化學(xué)助劑在新聞紙生產(chǎn)應(yīng)用中的機(jī)理與實(shí)踐
王雄波
(廣州造紙股份有限公司,廣東廣州510281)
摘 要:本文論述造紙化學(xué)助劑在新聞紙生產(chǎn)中的應(yīng)用,主要是介紹固著劑、增強(qiáng)劑與助留劑、助濾劑等濕部化學(xué)品的應(yīng)用機(jī)理與實(shí)踐。
關(guān)鍵詞:化學(xué)助劑;新聞紙;機(jī)理;實(shí)踐
中圖分類號:TS761. 1;TS727+. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號: 1671-4571(2010)06-0093-04
建廠歷史悠久、以專業(yè)生產(chǎn)新聞紙著稱的廣州造紙股份有限公司(原廣州造紙廠),曾經(jīng)擁有多臺長網(wǎng)多缸式造紙機(jī),采用中國南方馬尾松木材為造紙?jiān)?全木漿生產(chǎn)新聞紙。它除了在酸法造紙工藝中需要添加硫酸鋁,加填需用滑石粉、染色用染色劑(品紅、堿性紫)、以及殺菌劑、消泡劑等化學(xué)品之外,一般很少用或者不用其他類型造紙化學(xué)助劑。這是因?yàn)?廣紙?jiān)?993年前,新聞紙生產(chǎn)用的漿料是磨石磨木漿,它含有大量木素與細(xì)小纖維,這不僅使新聞紙的紙張強(qiáng)度低,而且嚴(yán)重地干擾了助劑的作用。還有,新聞紙是屬于較低級的印刷紙類,生產(chǎn)者獲利甚微。工廠的經(jīng)營管理,只能采用薄利多銷、以積“小賺”為“大賺”的營銷策略?；瘜W(xué)助劑價(jià)格偏高,還是盡量少用或不用為佳?？梢赃@樣說,化學(xué)助劑在中國新聞紙行業(yè)中應(yīng)用的數(shù)量,相對于其他紙種(如:衛(wèi)生紙、瓦楞紙、涂布加工紙類……)來說是較少的?？墒?時過境遷,現(xiàn)代化新聞紙的生產(chǎn),是采用大型、寬幅、高速的夾網(wǎng)造紙機(jī)來抄造,并摻有部分廢紙回用,甚至是以全廢紙(舊報(bào)紙+舊雜志紙)作為原料,以便更好地利用廢紙資源和保護(hù)地球環(huán)境,這就給新聞紙生產(chǎn)工藝提出了新課題。在紙張抄造過程中,突出暴露出在漿料強(qiáng)度、紙頁勻度和細(xì)小纖維留著、網(wǎng)部濾水速率等技術(shù)問題,需要認(rèn)真考慮助劑的參與和應(yīng)用。于是,人們便對紙機(jī)的濕部化學(xué)進(jìn)行了探索與研究,設(shè)想選擇一些少而精、效果好、既經(jīng)濟(jì)可行、又方便實(shí)用的化學(xué)助劑;優(yōu)選其合適的添加地點(diǎn)和方法;并探索微量助劑與大量漿料懸浮液的均勻混合工藝;然后,在生產(chǎn)實(shí)踐過程中,不斷調(diào)整、改進(jìn)與完善。使用全廢紙脫墨漿在現(xiàn)代高速(車速1800 m/min)夾網(wǎng)造紙機(jī)上,能生產(chǎn)出定量為45~48g/m2的合格新聞紙,而且能與用全木漿生產(chǎn)的紙張質(zhì)量相媲美。
1 濕部化學(xué)助劑的選擇
可供新聞紙生產(chǎn)選用的造紙化學(xué)助劑,世界各化學(xué)品制造公司經(jīng)過競爭性開發(fā),已經(jīng)有許多品種上市。主要包括有:固著劑、增強(qiáng)劑、染色(調(diào)色)劑、助留劑、助留/助濾劑、助濾劑、殺菌劑、消泡劑等化學(xué)品。但是,鑒于新聞紙是屬較低品位的印刷紙,生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品成本極為敏感,因此,對添加化學(xué)品后的實(shí)際效果與所增加的費(fèi)用,需認(rèn)真進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算。
1. 1 固著劑
若干年之前,廣紙用酸性造紙工藝生產(chǎn)新聞紙時,主要添加的化學(xué)品就是硫酸鋁。帶陽電荷的鋁離子,能把漿料中帶陰離子物質(zhì)吸附并固著在纖維上。硫酸鋁本身就是一種很好的無機(jī)類造紙固著劑,而且,它還有降低漿料顆粒表面的Zeta電位、使細(xì)料發(fā)生聚集的功能。
當(dāng)新聞紙生產(chǎn)工藝改為中性造紙后,則要求少用或不用硫酸鋁,需要選用其他的陽離子聚合物、高電荷密度的固著劑,如:聚合氯化鋁、聚合氧化鋁絡(luò)合物等化學(xué)品來替代,其作用機(jī)理還是逮住和中和漿料中的陰離子垃圾,并把細(xì)料在纖維上固著,以減少陰離子垃圾對添加化學(xué)助劑的干擾,但也需考慮到對紙張勻度的負(fù)面影響。1. 2 增強(qiáng)劑采用全廢紙脫墨漿生產(chǎn)新聞紙,除了可添加化學(xué)木漿、用長纖維補(bǔ)充紙張強(qiáng)度之外,還可以考慮應(yīng)用化學(xué)助劑的輔助。現(xiàn)在,人們把用來增進(jìn)纖維間的氫鍵結(jié)合力,以提高紙張物理強(qiáng)度的化學(xué)助劑,稱之為增強(qiáng)劑。它又可細(xì)分為濕強(qiáng)度助劑和干強(qiáng)度助劑兩大類。新聞紙生產(chǎn)常用的是干強(qiáng)度助劑,一般多是以變性淀粉、陽離子聚丙烯酰胺為主。選用時,下列各相關(guān)因素可供參考:
1. 2. 1 為直鏈或線性聚合物
因?yàn)榧垵{纖維素是由氧橋鍵合的直鏈葡萄糖基組成。直鏈或線性聚合物對紙漿纖維素有更好的親和力,可增加橋聯(lián)機(jī)會。如果是支鏈聚合物,則可能使纖維素產(chǎn)生“過密絮凝”現(xiàn)象。
1. 2. 2 合適的聚合分子量
適用于新聞紙漿料的干強(qiáng)度劑,其分子量應(yīng)該選擇在接近纖維素的分子量即105~106為宜。過高分子量的聚合物,粘度高,絮凝作用力極強(qiáng),容易造成紙漿的局部絮聚,破壞纖維均勻交織,惡化紙頁勻度,對提高紙張強(qiáng)度不利。
1. 2. 3 低陽離子電荷密度
紙漿的纖維素帶陰離子電荷,帶陽離子電荷的干強(qiáng)度助劑可與纖維素形成離子鍵,以增加結(jié)合強(qiáng)度。如果是采用帶陰離子型的干強(qiáng)度助劑,則需要在硫酸鋁、或其他有機(jī)陽離子固著劑存在的條件下,才能與纖維素起復(fù)合結(jié)合作用。纖維素的電荷密度較低,陽離子干強(qiáng)度助劑的電荷密度也需相應(yīng)匹配,不需要太高,一般是采用低電荷密度(10%以下)的助劑。
1. 2. 4 有薄膜覆蓋性
如果聚合物能在纖維的表面形成一層薄膜,就可提高纖維表面的結(jié)合強(qiáng)度。因此,選用淀粉(陽離子淀粉、兩性淀粉)糊化,乃是作為造紙助劑的關(guān)鍵要素。陰離子淀粉適用于酸性造紙,中性造紙不適用。不管是采用什么種類的淀粉,其最高糊化溫度,一定要與所選用的該淀粉產(chǎn)品性能相適應(yīng),操作時要密切注意調(diào)節(jié)、控制好溫度;無論是采用何種(間歇或連續(xù))糊化方式,都要防止局部過熱,以免造成淀粉降解。
1. 3 染色(調(diào)色)劑
歷來,廣紙是以南方馬尾松為原料制造磨石磨木漿并作為主要配料生產(chǎn)新聞紙的。曾使用過群青顏料,品紅、鹽基蘭、堿性紫染料作為漿料調(diào)色劑。1997年以后,曾在車速為1000m/min以下的紙機(jī)漿料中,添加過熒光增白劑,設(shè)想是利用該增白劑能反射可見光,并吸收紫外光而具有轉(zhuǎn)化成為可見光(蘭色或紅色)的熒光特性,以掩飾馬尾松磨木漿固有的黃色,起補(bǔ)色作用,從而提高新聞紙的白度。但是,這里必須明確:熒光增白劑不是漂白劑,它不能起任何漂白作用。應(yīng)用于廣紙?jiān)侣劶埳a(chǎn)工藝(上網(wǎng)漿中的磨石磨木漿含量50%以上、白度僅44% ISO),增白效果不佳。
當(dāng)前,廣紙的造紙?jiān)弦呀^大部分使用進(jìn)口的廢紙,并正在逐步提高國內(nèi)廢紙用量的份額,脫墨流程已采用兩段篩選、兩段洗滌、兩段漂白的工藝,廢紙脫墨后漿料的白度高達(dá)59% ISO,已不需調(diào)色劑的輔助。事實(shí)上,新聞紙白度的國家標(biāo)準(zhǔn)為50%ISO,沒有高白度要求。
1. 4 助留劑,助留/助濾劑,助濾劑
廣紙通常是把能通過Bauer—McNett篩分儀200目篩網(wǎng)的那部分漿料,稱為細(xì)小纖維,即是指那些能通過直徑為75μm網(wǎng)目的漿料。一般用來提高填料以及細(xì)小纖維等一類細(xì)料在紙張上留著率的化學(xué)品,就統(tǒng)稱之為助留劑。如果該種助留劑兼有改善漿料在濕部的濾水性能,并且均一紙頁定量的分布,則可稱之為助留/助濾劑。如果是以有助于提高紙機(jī)濕部濾水為主,則可稱為助濾劑。
1. 4. 1 助留劑
過去,生產(chǎn)新聞紙常用的硫酸鋁、陽離子淀粉等助劑都兼有助留效果。但近年選用的助留劑,則多為陽離子高分子聚合物。如:聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚氨基酰胺(PAE)、聚氧化乙烯(PEO)等。它們的長分子鏈可在纖維、填料和細(xì)小物料等空隙之間架橋,并將纖維表面的陰電荷逐步中和形成絮凝;從而提高留著率、并兼有加速漿料濾水功能。有一種非離子型的高分子聚合物———聚氧化乙烯(PEO),它除了有橋聯(lián)和鍵合的作用之外,還能與漿料中某些懸浮固形物形成獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)而有助留效果。廣紙?jiān)?7紙機(jī)(抄速為600m/min)的新聞紙上網(wǎng)漿料(含有TMP漿)中試用,顯示出有助留效果。
1. 4. 2 助留/助濾劑
任何濕部化學(xué)助劑在新聞紙機(jī)上的添加,必須要遵循造紙學(xué)的基礎(chǔ)理論,這就是:延緩網(wǎng)部前部脫水速率,有利于細(xì)料的留著和紙頁的成型,從而適當(dāng)提高漿料的首程留著率和紙頁的勻度;而在網(wǎng)部的后部,又能為紙頁加速濾水創(chuàng)造條件,盡量提高低效率真空吸水箱的脫水速率。換言之,所添加的化學(xué)助劑一定要有利于細(xì)料留著、紙頁成型和加快濾水速率的綜合效果。廣紙認(rèn)為:在高速夾網(wǎng)造紙機(jī)(車速1400~1800m/min)抄造新聞紙、添加化學(xué)助劑時,更是需要考慮實(shí)用的綜合效果。
一般用于新聞紙生產(chǎn)的助留劑,都兼具有一定的助濾作用。這是因?yàn)?助留劑是一種聚合電解質(zhì),對漿料能起到絮凝和凝聚作用,把漿料中的細(xì)料集結(jié)在纖維的表面或束縛在纖維的周圍,形成了絮凝團(tuán),在脫水過程中,這些絮凝團(tuán)與纖維一起沉積構(gòu)成漿層,不讓細(xì)料去堵塞網(wǎng)眼與阻隔脫水通道,從而具有一定的助濾作用。此外,助留劑的長分子鏈還具有架橋作用,形成一定數(shù)量的絮凝塊,增加多孔性濾水通道,起到助濾的效果。
1. 4. 3 助濾劑
為了加速紙機(jī)濕部紙頁的脫水,化學(xué)品制造廠家研發(fā)有各種牌號、各種專利配方的助濾劑,供用戶選擇。事實(shí)上,一般用作助留劑和電荷中和劑的所有助劑都可作為助濾劑,如:陽離子淀粉,就有增強(qiáng)、助留、助濾作用。又如:聚乙烯亞胺(PEI),單獨(dú)使用有提高濾水作用,但二元系統(tǒng)效果最好,如在新聞紙生產(chǎn)上應(yīng)用的話,用0. 1 % PEI和0. 025 %APAM(陰離子聚丙烯酰胺),其濾水效果很好[5]。實(shí)際上,APAM是不能單獨(dú)作助濾劑的。但國內(nèi)外化學(xué)品生產(chǎn)廠家通過配方改變,研制出一些有效的新產(chǎn)品來。
2 化學(xué)助劑在新聞紙中的應(yīng)用
2. 1 固著劑
新聞紙生產(chǎn)采用中性造紙工藝后,硫酸鋁作為無機(jī)固著劑,在廣紙已基本停用,只有個別紙機(jī)有時有少量應(yīng)用,目前各臺紙機(jī)應(yīng)用的是有機(jī)類固著劑。
2. 2 增強(qiáng)劑
用以提高新聞紙的表面強(qiáng)度,廣紙是使用陽離子淀粉。從天然植物而來的原淀粉,有些性質(zhì)已不適合造紙工業(yè)的要求,不宜直接投入應(yīng)用,需要進(jìn)行化學(xué)變性處理,即通過化工廠再加工,以保證獲得好的應(yīng)用效果。目前市場上的陽離子淀粉,就是由原淀粉與胺類化合物反應(yīng)生成含有氨基和銨基的醚衍生物,氮原子上帶有正電荷,故得名,它從屬變性淀粉的一種。
早在1991年,四川省宜賓造紙廠在生產(chǎn)新聞紙(原料用過熟冷杉)的紙機(jī)上添加陽離子淀粉,以提高紙張強(qiáng)度的嘗試。他們認(rèn)為:陽離子淀粉有一定量的鍵鏈,存在著鍵合能量,能改善紙的表面強(qiáng)度和結(jié)合強(qiáng)度。對陽離子淀粉的選擇,取代度是很重要的指標(biāo)。適合新聞紙應(yīng)用的淀粉,以0. 02~0. 03的低取代度為佳。該廠試驗(yàn)還表明:取代度低,助留效果差;取代度高,強(qiáng)度反而下降。得出的結(jié)論是:在淀粉添加量為0. 5% (對絕干漿料計(jì))的條件下,淀粉對新聞紙的增強(qiáng)效果極其有限,往往需要增加其添加量方能奏效。
2009年,廣紙?jiān)诟咚?車速1800m/min)的夾網(wǎng)造紙機(jī)的漿料中,用淀粉作過“提高新聞紙強(qiáng)度”的試驗(yàn),采用取代度較高、添加量為0. 8%的陽離子淀粉,使用雙元助留、助濾系統(tǒng),新聞紙有增強(qiáng)效果。
陽離子淀粉除了對新聞紙紙張有增強(qiáng)作用外,對細(xì)小物料也有助留效果。廣紙?jiān)谛侣劶埣犹詈?紙張有掉毛、掉粉紙病時,紙機(jī)漿料中添加的陽離子淀粉也有一定的消除作用。
2. 3 助留劑、助濾劑
在高速夾網(wǎng)造紙機(jī)上生產(chǎn)新聞紙,助留劑、助濾劑在漿料的添加,已成為必需的化學(xué)品。特別是目前國內(nèi)生產(chǎn)新聞紙的原料,大部分已從全木漿轉(zhuǎn)向摻用部分廢紙或全廢紙,促進(jìn)化學(xué)助劑應(yīng)用的增長。于是,化學(xué)品市場有各種牌號的造紙用助留劑、助濾劑銷售。化學(xué)品制造商、經(jīng)銷商云集紙廠,提供助劑樣品供作試驗(yàn)。工廠可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要擇優(yōu)應(yīng)用。
此外,還有新型微粒子助留體系,助劑價(jià)格較高,導(dǎo)至新聞紙成本升高,值得探索和研究,廣紙沒有使用。
3 結(jié)束語
(1)新聞紙屬較低級印刷紙,利潤甚微。而助劑價(jià)格相對較高,生產(chǎn)如有需要,可考慮選擇助劑的輔助,但還是盡量少用為佳。淀粉雖然價(jià)格較為便宜,但添加用量大;高分子聚合物添加量少,但價(jià)格高昂。
(2)助劑多數(shù)都是帶離子的化學(xué)物,助劑體系寧簡勿繁,能用單元助劑就不用多元助劑系統(tǒng)。幾種不同性質(zhì)的助劑先后或同時加到漿料中來,助劑與助劑之間的功能,或互相促進(jìn),或互相抵消,或各不相關(guān),其結(jié)果是增加漿料中的離子垃圾,給白水回用和廢水處理帶來困難。
(3)任何化學(xué)助劑的采用,需在工廠經(jīng)實(shí)地試驗(yàn)、擇優(yōu)應(yīng)用。
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文章來源：中國化學(xué)試劑網(wǎng)
