高速纸机保留助剂zili

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1、高速纸机用保留助剂吴文栈(译)一、摘要：在保留系统中使用微粒子(microparticles)是一种已得到广泛验证的作法，利用膨润土(bentonite)和硅胶(colloidalsilica)作为絮凝剂。然而不断提高的纸机车速会造成更大的剪力，该剪力会破坏絮状物而降低保留率，因此化学供货商一直在寻求提高絮状物强度的方法。一种第五代硅胶粒子保留助剂系统，目前被用于高速狭缝成形器(gapformer)的高剪力强度条件下，这些微粒子与阳性淀粉或阳离子聚合物并用时，有助于形成较小、较紧密、强度更大的絮状物。过去五年在微粒子技术上的发展，扩大了

2、其潜在应用的范围，因而可用于难度更大的造纸系统，如轻磅涂布纸、超压光纸、再生芯纸、再生瓦楞纸板等。本文介绍的五个案例研究，均显示出造纸厂商改变使用最新的硅胶微粒子，在生产效率、产品质量、成本效率等方面的改善。二、微粒子系统发展：纸业用硅胶微粒子于1980年代早期开始引进使用，第一代微粒子系统以阴离子硅胶与阳性淀粉配合使用，此系统主要用于文化用纸及纸板纸部份，因其含有较多填料及处女浆且要求强度。工厂不是使用此类微粒子系统就是较后发展的膨润土与聚丙烯酰胺(PAM)微粒子系统。这些系统提高了保留(尤其是填料)、改善滤水、提高强度。因滤水改善而

3、得到较好交织、较高剪力抗力及较均匀纸张(减少两面性)，比单系统及其它双聚合物系统提供较干净系统。目前约有25个国家300部纸机使用硅胶微粒子系统，大部份为文化用纸、处女浆板及袋用纸，然而近3~5年有更多不同纸机由此技术优点获益，由于厂商致力于此系统研究发展，及对湿端化学与微粒子保留脱水系统反应机理更进一步的了解，开发了许多潜在使用者。随着技术进步，第二、三、四及第五代阴离子硅胶相继出现，及选择性的阳离子成份如花豆胶(guargum)、PAM、高阳电荷淀粉等的发展。这些进步，为更多不同造纸系统如轻磅涂布纸(LWC)、超压光纸(SC)、裱面

4、纸板、芯纸等开启另一扇门。三、微粒子机理：于硅胶微粒子系统中，阳离子成份(淀粉、花豆胶、PAM)提供柔韧性及纤维键结能力，在阴离子微粒子加入之前，正确调整系统的电荷性是很重要的。阴离子过量的系统影响键结问题；阳离子过量会使阳离子吸附微粒子却未有效定着将系统弄脏，甚至引起沉积物。为发挥微粒子最佳效果，在每一系统中寻找电荷平衡是很重要的。在大多数的例子中，这是很容易完成，但完整的湿端调查对于最大效果的应用可获得较佳的认知。淀粉、高分子、阴离子捕捉剂(anionictrashcatcher，ATC)一般加于硅胶微粒子之前，然而，添加点及添加种

5、类经常比添加量重要，大部份只要添加足够淀粉达到需求纸力就可获得良好的微粒子效果。若纸张强度并非重点，或纸厂不是选择使用淀粉，那阳离子提供者就是阳离子性的PAM(C-PAM)。确保最适的化学品添加点及添加顺序将可在纤维及填料获得合适的吸附及良好的微粒子效果。有时需在前端加入ATC控制阳性需求，而ATC的选择根据实验室筛选结果，一般为有机聚胺(polyamine)或无机PAC(polyaluminumhydroxychloride)。阳性淀粉或PAM在ATC之后加入，经常加于扇泵或压力筛之前，形成纤维、纤细物及填料初步的絮凝，这些絮状物当遭

6、受泵或压力筛剪力破坏(主要是淀粉/聚合物键的破坏)，分散的絮状物接着与阴离子硅胶粒子反应，形成较小但密实且强度较大的絮凝，如图1所示。图1：加入阳离子聚合物及硅胶微粒子后絮凝结构变化微粒子系统有能力在网上及白水中产生再絮凝，在高紊流下产生高剪力抗力，此为微粒子系统主要强度之一。此系统再絮凝的能力将改善纸机过滤系统的效率，再絮凝也使湿纸匹有较高的微孔隙，使其较易脱水及干燥。由于网部较快的滤水，造纸者可以增加精炼程度或降低头箱浓度，以机械方式分别改善强度或交织。此微粒子保留系统的脱水能力，可以提高压水部效率，藉由较低的伏辘水份及压水部较高的

7、水份去除，这些特性经常可以改善压水部运转性。使用微粒子系统，在保留、脱水及强度方面有正面影响，具有生产力、成本效益及质量方面的优点。如图2在高剪力下使用硅胶微粒子系统的利益。图2：使用硅胶微粒子系统的优点四、新的硅胶粒子系统：在早期的微粒子系统中，以阴离子硅胶与阳性淀粉合并使用，于1992年，发展以特殊设计的结构性硅胶(高聚集度)与阳性聚丙烯酰胺(C-PAM)合并使用。图3为早期的低聚集度硅胶及新发展的高聚集度硅胶分子。高聚集度的硅胶分子在微粒子系统中与C-PAM的反应明显较其它聚集度分子为佳，图4为低、中、高聚集度硅胶与C-PAM的反

8、应性比较。高聚集度硅胶主要的粒径大小约为2-3nm，表面积约900m2/g。在硅胶球体中主要为共价硅氧烷(siloxane)键结，此键结强度足以抵抗造纸机械中的剪力破坏。合成的C-PAM其分子量约4百万至1