流式細胞儀在造紙涂布損紙控制中的應用

嚴麗（凱米拉（上海）管理有限公司，上海　201112）

?

流式細胞儀在造紙涂布損紙控制中的應用

嚴麗
（凱米拉（上海）管理有限公司，上海201112）

摘要：該文介紹了利用流式細胞儀表征造紙涂布損紙中疏水性顆粒的情況，并評價了化學品對于涂布膠乳（俗稱白樹脂）控制效果；同時將流式細胞儀測試結果與傳統的濕部測試如濁度、電荷需求量進行了對比。結果顯示，流式細胞儀是一種可以用來更好地反映造紙系統中疏水性顆粒的真實分布及相應化學品控制劑對于其控制效果的工具。

關鍵詞：流式細胞術；涂布損紙；白樹脂；膠粘物控制

流式細胞術是一種在流體狀態中通過特定熒光染料進行著色并對細胞或顆粒進行分類及計數的方法，被廣泛應用于細胞生物學、病理學及臨床檢驗等領域。基于流式細胞術的原理，結合制漿造紙纖維和水的懸濁液系統，造紙工作者將流式細胞術應用拓寬到造紙系統中疏水性顆粒的控制[1]，主要包括原生樹脂控制、回收纖維中膠粘物控制和生產過程中產生的黏性沉積的控制。

涂布紙的生產過程中會在原紙上進行涂布。在生產過程中涂布損紙進行回用時，需要對涂布損紙進行再碎漿并以一定配比配成漿料用于后續抄紙。來源于涂布損紙涂層中的黏結劑及表面活性劑等組分也會有固體或溶解的污染物[2-3]。現有文獻提到有方法可以對損紙中白樹脂進行控制[4]，但對于如何評估其作用效果，并沒有特別明確及通用的方法。

本實驗以某堿性文化紙廠紙機系統的漿料為原料，首先通過紙機系統中疏水性顆粒進行表征，然后通過加入不同的損紙控制化學品對控制效果進行評估；同時與傳統的濕部測試，如濁度和電荷需求量進行了對比。

1　實驗

1.1實驗原料

漿料：取自某堿性文化紙廠紙機系統的漿料樣品。

化學品：尼羅紅熒光染料（sigma-aldrich）；甲醇（thermo-fisher），色譜純級別；陽離子聚胺，市售；Fennofix K97，凱米拉。

1.2實驗儀器

DDJ動態濾水儀，美國；Partec流式細胞儀，德國；哈希2100P濁度計，美國；Mutec PCD-03電荷測試儀，德國；布氏漏斗。

1.3實驗方法

取300 mL漿料，加入動態濾水儀。打開攪拌，轉速為1 500 r/min。攪拌15 s后加入一定量的化學品，再以1 500 r/min的速度混合45 s。混合結束，將處理好的漿料倒入布氏漏斗進行真空抽濾。得到的濾液用哈希2100P濁度計、Mutec PCD-03電荷測試儀和Partec流式細胞儀分別檢測濁度、電荷需求量、疏水性顆粒濃度及平均粒徑。

2　結果與討論

2.1用流式細胞儀測定紙機系統漿料的疏水性顆粒的分布

該堿性文化紙廠紙機的漿料流程簡圖如圖1所示。收集到的損紙進入損紙塔存貯，再打到損紙濃縮機進行濃縮；經過除渣、篩選和凈化后，進入疏解機進行疏解；之后送到損紙中間槽用于與長短纖一起配漿，最后用于除渣、篩選、凈化及脫氣等工段進入流漿箱抄紙；從網部濾下來的白水經過回收處理在紙機系統循環使用。

圖1　紙機漿料流程

取該紙機系統中漿料及白水樣品，用于流式細胞儀分析。結果如圖2所示。

圖2　紙機系統疏水性顆粒的濃度及平均粒徑

從圖2可以看出：在整個紙機流程中，損紙中疏水性顆粒濃度明顯高于長短纖及流送系統；相對較低點中，混漿槽疏水性顆粒濃度相對較高，這可能與配漿過程中損紙漿的加入有關，從而引起了該處疏水性顆粒濃度的增加；對比平均粒徑的變化，隨著系統漿料稀釋的程度增加，白水中的疏水性顆粒平均粒徑最大，而損紙取樣點則相對較低；相比造紙過程中的其他助劑，涂料平均粒徑較小。所以，損紙中平均粒徑都較低；涂布量增加時，也會導致疏水性顆粒的濃度增加。因此對于涂布損紙中疏水性顆粒的有效控制顯得極為重要。

2.2不同類型的損紙控制劑對于損紙疏水性顆粒的控制效果

取壓力篩出口的損紙漿料，加入不同種類的損紙控制劑，對比其在相同用量下對損紙中疏水性顆粒的處理效果。結果見圖3。

從圖3可以看出，不同劑量的損紙控制劑加入后，疏水性顆粒的濃度與空白樣品有明顯變化。加入陽離子聚胺后，疏水性顆粒濃度都比空白樣品明顯下降。當加入量增加到2 kg/t（紙），疏水性顆粒濃度下降到最低；而由于化學機理的不同，K97對于疏水性顆粒控制情況與陽離子聚胺不同，加入K97后，疏水性顆粒濃度先增加再降低，當用量增加為1.5 kg/t（紙）后，濃度又開始增加。

圖3　不同損紙控制劑及其用量對疏水性顆粒濃度的影響

圖4為不同損紙控制劑及其用量對疏水性顆粒平均粒徑的影響

從圖4可以看出，不同損紙控制劑的加入對損紙中疏水性顆粒的平均粒徑也有影響。加入陽離子聚胺，平均粒徑明顯增加；而加入K97后，顆粒平均粒徑先是增加趨勢，當用量增加到1.5 kg/t（紙）時，平均粒徑下降；繼續增加用量，平均粒徑雖有所上升，但還是低于空白樣品。對比2種化學品對于疏水性顆粒平均粒徑的影響，相同用量下，陽離子聚胺比K97對于平均粒徑的增加要明顯。說明在使用陽離子聚胺的過程中，疏水性顆粒濃度雖然得到有效控制，但平均粒徑增加，發生了絮聚。

綜合疏水性顆粒濃度和平均粒徑可以知道，K97對于該損紙樣品在1.5 kg/t（紙）的添加量下，控制效果較好，不僅有效降低了顆粒的濃度，同時并沒有引起平均粒徑的增加，進而避免了造成沉積的可能性。

2.3不同損紙控制劑對于損紙濾液濁度和電荷需求量的影響

在上述實驗中，取DDJ濾液進行傳統的濁度和電荷需求量測定，用以評價其作用效果。結果分別見圖5和圖6。

從圖5和圖6可以看出：加入2種均為陽電荷的損紙控制劑后，原來損紙的電荷需求量都呈現下降趨勢，但陽離子聚胺下降趨勢更為明顯，這種區別來源于產品本身電荷密度的差異；濁度則表現出了不一樣的趨勢，加入陽離子聚胺后，濁度顯著下降，加入量的增加并沒有導致濁度繼續下降，而加入K97后，濁度是先增加后下降。

按照傳統對于濕部化學理解，由于濁度下降非常明顯，加入陽離子聚胺對于損紙的控制效果要優于K97；但結合流式細胞儀測試結果，該樣品中實際疏水性顆粒濃度在加入陽離子聚胺后雖然得到顯著下降，但是平均粒徑升高。這會引起疏水性顆粒再次絮聚和沉積的風險。以1.5 kg/t（紙）的加入量加入K97來控制損紙，可以有效降低疏水性顆粒的濃度，同時不會引起顆粒平均粒徑增加，進而避免產生二次絮聚和沉積的可能。

圖4　不同損紙控制劑及其用量對疏水性顆粒平均粒徑的影響

3　結論

圖5　不同損紙控制劑及其用量對于濁度的影響

圖6　不同損紙控制劑及其用量對電荷需求量的影響

流式細胞儀是可以用來評估造紙系統中的疏水性顆粒分布的很好工具，可以利用流式細胞儀對該堿性文化紙機系統疏水性顆粒分布進行測定。結果顯示損紙中疏水性顆粒濃度比其他取樣點要高，需要進行有效控制。不同損紙控制劑產品效果不同，陽離子聚胺可以有效降低濾液濁度；但流式細胞儀測試結果顯示，真正需要控制的疏水性顆粒在加入陽離子聚胺后雖然濃度得到了有效控制，但平均粒徑持續上升，這在后續紙張抄造過程中，會導致疏水性顆粒的二次絮聚和沉積。以1.5 kg/t（紙）的用量加入K97用于損紙控制，可以有效降低疏水性顆粒濃度和平均粒徑。

參考文獻：

［1］嚴麗，張向陽.流式細胞儀及其在造紙中的應用［J］.紙和造紙，2014，33（11）：30-32.

［2］杜海濤，劉春陽.涂布紙生產過程中的“白樹脂”問題及其控制［J］.中國造紙，2001，20（2）：41-42.

［3］Jouni Paltakari.Pigment coating and surface sizing of paper［M］.Second Edition Helsinki：Paper Engineers’Association，2009.

［4］杜成標，景宜.生物酶處理涂布損紙紙漿膠粘物的效果［J］.紙和造紙，2011，30（10）：61-63.

沉積物控制及微生物控制；E-mail：li.yan@kemira.com。

本文文獻格式：嚴麗．流式細胞儀在造紙涂布損紙控制中的應用[J]．造紙化學品，2016，28（1）∶24-27．

Application of Flow Cytometry in Coated Broke Control

YAN Li
（Kemira（Asia）Co.，Ltd.，Shanghai 201112，China）

Abstract：In this paper，flow cytometry was introduced to map hydrophobic particles in a fine paper machine and evaluate chemical performance on coating latex（white pitch）control.Traditional wet-end measurement like turbidity and charge demand were compared with results from flow cytometry.Results showed that flow cytometry is good tool to map hydrophobic particles phenomena in paper making system and evaluate different broke control chemicals performance on coated broke control.

Key words：flow cytometry；coated broke；white pitch control；stickies control

作者簡介：book=27,ebook=30嚴麗女士（1983-），女，高級工程師；研究方向：

收稿日期：2015-12-07

中圖分類號：TS734+.8

文獻標識碼：A

文章編號：1007-2225（2016）01-0024-04