提高細(xì)小纖維利用率的方法

　　

　　細(xì)小纖維的特點(diǎn)有：尺寸小，比表面積大，結(jié)構(gòu)形態(tài)、化學(xué)性質(zhì)不一，對(duì)于各種助劑吸附能力遠(yuǎn)大于纖維組分，在紙機(jī)上留著率低等。細(xì)小纖維根據(jù)來源不同可以分為三種：原生細(xì)小纖維，二次纖維，三次纖維。

　　

　　一、細(xì)小纖維留著機(jī)理

　　

　　細(xì)小纖維的留著通過兩種機(jī)理來實(shí)現(xiàn)，即機(jī)械截留和膠體吸附。在一定條件下，兩種機(jī)理的相對(duì)作用取決于多種因素，其中機(jī)械截留不是留著的關(guān)鍵機(jī)理，因?yàn)榧?xì)小纖維組分尺寸比起纖維來說小的多，膠體吸附才是細(xì)小組分留著的主要機(jī)理。膠體吸附包括形成只含細(xì)小纖維組分的團(tuán)聚和含纖維和細(xì)小纖維組分的絮團(tuán)。造紙應(yīng)促進(jìn)細(xì)小纖維和纖維間的絮凝，阻止細(xì)小纖維組分間的絮凝和纖維間的絮凝。

　　

　　

　　細(xì)小纖維組分的留著率是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的變量，它受生產(chǎn)過程條件（打漿度、濾水速度、漿-網(wǎng)速比和紙機(jī)車速）、纖維尺寸分布、離子間相互作用力、pH值、紙料中的電荷量和絮凝劑的加入狀況等因素的影響。在纖維留著剪切力對(duì)細(xì)小率的影響方面，有研究指出作用在纖維壁上的剪切應(yīng)力與留著率有密切關(guān)系，比較了不同的剪切應(yīng)力下細(xì)小纖維留著的能力，得出在固定剪切率的條件下，加入助留劑可顯著提高細(xì)小纖維的留著率。在造紙過程中，漿料流速太高時(shí)，網(wǎng)上流動(dòng)不均勻，細(xì)小組分的留著會(huì)降低；紙機(jī)脫水元件的脈動(dòng)濾水也會(huì)影響細(xì)小組分的留著率，其它條件不變的情況下，脈動(dòng)越大，細(xì)小組分留著越低?？偟膩碚f，細(xì)小組分的留著率是流體動(dòng)力和非流體動(dòng)力相互作用的結(jié)果。

　　

　　1.剪切速率對(duì)于細(xì)小纖維留著的影響

　　

　　在實(shí)際應(yīng)用中，一般都是通過改變攪拌時(shí)間和攪拌速度來描述剪切速率的大小，通過改變攪拌器的轉(zhuǎn)數(shù)來獲得不同的剪切速率。研究發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)速的增加留著率通常會(huì)下降。

　　

　　以下是攪拌速率（剪切速率）對(duì)于細(xì)小纖維流轉(zhuǎn)的影響：

　　

　　從上圖可以看出：隨著剪切速率的增加，細(xì)小纖維的留著會(huì)出現(xiàn)大幅的下降，因此在實(shí)際使用中控制好攪拌器的轉(zhuǎn)數(shù)可以改善細(xì)小纖維留著。

　　

　　2.助留劑對(duì)于細(xì)小纖維留著的影響

　　

　　在造紙過程中，盡管通過調(diào)節(jié)pH值、控制打漿度、濾水速度可以對(duì)細(xì)小纖維的留著有提高，但是現(xiàn)代高速紙機(jī)在抄紙過程中產(chǎn)生的剪切力造成的細(xì)小纖維流失足以抵消。所以，助留劑的應(yīng)用仍然是降低細(xì)小纖維流失最有效的措施。

　　

　　下圖是助留劑對(duì)于細(xì)小纖維留著率的影響：

　　

　　從上圖中可以看出：隨著助留劑使用量的增加，細(xì)小纖維的留著率有極大的提高，特別是在使用量100ppm-150ppm這段區(qū)間中細(xì)小纖維留著率明顯提升。

　　

　　下圖是剪切速率對(duì)不同助留劑助留效率的影響：

　　

　　從以上圖可以看出：隨著剪切速率的增加，留著率會(huì)有較大幅度的下降。

　　

　　

　　1.常見的高分子助留劑

　　

　　目前市場常見的高分子助留劑主要有：陽離子型（如陽離子聚丙烯酰胺）、陰離子型（陰離子聚丙烯酰胺）、非離子型（聚氧化乙烯）等。

　　

　　離子型的助留劑的作用方式主要是通過其帶有的陰、陽離子產(chǎn)生作用的。細(xì)小纖維在紙漿懸浮液中顯負(fù)電性，當(dāng)加入陽離子型助留劑時(shí)，助留劑分子會(huì)被吸附在細(xì)小纖維表面，使得細(xì)小纖維表面局部帶有正電荷，其余部分則仍為負(fù)電荷；助留劑分子被吸附后，與另一個(gè)細(xì)小纖維表面的負(fù)電荷相互碰撞，從而產(chǎn)生絮聚現(xiàn)象，從而達(dá)到留著的目的。在選擇則陽離子聚合物時(shí)，必須注意聚合物的電荷密度和分子量，應(yīng)該是高電荷密度（＞4毫克當(dāng)量電荷/克）、低分子量（＜100000）的陽離子聚合物。陰離子型助留劑則是通過聚合物部分吸附在細(xì)小纖維表面，而其他部分則形成一系列的鏈圈和尾鏈，并延伸到周圍與另外的細(xì)小纖維相互碰撞吸附，在兩個(gè)細(xì)小纖維之間架橋，形成絮凝。而非離子型助留劑主要是通過網(wǎng)絡(luò)絮凝來實(shí)現(xiàn)細(xì)小纖維的留著的。

　　

　　2.新型多元助留體系

　　

　?。?）微粒助留系統(tǒng)

　　

　　該體系的典型代表Hydrocol系統(tǒng)，是通過微粒絮凝作用達(dá)到理想的助留效果。在使用中先加入高分子陽離子聚合物通過架橋作用使細(xì)小組分形成大的絮團(tuán)，再通過高剪切力破壞這些絮團(tuán)，然后添加具有較高比表面積的帶負(fù)電性的無機(jī)顏料，使分散的小絮團(tuán)重新凝聚成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。此系統(tǒng)聚合物多為陽離子型聚合物，如CPAM等。顏料為具有細(xì)小粒徑和高溶脹力的改性膨潤土。

　　

　　該系統(tǒng)優(yōu)勢在于能在廣泛的pH范圍內(nèi)獲得良好的助留效果，而且綜合考慮該系統(tǒng)也非常經(jīng)濟(jì)。該系統(tǒng)不但能大幅改善細(xì)小纖維的留著性，而且允許使用價(jià)格低廉質(zhì)量較差的陽離子淀粉。

　　

　　（2）陽離子(或兩性)加陰離子聚合物助留系統(tǒng) 該系統(tǒng)的形成過程是：先加入高電荷密度，低中分子量的陽離子(或兩性)聚合物，通過電荷絮聚形成陽離子補(bǔ)??；再加入一定量的陰離子聚合物，使其與陽離子補(bǔ)丁上的部分電荷連接點(diǎn)發(fā)生吸附，而陰離子聚合物剩余的分子鏈?zhǔn)荜栯x子補(bǔ)丁周圍的負(fù)電荷排斥伸展到周圍的水中，吸附其他陽離子補(bǔ)丁，從而形成良好的絮聚，提高助留效率；同時(shí)由于細(xì)小組分絮聚成較大的纖維絮聚團(tuán)，增大了紙頁孔隙率，有利于水和空氣的自由通過。但值得注意的是在加入陰離子聚合物時(shí)漿料中的游離陽離子聚合物應(yīng)較少，否則陰陽離子聚電解質(zhì)將首先發(fā)生反應(yīng)。此類系統(tǒng)比較典型的是聚丙烯酰胺二元助留體系。

　　

　?。?）Integra 系統(tǒng)為多元助留體系。單獨(dú)或組合使用了凝結(jié)劑，凝聚劑及微絮聚物三類化學(xué)品。使用時(shí)首先加入的凝結(jié)劑為聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDADMAC)，其作用是作為陰離子垃圾捕集劑，可以根據(jù)不同漿料的特點(diǎn)，選擇不同分子量，不同電荷密度的 PDADMAC；隨后加入的凝聚劑為引入了陰離子性的丙烯酸或陽離子性的胺基聚合物的聚丙烯酰胺，該產(chǎn)品為 W/O 乳液，分子量為 1500-2000萬；在漿料形成大的絮聚團(tuán)后經(jīng)高剪切力打散再加入微絮聚物木素磺酸鈉，其出色的分散效果可將打散的纖維絮團(tuán)分散為穩(wěn)定、柔性、均一的細(xì)小絮團(tuán)，而木素結(jié)構(gòu)中的疏水基團(tuán)則更利于濾水，在取得良好的助留效果的同時(shí)提高了勻度。

　　

　　

　　為了減少污水處理的環(huán)保壓力，目前有些紙廠將造紙污泥回用，從而進(jìn)一步的回用了抄紙過程流失的細(xì)小纖維以及流失的淀粉、礦物顏料等。污泥回用工藝是將造紙污水配制成濃度約為2%左右的均勻回用水，在該污水回用過程中，加入特殊的化學(xué)助劑使回用水中的污泥（細(xì)小纖維、淀粉、無機(jī)或有機(jī)顏料等）產(chǎn)生分子鏈，讓它有較強(qiáng)的親和力，產(chǎn)生新的反應(yīng)，和漿內(nèi)纖維有機(jī)的結(jié)合在一起形成橋鏈作用，增強(qiáng)了污泥和漿料的混合搭配，使污泥均勻地填充到漿料中，最大程度的回用了造紙污水中的有機(jī)物，節(jié)省造紙成本的同時(shí)，也降低了污水處理過程中污泥的產(chǎn)生，大幅減輕污水處理的負(fù)荷。

　　

　　

　　細(xì)小纖維想要達(dá)到良好的利用，首先在抄紙過程中控制好打漿度、濾水速度、漿-網(wǎng)速比和紙機(jī)車速、剪切速率；其次是要借助于助留劑的幫助。這其中助留劑是必不可少的。目前已經(jīng)有多種助留系統(tǒng)，如單組份助留、雙組份助留、微粒助留等，但是助留劑的類型不同，對(duì)于漿料留著率的影響也不相同。因此想要提高細(xì)小纖維的利用，需要注意：

　　

　?。?）助留劑的加入點(diǎn)、加入順序與加入量，加入點(diǎn)不同，對(duì)于留著率會(huì)有較大影響，因?yàn)橹魟┑闹粜Ч麜?huì)隨著漿料攪拌時(shí)間的延長而降低，紙機(jī)較強(qiáng)的剪切條件和添加的各種其他化學(xué)品也有會(huì)對(duì)助留劑的效果有影響。

　　

　?。?）要注意水的硬度、漿料的溫度等對(duì)于細(xì)小纖維留著的影響，在抄紙過程中，水的硬度對(duì)于助留劑的助留作用會(huì)有負(fù)面的影響，當(dāng)水的硬度過高時(shí)，會(huì)造成助留劑分子鏈伸展較少。

　　

　　（3）選擇合適的助留體系，每種助留體系都有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，因此要根據(jù)情況選擇最合適的產(chǎn)品。

　　

　?。?）對(duì)造紙污泥的回用可彌補(bǔ)抄紙過程細(xì)小纖維的流失，將細(xì)小纖維最大的利用起來，同時(shí)降低污水處理的環(huán)保壓力。