適用于高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的漿內(nèi)干強(qiáng)劑

適用于高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的漿內(nèi)干強(qiáng)劑

造紙?jiān)现袕U紙比例不斷增加，使紙漿纖維質(zhì)量變差；白水閉封程度不斷提高，使?jié){料系統(tǒng)電導(dǎo)率上升。造紙濕部的這些環(huán)境因素的變化使各種漿內(nèi)添加劑均不能發(fā)揮應(yīng)有的效果。該文介紹了新開(kāi)發(fā)的適用于高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的干強(qiáng)劑——新型兩性聚丙烯酰胺（新型兩性PAM）。由于新型兩性PAM的離子密度增加，在高電導(dǎo)率條件下能形成聚離子復(fù)合體，比傳統(tǒng)兩性PAM具有更高留著率。該文同時(shí)介紹了新開(kāi)發(fā)的適用于高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的噴淋型干強(qiáng)劑，并通過(guò)新型兩性PAM和新型噴淋型干強(qiáng)劑的聯(lián)合使用，發(fā)揮了比單獨(dú)使用新型兩性PAM更好的紙張?jiān)鰪?qiáng)效果。

1　序言

造紙?jiān)现袕U紙比例不斷增加，使紙漿纖維質(zhì)量變差；白水閉封程度不斷提高，陰離子垃圾增加，使?jié){料系統(tǒng)電導(dǎo)率上升。造紙濕部的這些環(huán)境因素的變化使各種漿內(nèi)添加劑均不能發(fā)揮應(yīng)有的效果。近年來(lái)，漿料系統(tǒng)電導(dǎo)率超過(guò)3.0 mS/cm的情況屢見(jiàn)不鮮，有時(shí)甚至不得不在5.0 mS/cm以上的條件下進(jìn)行生產(chǎn)。因此，需要開(kāi)發(fā)出在高電導(dǎo)率條件下也能發(fā)揮良好增強(qiáng)效果的化學(xué)品。

2　傳統(tǒng)的漿內(nèi)添加PAM

漿內(nèi)添加干強(qiáng)劑通常使用同時(shí)具有陽(yáng)離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)的兩性聚丙烯酰胺（兩性PAM）。紙漿纖維因其表面帶負(fù)電，為了使?jié){內(nèi)添加干強(qiáng)劑直接被纖維吸附，干強(qiáng)劑中需要有陽(yáng)離子基團(tuán)；同時(shí)在硫酸鋁作為定著劑使用的情況下，漿內(nèi)添加干強(qiáng)劑的陰離子基團(tuán)部分通過(guò)硫酸鋁的陽(yáng)離子基團(tuán)被纖維表面吸附。而具有陽(yáng)離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)的兩性PAM由于聚合物之間的相互作用，形成聚離子復(fù)合體（PIC）。PIC的形成使PAM比較容易在纖維表面留著，也就能夠提高紙張強(qiáng)度；并且，隨著聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的提高，凝聚性也有望增強(qiáng)。PIC的形成取決于兩性PAM中存在的陽(yáng)離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)的平衡，而兩性PAM在高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)中受陰離子垃圾的電荷遮蔽效應(yīng)影響，較難形成PIC。因此，纖維的凝聚性差，PAM在纖維上的吸附率低，隨之產(chǎn)生紙張強(qiáng)度低的問(wèn)題；為此，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)了能夠適用于高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的漿內(nèi)添加化學(xué)品——新型兩性PAM和新型噴淋型干強(qiáng)劑。

3　適用于高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的兩性PAM

3.1開(kāi)發(fā)理念

高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的兩性PAM的開(kāi)發(fā)理念是：維持高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)內(nèi)兩性PAM間的靜電相互作用，形成PIC；PIC與纖維產(chǎn)生強(qiáng)烈相互作用，獲得高凝聚性和吸附性。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，考慮提高聚合物中的陽(yáng)離子/陰離子電荷密度（相比傳統(tǒng)的兩性PAM）。因?yàn)椋咕酆衔镏械碾姾删植看嬖诨ㄌ岣唠姾擅芏龋┍确稚⒌臓顟B(tài)能使靜電相互作用變得更強(qiáng)。圖1為高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)PIC形成的示意圖。

圖1　高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)PIC形成的示意圖

3.2高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)內(nèi)纖維表面的 Zeta電位測(cè)定

為了確認(rèn)在高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的纖維表面的電位狀態(tài)，測(cè)定了細(xì)小纖維（LUKP）的Zeta電位。圖2顯示了漿料系統(tǒng)細(xì)小纖維Zeta電位與電導(dǎo)率的關(guān)系。

圖2　細(xì)小纖維Zeta電位與漿料系統(tǒng)電導(dǎo)率的關(guān)系

由圖2可見(jiàn)，當(dāng)漿料系統(tǒng)的電導(dǎo)率上升時(shí)，漿料系統(tǒng)的細(xì)小纖維Zeta電位逐漸趨向于零。根據(jù)這一結(jié)果，在漿料系統(tǒng)高電導(dǎo)率條件下，纖維表面的吸附點(diǎn)（陰離子基團(tuán)部分）減少，兩性PAM在纖維表面上的吸附變得困難；因此可以認(rèn)為，使兩性PAM的陽(yáng)離子/陰離子基團(tuán)局部存在化的新型兩性PAM增強(qiáng)了靜電相互作用，有助于增進(jìn)高電導(dǎo)率條件下在纖維上的吸附。

3.3高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)內(nèi)形成PIC的確認(rèn)

為了確認(rèn)高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)內(nèi)PIC的形成的程度，測(cè)定了改變pH后的新型兩性PAM稀釋液的濁度。假定高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)用無(wú)機(jī)鹽調(diào)節(jié)至水的電導(dǎo)率為4.0 mS/cm，用該水稀釋新型兩性PAM后測(cè)定其濁度與其pH的關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3　新型兩性PAM稀釋液的濁度與其pH的關(guān)系

新型兩性PAM隨著pH的變化形成PIC，變成顆粒。顆粒越大，濁度越高。陽(yáng)離子基團(tuán)/陰離子基團(tuán)局部存在化的新型兩性PAM稀釋液的濁度在各種pH條件下都比傳統(tǒng)兩性PAM高。根據(jù)這一結(jié)果，揭示了漿料系統(tǒng)在高電導(dǎo)率條件下，新型兩性PAM的聚合物間的靜電相互作用增強(qiáng)，較易形成PIC；并且，可以通過(guò)兩性PAM的相對(duì)分子質(zhì)量等控制在高電導(dǎo)率條件下PIC的形成。

3.4抄片評(píng)價(jià)結(jié)果

瓦楞廢紙經(jīng)碎解、打漿后，將電導(dǎo)率調(diào)節(jié)到4.0 mS/cm，用于抄紙。硫酸鋁添加量1.0%，新型兩性PAM和傳統(tǒng)兩性PAM添加量均為0.2%～1.5%，測(cè)定其脫水量、兩性PAM在紙中的留著率和紙張強(qiáng)度性能（抄紙pH=6.5）。其檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)圖4和圖5。

圖4　干強(qiáng)劑添加量對(duì)脫水量（a）、紙種兩性PAM留著率（b）的影響

圖5　干強(qiáng)劑添加量對(duì)紙張耐破指數(shù)（a）、環(huán)壓指數(shù)（b）的影響

由圖4和圖5可見(jiàn)，新型兩性PAM表現(xiàn)出比傳統(tǒng)兩性PAM更高的脫水性。這是因?yàn)樾滦蛢尚訮AM比傳統(tǒng)兩性PAM在高電導(dǎo)率條件下容易形成PIC。由圖4和圖5還可見(jiàn)：使用新型兩性PAM后的紙張耐破指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)也比傳統(tǒng)兩性PAM的高；新型兩性PAM的紙中留著率比傳統(tǒng)兩性PAM留著率高。留著率的增加有助于紙張強(qiáng)度的提高。

4　適用于高電導(dǎo)率漿料系統(tǒng)的新型噴淋干強(qiáng)劑

4.1關(guān)于傳統(tǒng)噴淋干強(qiáng)劑和適用于高電導(dǎo)率條件下的新型噴淋干強(qiáng)劑

傳統(tǒng)噴淋干強(qiáng)劑通過(guò)“在聚合物之間形成PIC”及“聚合物中疏水基的疏水性相互作用”等2種作用，使之顆粒化，在濕紙中留著；但是，如果濕紙中的水分電導(dǎo)率較高時(shí)，噴淋后，PIC被破壞，干強(qiáng)劑的留著率下降，造成紙張強(qiáng)度下降；因此嘗試了通過(guò)在聚合物中加入特殊的無(wú)機(jī)物，成功地控制了顆粒的尺寸，即形成漿料系統(tǒng)在高電導(dǎo)率條件下也不會(huì)受到破壞的顆粒，以提高其物理性留著性。

圖6顯示了傳統(tǒng)噴淋干強(qiáng)劑和和適用于高電導(dǎo)率條件下的新型噴淋干強(qiáng)劑的顆粒照片。

圖6　傳統(tǒng)噴淋干強(qiáng)劑和新型噴淋干強(qiáng)劑的顆粒照片

由圖6可見(jiàn)，新型噴淋干強(qiáng)劑形成的顆粒較大。較大顆粒在漿料系統(tǒng)高電導(dǎo)率條件下不容易受到破壞。

4.2評(píng)價(jià)結(jié)果

噴淋干強(qiáng)劑的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖7所示（評(píng)價(jià)條件為：漿料系統(tǒng)的電導(dǎo)率分別為 1.4 mS/cm和 4.0 mS/cm，傳統(tǒng)噴淋干強(qiáng)劑和新型噴淋干強(qiáng)劑的添加量均為1.5%，抄紙pH=6.5）。

圖7　漿料系統(tǒng)的電導(dǎo)率對(duì)噴淋干強(qiáng)劑留著率（b）和紙張環(huán)壓指數(shù)（a）的影響

由圖7可見(jiàn)，在漿料系統(tǒng)高電導(dǎo)率條件下，傳統(tǒng)噴淋干強(qiáng)劑在紙中的留著率較低，紙張?jiān)鰪?qiáng)效果也較差。使用新型噴淋干強(qiáng)劑后，干強(qiáng)劑的留著率下降較少，紙張?jiān)鰪?qiáng)效果變化也較少。這可能是因?yàn)樾滦蛧娏芨蓮?qiáng)劑在高電導(dǎo)率條件下顆粒未遭到破壞，維持了新型噴淋干強(qiáng)劑在紙中的留著率。

5　新型兩性PAM和新型噴淋干強(qiáng)劑的聯(lián)合使用

在漿料系統(tǒng)高電導(dǎo)率并高化學(xué)品添加量條件下僅添加單一干強(qiáng)劑很難達(dá)到強(qiáng)度目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)聯(lián)合使用這次開(kāi)發(fā)的新型兩性PAM和新型噴淋干強(qiáng)劑可以發(fā)揮很好紙張?jiān)鰪?qiáng)效果，其評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖8（評(píng)價(jià)條件為：漿料系統(tǒng)的電導(dǎo)率4.0 mS/cm）。

6　總結(jié)

圖8　新型兩性PAM和新型噴淋干強(qiáng)劑聯(lián)合使用的效果

在漿料系統(tǒng)高電導(dǎo)率條件下，添加新型兩性PAM后使陽(yáng)離子/陰離子基團(tuán)局部存在化，比傳統(tǒng)兩性PAM較易形成PIC，達(dá)到較高的凝聚性和在纖維上的留著率，從而提高了紙張?jiān)鰪?qiáng)效果。新型噴淋干強(qiáng)劑通過(guò)加入特殊的無(wú)機(jī)物能成功控制聚合物的顆粒尺寸。在漿料系統(tǒng)高電導(dǎo)率條件下這種新型噴淋干強(qiáng)劑的紙中留著率比傳統(tǒng)噴淋干強(qiáng)劑高；并且，新型兩性PAM和新型噴淋干強(qiáng)劑的聯(lián)合使用能進(jìn)一步提高紙張的增強(qiáng)效果。

（杜偉民編譯）