白漿而言,草漿比木漿含有更多的陰離子雜質。而不論何種紙漿,紙漿的洗凈度低是引起漿中陰離子雜質濃集的最直接原因。在紙頁的抄造中,使用碳酸鈣作填料和涂布顏料時,即在中性或堿性條件下抄紙時,由于不能使用硫酸鋁作固著劑,使陰離子雜質得不到中和;此外在堿性pH下陰離子雜質會電離出更多的陰離子基團;而堿性條件下低分子量的半纖維素也可能從纖維細胞壁中溶解出來(這類物質包括木糖和阿拉伯糖基的聚糖);酸性條件下封閉在纖維細胞內的一些膠體物質在堿性條件下由于細胞壁的潤脹,也可能被釋放出來。因此堿性條件下抄紙會使可溶性陰離子雜質濃度更高。
近年來,由于紙機白水體系封閉程度越來越高,而陰離子雜質并不吸附在紙漿上,因此這些陰離子雜質隨著白水>循環越積越多,封閉循環白水所造成的陰離子雜質問題遠比紙漿本身嚴重。
1.2 陰離子雜質對抄紙的影響
陰離子雜質可以多種方式影響紙頁的抄造,如:
(1)影響紙機運轉:形成的附聚物(樹脂、白樹脂、粘附物)降低紙機運轉性能,增加斷頭次數。
(2)影響助劑效能:對施膠劑、干強劑、濕強劑、助留助濾劑、染料等的作用效果均有不利影響。
(3)影響紙頁質量:降低紙頁勻度,降低紙頁不透明度和亮度,引起小孔和暗點,降低紙頁強度。
總之,陰離子雜質是以兩種機理影響抄紙的,一是其高陰電性使紙漿的陽電荷需要量非常高,加入陽離子助劑,如助留助濾劑、增強劑等,陰離子雜質首先與這些聚合物發生中和反應,消耗大量陽離子助劑(一般陽離子助劑并非有效的電荷中和劑),有可能使陽離子應用技術.生產工藝助劑完全失效,其高陰電性也影響紙漿中細小纖維的絮聚,從而影響到紙漿的留著和濾水。因此陰離子雜質含量常用漿料濾出液的陽電荷需要量表示。再就是陰離子雜質隨著不斷積累,與其它物質或自身結合形成附聚物或配合物而從水溶液中沉積出來,如果沉積在填料、細小纖維和纖維上,會減少纖維間的氫鍵結合,因而降低了纖維間的結合強度和紙頁亮度;如果在紙頁抄制中留在網部、管道及毛毯中,則會堵塞抄紙網、毛毯,在壓榨部引起粘輥,增加紙頁斷頭次數,并在紙頁上出現暗點,同時也會干擾紙頁的施膠、染色等。
陰離子雜質的來源及其危害
1.1 陰離子雜質的來源
陰離子雜質是指紙機濕部存在的所有溶解陰離子低聚物或多聚物及非離子型水解膠體物質的總稱。這些陰離子雜質有不同的性能和來源:
(1)來自紙漿,如木素衍生物、半纖維素、脂肪酸等。
(2)來自陰離子助劑,如淀粉、CMC、有機酸、染料、殺菌劑等。
(3)來自填料分散劑,如聚磷酸鹽、聚丙烯酸酯等。
(4)來自清水,如腐殖酸、殺菌劑等。
其中大部分有害陰離子雜質來自紙漿,因此這里只介紹來自紙漿的陰離子雜質的積累。從備料到抄紙的每一個環節都涉及到陰離子雜質的積累。在備料中,經驗表明:木材的長期貯存對纖維強度和漂白過程有不良影響,但因此縮短貯存時間卻使萜烯類化合物等可揮發物質沒有分離出來;使粘性物質,如酯化了的脂肪酸不能氧化和飽合,結果縮短貯存時間增加了紙漿中陰離子雜質含量。
草類制漿中如果由于原料緊缺,使用新草制漿,也會由于草料中的果膠、淀粉等未經自然發酵除掉而增加草漿中的陰離子雜質含量。在制漿過程中,木材和草類原料的成漿很大程度上取決于原料中木素、半纖維素、抽出物等的溶出,這些溶出物質即構成了抄紙體系中最主要的有機陰離子雜質。這些有機陰離子雜質的量與制漿和漂白工藝條件、過程控制、漂白紙漿的洗凈程度等有著密切的關系。一般說來使用高得率漿和廢紙漿的紙廠含有最大量的陰離子雜質,來自各種機械漿和半化學漿的陰離子雜質主要是以木素磺酸鹽、腐殖酸和陰離子膠料形式存在的可溶物質。
來自廢紙漿的陰離子雜質主要是大量的木素衍生物和與廢紙紙種有關的其它陰離子雜質。其中使用涂布損紙或廢紙的紙廠又具有最高量和最復雜的陰離子雜質。涂布損紙或廢紙,尤其是使用碳酸鈣和二氧化鈦的涂布損紙或廢紙,涂層中含有大量的陰離子分散劑(使用淀粉作粘合劑時比使用蛋白質作粘合劑時需更多的分散劑,使陰離子雜質濃度迅速增加。
就普通化學漂白漿而言,草漿比木漿含有更多的陰離子雜質。而不論何種紙漿,紙漿的洗凈度低是引起漿中陰離子雜質濃集的最直接原因。在紙頁的抄造中,使用碳酸鈣作填料和涂布顏料時,即在中性或堿性條件下抄紙時,由于不能使用硫酸鋁作固著劑,使陰離子雜質得不到中和;此外在堿性pH下陰離子雜質會電離出更多的陰離子基團;而堿性條件下低分子量的半纖維素也可能從纖維細胞壁中溶解出來(這類物質包括木糖和阿拉伯糖基的聚糖);酸性條件下封閉在纖維細胞內的一些膠體物質在堿性條件下由于細胞壁的潤脹,也可能被釋放出來。因此堿性條件下抄紙會使可溶性陰離子雜質濃度更高。
近年來,由于紙機白水體系封閉程度越來越高,而陰離子雜質并不吸附在紙漿上,因此這些陰離子雜質隨著白水>循環越積越多,封閉循環白水所造成的陰離子雜質問題遠比紙漿本身嚴重。
1.2 陰離子雜質對抄紙的影響
陰離子雜質可以多種方式影響紙頁的抄造,如:
(1)影響紙機運轉:形成的附聚物(樹脂、白樹脂、粘附物)降低紙機運轉性能,增加斷頭次數。
(2)影響助劑效能:對施膠劑、干強劑、濕強劑、助留助濾劑、染料等的作用效果均有不利影響。
(3)影響紙頁質量:降低紙頁勻度,降低紙頁不透明度和亮度,引起小孔和暗點,降低紙頁強度。
總之,陰離子雜質是以兩種機理影響抄紙的,一是其高陰電性使紙漿的陽電荷需要量非常高,加入陽離子助劑,如助留助濾劑、增強劑等,陰離子雜質首先與這些聚合物發生中和反應,消耗大量陽離子助劑(一般陽離子助劑并非有效的電荷中和劑),有可能使陽離子應用技術.生產工藝助劑完全失效,其高陰電性也影響紙漿中細小纖維的絮聚,從而影響到紙漿的留著和濾水。因此陰離子雜質含量常用漿料濾出液的陽電荷需要量表示。再就是陰離子雜質隨著不斷積累,與其它物質或自身結合形成附聚物或配合物而從水溶液中沉積出來,如果沉積在填料、細小纖維和纖維上,會減少纖維間的氫鍵結合,因而降低了纖維間的結合強度和紙頁亮度;如果在紙頁抄制中留在網部、管道及毛毯中,則會堵塞抄紙網、毛毯,在壓榨部引起粘輥,增加紙頁斷頭次數,并在紙頁上出現暗點,同時也會干擾紙頁的施膠、染色等。
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