造紙車間陰離子雜質(zhì)來(lái)源、危害及解決對(duì)策

紙引未來(lái)訊　　隨著涂布損紙、脫墨廢紙、高得率漿的使用及紙機(jī)白水循環(huán)封閉程度的提高，紙機(jī)濕部干擾性陰離子雜質(zhì)濃度越來(lái)越高，對(duì)紙機(jī)濕部操作的危害越來(lái)越大，并使一些陽(yáng)離子助劑效果變差。

　　尤其是隨著抄紙向堿性體系的轉(zhuǎn)化，硫酸鋁不再作為施膠固著劑加入到漿料中時(shí)，陰離子雜質(zhì)問(wèn)題變得更加突出。

　　了解有關(guān)陰離子雜質(zhì)的來(lái)源、危害及解決對(duì)策是非常必要的。

　　陰離子雜質(zhì)的來(lái)源

　　陰離子雜質(zhì)是指紙機(jī)濕部存在的所有溶解陰離子低聚物或多聚物及非離子型水解膠體物質(zhì)的總稱。

　　這些陰離子雜質(zhì)有不同的性能和來(lái)源:

　　(1)來(lái)自紙漿，如木素衍生物、半纖維素、脂肪酸等。

　　(2)來(lái)自陰離子助劑，如淀粉、CMC、有機(jī)酸、染料、殺菌劑等。

　　(3)來(lái)自填料分散劑，如聚磷酸鹽、聚丙烯酸酯等。

　　(4)來(lái)自造紙用水，如腐殖酸、殺菌劑等。

　　其中大部分有害陰離子雜質(zhì)來(lái)自紙漿，因此這里只介紹來(lái)自紙漿的陰離子雜質(zhì)的積累。從備料到抄紙的每一個(gè)環(huán)節(jié)都涉及到陰離子雜質(zhì)的積累。

　　在備料中，經(jīng)驗(yàn)表明：木材的長(zhǎng)期貯存對(duì)纖維強(qiáng)度和漂白過(guò)程有不良影響，但因此縮短貯存時(shí)間卻使萜烯類化合物等可揮發(fā)物質(zhì)沒(méi)有分離出來(lái);使粘性物質(zhì)，如酯化了的脂肪酸不能氧化和飽合，結(jié)果縮短貯存時(shí)間增加了紙漿中陰離子雜質(zhì)含量。

　　草類制漿中如果由于原料緊缺，使用新草制漿，也會(huì)由于草料中的果膠、淀粉等未經(jīng)自然發(fā)酵除掉而增加草漿中的陰離子雜質(zhì)含量。

　　在制漿過(guò)程中，木材和草類原料的成漿很大程度上取決于原料中木素、半纖維素、抽出物等的溶出，這些溶出物質(zhì)即構(gòu)成了抄紙?bào)w系中最主要的有機(jī)陰離子雜質(zhì)。

　　這些有機(jī)陰離子雜質(zhì)的量與制漿和漂白工藝條件、過(guò)程控制、漂白紙漿的洗凈程度等有著密切的關(guān)系。

　　一般說(shuō)來(lái)使用高得率漿和廢紙漿的紙廠含有最大量的陰離子雜質(zhì)，來(lái)自各種機(jī)械漿和半化學(xué)漿的陰離子雜質(zhì)主要是以木素磺酸鹽、腐殖酸和陰離子膠料形式存在的可溶物質(zhì)。

　　來(lái)自廢紙漿的陰離子雜質(zhì)主要是大量的木素衍生物和與廢紙紙種有關(guān)的其它陰離子雜質(zhì)。

　　使用涂布損紙或廢紙的紙廠又具有最高量和最復(fù)雜的陰離子雜質(zhì)。涂布損紙或廢紙，尤其是使用碳酸鈣和二氧化鈦的涂布損紙或廢紙，涂層中含有大量的陰離子分散劑，使用淀粉作粘合劑時(shí)比使用蛋白質(zhì)作粘合劑時(shí)需更多的分散劑，使陰離子雜質(zhì)濃度迅速增加。

　　就普通化學(xué)漂白漿而言，草漿比木漿含有更多的陰離子雜質(zhì)。而不論何種紙漿，紙漿的洗凈度低是引起漿中陰離子雜質(zhì)濃集的最直接原因。

　　在紙頁(yè)的抄造中，使用碳酸鈣作填料和涂布顏料時(shí)，即在中性或堿性條件下抄紙時(shí)，由于不能使用硫酸鋁作固著劑，使陰離子雜質(zhì)得不到中和;

　　此外在堿性pH下陰離子雜質(zhì)會(huì)電離出更多的陰離子基團(tuán);

　　而堿性條件下低分子量的半纖維素也可能從纖維細(xì)胞壁中溶解出來(lái)(這類物質(zhì)包括木糖和阿拉伯糖基的聚糖);

　　酸性條件下封閉在纖維細(xì)胞內(nèi)的一些膠體物質(zhì)在堿性條件下由于細(xì)胞壁的潤(rùn)脹，也可能被釋放出來(lái)。

　　堿性條件下抄紙會(huì)使可溶性陰離子雜質(zhì)濃度更高。

　　近年來(lái)，由于紙機(jī)白水體系封閉程度越來(lái)越高，而陰離子雜質(zhì)并不吸附在紙漿上，因此這些陰離子雜質(zhì)隨著白水的循環(huán)越積越多，封閉循環(huán)白水所造成的陰離子雜質(zhì)問(wèn)題遠(yuǎn)比紙漿本身嚴(yán)重。

　　陰離子雜質(zhì)對(duì)抄紙的影響

　　陰離子雜質(zhì)可以多種方式影響紙頁(yè)的抄造，如：

　　(1)影響紙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)：形成的附聚物(樹(shù)脂、白樹(shù)脂、粘附物)降低紙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能，增加斷頭次數(shù)。

　　(2)影響助劑效能：對(duì)施膠劑、干強(qiáng)劑、濕強(qiáng)劑、助留助濾劑、染料等的作用效果均有不利影響。

　　(3)影響紙頁(yè)質(zhì)量：降低紙頁(yè)勻度，降低紙頁(yè)不透明度和亮度，引起小孔和暗點(diǎn)，降低紙頁(yè)強(qiáng)度。

　　總之，陰離子雜質(zhì)是以兩種機(jī)理影響抄紙的，一是其高陰電性使紙漿的陽(yáng)電荷需要量非常高，加入陽(yáng)離子助劑，如助留助濾劑、增強(qiáng)劑等，陰離子雜質(zhì)首先與這些聚合物發(fā)生中和反應(yīng)，消耗大量陽(yáng)離子助劑(一般陽(yáng)離子助劑并非有效的電荷中和劑)，有可能使陽(yáng)離子應(yīng)用技術(shù)生產(chǎn)工藝助劑完全失效，其高陰電性也影響紙漿中細(xì)小纖維的絮聚，從而影響到紙漿的留著和濾水。

　　因此陰離子雜質(zhì)含量常用漿料濾出液的陽(yáng)電荷需要量表示。再就是陰離子雜質(zhì)隨著不斷積累，與其它物質(zhì)或自身結(jié)合形成附聚物或配合物而從水溶液中沉積出來(lái)，如果沉積在填料、細(xì)小纖維和纖維上,會(huì)減少纖維間的氫鍵結(jié)合，因而降低了纖維間的結(jié)合強(qiáng)度和紙頁(yè)亮度，如果在紙頁(yè)抄制中留在網(wǎng)部、管道及毛毯中，則會(huì)堵塞抄紙網(wǎng)、毛毯，在壓榨部引起粘輥，增加紙頁(yè)斷頭次數(shù)，并在紙頁(yè)上出現(xiàn)暗點(diǎn)，同時(shí)也會(huì)干擾紙頁(yè)的施膠、染色等。

　　紙機(jī)濕部的陰離子雜質(zhì)的解決辦法

　　解決陰離子雜質(zhì)問(wèn)題的最好方法是減少或避免陰離子雜質(zhì)的出現(xiàn)，如：

　　(1)優(yōu)化制漿工藝，尤其是控制漂白終點(diǎn)pH值和漂損。

　　(2)強(qiáng)化紙漿的洗滌。

　　(3)縮短紙漿在堿性條件下和高溫階段的貯存時(shí)間。

　　(4)提高紙料中各組分的留著率。

　　(5)對(duì)白水進(jìn)行處理。

　　但如果陰離子雜質(zhì)的出現(xiàn)不可避免，那么目前最可行的辦法就是：在紙漿中加入其它陽(yáng)離子助劑之前先加入陰離子雜質(zhì)捕捉劑(簡(jiǎn)稱ATC)進(jìn)行電荷中和，將之絮聚之后固著在纖維和填料的表面上(僅僅絮聚但沒(méi)有固著機(jī)理的陽(yáng)離子物質(zhì)是不能將陰離子雜質(zhì)從循環(huán)體系中除掉的)。

　　一般陽(yáng)離子聚合物都可與可溶性陰離子雜質(zhì)形成配對(duì)物而進(jìn)行電荷中和，但只有高陽(yáng)電荷密度的線性聚合物與可溶性陰離子雜質(zhì)形成的體積很小的配對(duì)物才能沉積到纖維和填料上，分支的或低陽(yáng)電荷密度的陽(yáng)離子聚合物與親水的陰離子雜質(zhì)形成的體積寵大的配對(duì)物有很強(qiáng)的貯水能力，不能沉積到纖維和填料上。

　　因此ATC應(yīng)為高陽(yáng)電荷密度的線性低分子量聚合物(選擇低分子量聚合物是因其高遷移率)。如果紙機(jī)在酸性條件下運(yùn)行，較好的陰離子捕捉劑是硫酸鋁。

　　在中性或堿性抄紙?bào)w系中由于硫酸鋁將逐漸失去其正電荷，不適于作ATC。但發(fā)現(xiàn)聚合氯化鋁(PAC)很有效，對(duì)PAC進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明：用PAC作TAC時(shí)陰離子雜質(zhì)在細(xì)小纖維之前被中和，漿料留著率比只加助留劑時(shí)大大提高。說(shuō)明PAC是一種優(yōu)良的TAC。

　　PAC的缺點(diǎn)是降低體系pH值，然而體系pH值不變時(shí)(通過(guò)加入氫氧化鈉控制)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，結(jié)果不變或更好。而且也有酸性不大的PAC，對(duì)pH值影響很小并且非常有效。

　　除PAC外，還有有機(jī)陰離子雜質(zhì)捕捉劑，如聚二烯丙基二甲基氯化銨、陽(yáng)離子雙氰胺，有時(shí)聚乙烯亞胺也用作陰離子捕捉劑。

　　這些有機(jī)陰離子雜質(zhì)捕捉劑的最大優(yōu)點(diǎn)是不受pH影響，對(duì)體系pH也無(wú)影響，酸、堿體系都可應(yīng)用，而且用量少，效果也不錯(cuò)。但其對(duì)陰離子雜質(zhì)反應(yīng)的選擇性可能不如聚合氯化鋁，且有機(jī)陰離子雜質(zhì)捕捉劑分子量越高，陽(yáng)電荷密度越低，其效果越差，選擇性也越低。

　　除采用陰離子雜質(zhì)捕捉劑外，還可以通過(guò)選用合適的助留劑來(lái)排除陰離子雜質(zhì)的干擾，如在含有大量陰離子雜質(zhì)的高得率紙漿體系中可采用聚氧化乙烯作助留劑。

　　聚氧化乙烯是一種很獨(dú)特的助劑，是非離子型的，它引起絮聚不是依賴于電荷的中和，而是在纖維和細(xì)小纖維之間進(jìn)行吸附橋聯(lián)。而聚氧化乙烯在纖維和細(xì)小纖維上的主要吸附位置很可能是酚羥基，因此漿料中大量陰離子雜質(zhì)的存在，通常不會(huì)對(duì)聚氧化乙烯的效能構(gòu)成影響。

　　相反，一些可溶性陰離子雜質(zhì)的存在，如白水體系中積累的木素衍生物，反而會(huì)提高聚氧化乙烯的效能。因此，酚醛樹(shù)脂和黑液常用作聚氧化乙烯的增效劑。

　　但應(yīng)注意的是聚氧化乙烯僅僅吸附在未被其它聚合物或其它物質(zhì)如明礬覆蓋的纖維和細(xì)小纖維表面上，因此聚氧化乙烯單獨(dú)使用時(shí)，體系中若存在其它陽(yáng)離子聚合物或明礬，效果反而不好。

　　無(wú)機(jī)吸附劑膨潤(rùn)土也可用于清除體系中的陰離子雜質(zhì)。如在膨潤(rùn)土和陰離子聚丙烯酰胺結(jié)合使用的助留體系，其中改性的膨潤(rùn)土就是一種吸附劑，它吸附白水體系中大量的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，并為陰離子聚丙烯酰胺提供活化點(diǎn)，使之通過(guò)某種形式的氫鍵結(jié)合完全地吸附在膨潤(rùn)土表面，從而產(chǎn)生助留效能。因此膨潤(rùn)土和陰離子聚丙烯酰胺也常用于提高高得率紙漿的留著和濾水。