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        常見問題

        聚合氯化鋁在中性施膠中的應用

        時間:2021/05/18 點擊:

        摘要:在中性條件下,利用松香膠對漂白麥草漿進行施膠,研究聚合氯化鋁(PAC)作為施膠沉淀劑的施膠效果,通過考察陰離子分散松香膠、聚合氯化鋁、陽離子淀粉、陽離子聚丙烯酰胺等對施膠效果的影響,得出較佳的工藝條件:陰離子分散松香膠用量1%,聚合氯化鋁用量4%,陽離子聚丙烯酰胺用量0.03%,填料15%,在pH值7.0時的施膠度為1.00mm。

        1、前言

        中性施膠是中性抄紙的關鍵所在。目前在我國中性抄紙中,施膠基本都采用AKD、ASA,隨著AKD以及ASA制備技術的發展,其穩定性、水解都得到較高程度的提高,使AKD、ASA在造紙廠的使用量逐年增加,松香膠由于其施膠pH值較低,其在造紙廠的使用逐漸減少。但是,由于松香膠施膠的簡單易行、施膠成本較低、施膠效果可靠等優點,使得造紙廠家還愿意使用松香膠施膠,而隨著中堿性抄紙的要求,松香膠的施膠需要向著高pH值發展才能使之不會退出施膠劑的市場;同時,由于AKD、ASA在使用上對技術的要求較高,對于缺乏專業技術人員的中小企業來說,在使用AKD、ASA時非常容易出現膠料用量大的問題,主要是由于膠料的留著效果低,為留著的AKD、ASA在白水中循環使用時,會導致其水解程度較高,從而使紙張出現黃點或透明點等紙病,嚴重的會出現紙張的打滑現象,因此,目前一些生產廠家也在尋找一種可以替代AKD、ASA作為中性施膠的施膠劑。

        中國是世界松香一大生產國,如果能充分利用這一資源,在對原有施膠工藝稍作改動的情況下實現中性施膠,不僅可以大大降低中性施膠成本,還無疑會加速我國造紙企業由過去的酸性抄紙過渡為中性抄紙的步伐。陰離子松香膠是一種集通用性和可靠性為一體的優良施膠劑,所以希望在中性或偏堿性條件下找一種沉淀劑來實現陰離子分散松香膠的中性施膠。在中性或近中性條件下,能夠預水解的聚合氯化鋁(PAC)水解成分子量較大得多的絡合物,其帶有大量的正電荷即陽離子聚集體,保持著較高的正電性。所以聚合氯化鋁與陰離子分散松香膠通過陰離子絡合成網絡分子,并于填料一起沉積在纖維的表面,受到纖維素負電荷的吸引,構成穩定的低自由能的膜,從而達到中性施膠的目的。

        2、實驗

        2.1 實驗原料

        漿料 取自陜西某造紙廠干度為20%的漂白麥草漿,打漿度為37°SR。

        輔料 陰離子分散松香膠(市售商品,固含量50%,游離松香膠含量大于90%)、聚合氯化鋁PAC(市售,呈淡黃色粉末狀,Al2O3含量為25%,堿化度為75%)、陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)(分子量為600萬)。

        2.2 實驗工藝

        2.2.1 施膠工藝

        漂白麥草漿(濃度3%)→燒杯→陰離子分散松香膠→硫酸鋁→聚合氯化鋁→填料→助留劑(陽離子聚丙烯酰胺或陽離子淀粉)→稀釋→抄片(70g/m2

        注:用量均以質量百分比計

        2.2.2 紙張各項檢測均按照國標進行

        3、試驗結果與討論

        3.1 聚合氯化鋁和礬土作為沉淀劑對施膠效果影響的比較

        陰離子分散松香膠用量為1%,聚合氯化鋁用量為4%,礬土用量為5%,研究未加填紙頁在不同pH值下的施膠效果,結果見圖1。

        聚合氯化鋁在中性施膠中的應用

        由圖1可以看出:在pH值<6.0時,使用礬土作為沉淀劑的施膠效果好于聚合氯化鋁;在pH值>6.0,聚合氯化鋁作為沉淀劑的施膠效果優于礬土,且礬土的施膠效果明顯下降,在pH值=6.0時,采用礬土時,紙張的施膠度只有0.5mm,已不能滿足紙張施膠的基本要求。當pH值>6.0,聚合氯化鋁的施膠效果同樣也在下降,但下降的幅度小于礬土,在pH值6.5-7.0時施膠度為1.0mm,能夠滿足紙張的正常施膠。所以礬土在中堿性條件下不能滿足施膠要求,而聚合氯化鋁作為陰離子松香膠的沉淀劑時,在中性條件下能夠滿足施膠的要求。其主要原因是由于陰離子松香膠的施膠需要通過陽離子的物質來達到與纖維結合的目的,然而在中性條件下,礬土中的鋁由于發生水解喪失其正電性,不能滿足留著松香的要求,而聚合氯化鋁在中性條件下仍有大量的正電荷即保持有一定數量對施膠有利的陽電荷聚集體,它與分散松香膠的顆粒通過陰離子絡合成網絡分子,并與填料一起沉積在纖維的表面,與纖維負電荷產生吸引,構成穩定的低自由能的膜,從而達到在中性條件下的施膠。

        3.2 聚合氯化鋁的用量對施膠度的影響

        聚合氯化鋁作為分散松香膠的沉淀劑,其用量對施膠效果影響非常大。用量過低,則會使正電性不足,不能滿足留著松香的要求,嚴重影響施膠效果;而過高則會使施膠成本上升太多。在陰離子分散松香膠用量1%,pH值7.0,15% CaCO3加填,聚合氯化鋁在不同用量對施膠效果的影響見圖2。

        聚合氯化鋁在中性施膠中的應用

        由圖2中可以看出,要達到較好的施膠效果,聚合氯化鋁的用量至少應達到4%。聚合氯化鋁的用量低于4%時,隨著用量的增加,施膠度在明顯上升,用量達到4%時,施膠度達到正常施膠的要求,聚合氯化鋁用量超過4%以后,雖然施膠效果更高,但對成本不利。同時聚合氯化鋁的用量不能太高,這是由于當用量過高,系統出現了陽電荷過剩,會使纖維的表面電荷由負變為正,從而影響紙張的勻度,以致降低施膠效果。

        3.3 陰離子分散松香膠用量對施膠效果的影響

        松香膠的加入量是施膠過程的重要環節,是保證施膠效果的重要因素。在聚合氯化鋁用量4%,pH值7.0,填料CaCO3用量為15%下,研究不同松香膠用量對施膠效果的影響,結果見圖3。

        聚合氯化鋁在中性施膠中的應用

        由圖3可以看出,隨著松香膠用量的增加,手抄片的施膠度不斷上升,當陰離子分散松香膠的加入量<1.2%時,施膠度上升比較快;之后隨著陰離子分散松香膠用量的增加,施膠度上升的趨勢并不是很明顯,當陰離子分散松香膠的加入量為1%時,施膠度達到一般紙張的施膠要求。這說明一定量的紙漿需要吸附一定量的陰離子分散松香膠才能達到一定的憎液性,所以選擇陰離子分散松香膠的用量為1%。

        綜上所述:我們確定聚合氯化鋁用于陰離子分散松香膠的施膠工藝為分散松香膠用量1%,聚合氯化鋁用量為4%,施膠pH值7.0,填料用量(CaCO3)為15號。

        3.4 助留劑的選擇與用量

        在分散膠-聚合氯化鋁施膠體系中,只有合理選擇和應用助留劑才能得到更佳的施膠效果。由于助留劑的種類與用量與聚合氯化鋁的合理搭配非常重要,因此我們對助留劑的種類與用量進行了探索。

        3.4.1 陽離子聚丙烯酰胺與聚合氯化鋁配合的施膠效果

        CPAM是水溶性高分子助留劑,也可以用作水處理劑和表面施膠劑,它可直接與纖維和填料形成靜電吸附,使之留著,同時亦可通過橋聯作用與纖維結合達到助留的目的,對于中高相對分子量的CPAM主要通過架橋絮凝作用達到助留效果,所以CPAM在造紙工業中有著廣泛的應用。我們在分散松香膠用量1%,聚合氯化鋁用量為4%,施膠pH值7.0,填料用量(CaCO3)為15%下研究陽離子聚丙烯酰胺用量對施膠效果的影響,結果見圖4。

        聚合氯化鋁在中性施膠中的應用

        由圖4可知:當CPAM用量為0.03%-0.04%時,施膠效果能夠滿足一般文化用紙施膠要求。當用量較小,助留效果不足,當用量過大,則由于過度絮凝降低紙頁勻度,使施膠效果降低。因此當使用CPAM作為施膠助留劑時,選擇用量為0.03號。

        3.4.2 陽離子淀粉對施膠度的影響

        陽離子淀粉在淀粉及其改性物中具有明顯的助留效果,能與漿料中的負電性的纖維和填料以靜電力結合,減少纖維和填料的流失,同時保證松香膠更好的留著。一般添加量增加時,可改善其助留效果,使得施膠度有明顯的提高,所以各種品級的紙張都要采用它。我們在分散松香膠用量1%,聚合氯化鋁用量為4%,施膠pH值6.5,填料用量(CaCO3)為15%下研究陽離子淀粉用量對施膠效果的影響,結果見圖5。

        聚合氯化鋁在中性施膠中的應用

        由圖5可知:當淀粉加入量<0.6%時,隨著淀粉加入量的增加,手抄片的施膠度基本不變,加入量>0.6%時,施膠度隨CS用量增加而增加。說明陽離子淀粉的添加可以促進施膠度的提高,因為陽離子淀粉與纖維靜電力結合,使得陽離子淀粉被吸附在纖維表面,吸附產生的附加氫鍵力又導致纖維之間的結合增強,并把細小纖維,填料連接在一起形成網狀結構,使其具有助留作用。

        從以上實驗結果可知:CPAM、CS對陰離子分散松香膠的中型施膠具有較強的增強作用,但考慮到施膠成本,選擇CPAM作為陰離子分散松香膠中型施膠的增強劑,用量為0.03%。

        綜上所述,陰離子分散松香膠中性施膠較佳工藝為:分散松香膠用量1%,聚合氯化鋁用量為4%,施膠pH值7.0,填料用量(CaCO3)為15%,助留劑CPAM用量0.03%。

        3.5 陰離子分散松香膠中性施膠對紙頁強度的影響

        表1 聚合氯化鋁與礬土施膠后紙頁強度比較

        定量(g/m2 松香膠用量(%) 沉淀劑 填料用量(%) pH值 施膠度(mm) 斷裂長(km) 撕裂指數(mN·M2/g)
        70 1 4%PAC 15%CaCO3 7.0 1.00 4.8 6.53
        69 1 5%礬土 15%CaCO3 5.0 0.75 4.3 6.5

        從表1可知:使用聚合氯化鋁施膠后紙頁的裂斷長比使用Al2(SO4)3施膠后紙頁的裂斷長略有增加,兩者撕裂指數相差不大。這主要是聚合氯化鋁施膠的pH值接近中性,在中性條件下,纖維更易吸水潤漲,這樣有利于纖維之間的結合,從而使紙張的裂斷長增加,同時由于聚合氯化鋁具有一定的絮凝、助留作用,可以提高細小纖維的留著率,也可以使紙張強度增加。撕裂指數主要取決于纖維的平均長度,所以在試驗中變化不大。

        4、總結

        (1)聚合氯化鋁在一定的施膠工藝下,可以用于陰離子分散松香膠的中性施膠。

        (2)聚合氯化鋁用于中性施膠的較佳工藝條件:分散松香膠用量1%,聚合氯化鋁用量為4%,施膠pH值7.0,填料用量(CaCO3)為15號,助留劑陽離子聚丙烯酰胺用量0.03%,施膠度(劃線法)1.00mm。

        (3) 用聚合氯化鋁在中性條件下施膠紙頁的裂斷長較酸性施膠紙頁的裂斷長有所提高。

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