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造纸白水封闭循环影响因素研究

袁广翔  
【摘要】:随着造纸白水封闭循环程度的提高,湿部环境逐渐恶化,现有的化学助剂往往无法获得正常的应用效果,给生产过程和纸产品性能都带来了不利的影响。以往的工作主要分别研究白水封闭循环中积累的阴离子DCS(溶解及胶体物质)以及无机盐电解质物质对造纸的影响,而阴离子DCS物质与无机盐电解质共同作用则往往被忽视。并且在研究无机盐电解质的影响规律的时候,通常仅以电导率为参数却没能考虑钙镁离子带来的硬度的影响。为此,本文选用了漂白桉木KP浆作为纤维原料,选用造纸白水封闭循环系统中最常见的钙盐和钠盐作为无机盐电解质的模拟物,还选用了松香酸钠,草酸钠,硬脂酸钠作为阴离子DCS物质的模拟物,研究分析了无机盐,阴离子DCS物质以及它们之间的相互作用对造纸湿部及纸页性能的影响。文章还将钙离子控制剂ACS应用于造纸过程,研究了其使用效果。论文研究结论如下: 钙离子对漂白桉木浆纤维的吸附过程不符合一级反模型,但是与伪二级反应动力学吻合度较高;吸附过程符合Langmuir等温吸附反应模型;298K,pH值为7.5时,漂白桉木浆羧基含量0.0366mmol/g,钙离子对漂白桉木浆吸附量为0.0165mmol/g,基本满足两个羧基吸附一个钙离子的模型。钙离子与纤维表面的羧基生成羧酸钙,纤维上带负电的活性羧基基团因此被屏蔽,从而影响了CPAM,AKD,CS等阳离子助剂的使用效果。钠离子对纤维羧基活性基团的吸附作用弱,对阳离子助剂性能的影响小 增加纸料中金属离子的浓度会对湿部和纸性产生以下影响:1,使纸料Zeta电位上升,钙离子的影响高于钠离子,纸料Zeta电位ζ随电导率σ以及初始Zeta电位值ζ0的变化符合以下的数学回归方程:使用氯化钙调节纸料电导率时ζ=0.388+0.988ζ0+0.202lnσ-0.0914lna×ζ0,使用氯化钠调节纸料电导率时ζ=-0.806+0.960ζ0-0.316lnσ-0.1021na×ζ0。2,使得未添加助剂的纸料滤水和留着性能上升而使得添加助剂的纸料滤水和留着性能下降,钙离子对纸料滤水和留着性能的影响大与钠离子。3,降低AKD的施胶效果,钙离子的影响大于钠离子。4,影响纸页的强度性能,对于抗张指数,耐破指数,耐折度的提升作用,钠离子比钙离子大;对于撕裂指数的削弱作用,钙离子又要大于钠离子。 DCS模拟物对湿部和纸性会产生以下的影响:1,使纸料留着滤水性能发生波动,但添加了PDADMAC,CPAM等助剂后,由于阴离子垃圾捕集剂等助剂对DCS模拟物的捕集作用,纸料的滤水和留着性能变得稳定;2,草酸钠使纸页施胶效果的下降。而随着松香酸钠和硬脂酸钠浓度的增加,纸页的施胶效果先上升后下降;3,明显降低纸页的强度性能。 钙离子与DCS模拟物的共同作用会对湿部和纸性产生影响:1,使纸料留着滤水性能下降。2,含有一定浓度DCS模拟物的纸料中增加钙离子的浓度,纸页的施胶性能先上升后下降。3,抑制纸料中DCS模拟物对纸页强度性能的影响,使纸页耐折度和抗张指数上升。相比于钙离子,钠离子与DCS模拟物的共同作用对湿部和纸性的影响较小。 实验分析得出,钙离子易与DCS模拟物生成沉积物,对纤维表面的活性羧基以及阳离子助剂能产生屏蔽作用,是影响化学助剂应用效果的最根本原因。钙离子是导致白水封闭循环难以实现的决定性因素。控制钙离子的影响则可以大大提高阳离子助剂的使用效果。此时尽管白水封闭循环中依旧会积累可观的钠离子,使得白水电导率保持在很高的水平,纸料的留着滤水性能,纸页的施胶,强度等性能仍然会大大高于钙离子未得到控制之前的状况。因此,控制钙离子的影响对于实现造纸白水封闭循环具有重大的意义。 一定浓度CaCl2(调节纸料电导率至4051μs/cm)和DCS模拟物(0.02g/L皂化松香+0.02g/L草酸+0.02g/L皂化硬脂酸)的纸料中:ACS添加量为0.12%时,纸料游离度由300ml升高到340ml;白水浊度从105NTU下降到47.6NTU。纸性方面,ACS添加量为0.4%时,纸页白度从80.61%上升到83.56%,Cobb值从73.5g/m2下降到42.2g/m2,各方面强度也有不同程度的提高。 ACS是一种实验室自制化学药品,它能够控制钙离子的影响,减少沉积物的生成,降低钙离子对阳离子助剂和纤维表面活性羧基基团的电荷屏蔽作用。将ACS用于湿部可以取得良好的应用效果。改变纸料中ACS的添加量和钙离子的浓度,检测各纸料的留着滤水性能和纸页性能指标,得出的数据经过回归分析计算,ACS的添加量AACS、钙离子浓度CCa针对纸料和纸页的各项性能指标的二阶回归方程如下:游离度=422-0.771CCa+269AACS+2.06AACS×CCa-2321(AACS)2 +3.00×10-4(CCa)2;白水浊度=37.2-0.117CCa-221AACS-0.782AACS×CCa+1290(AACS)2 +1.20×10-3(CCa)2;Cobb值=19.5+1.43×10-3CCa-10.1AACS-5.48×10-2AACS×CCa +78.3(AACS)2+5.10×10-5(CCa)2;撕裂指数:-0.335+5.28×10-4CCa+0.321AACS-6.23×10-4AACS×CCa-0.996(AACS)2+10-6(CCa)2;抗张指数=41.6-2.62×10-2CCa +28.0AACS+0.119AACS×CCa-153(AACS)2+1.01×10-4(CCa)2;耐破指数=2.11+4.18×10-3CCa-0.201AACS+8.28×10-3AACS×CCa+3.55(AACS)2-1.3×10-5(CCa)2;耐折指数=6.86+5.44×10-2CCa+18.7AACS+0.128AACS×CCa-129(AACS)2。ACS用量与钙离子浓度对纸料和纸页各项性能指标的回归方程的相关系数较高,证明了ACS对纸料和纸页性能的帮助源于对钙离子的控制。并且实际生产中可以根据纸料中钙离子的浓度计算出所需要添加的ACS的量,从而达到所需的纸料和纸页性能指标,这对于实现白水封闭循环具有重要的现实意义。


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