第四章造紙表面物理化學(xué)

第四章造紙表面物理化學(xué)第一節(jié)造紙中的表面現(xiàn)象紙料是一種包括固、液、氣的多相體系，界面現(xiàn)象與成紙的質(zhì)量和紙張的生產(chǎn)過程密切相關(guān)。如紙張的施膠度，柔軟性的控制，施膠劑的乳化，纖維和填料的潤濕與分散，各種助劑對(duì)紙料組分的吸附，樹脂障礙的產(chǎn)生與控制，抄紙過程中泡沫的形成與消除等都與表面或界面現(xiàn)象相關(guān)。因此造紙濕部化學(xué)又屬于表面物理化學(xué)的范疇。1、氣體與液體的界面作用——泡沫的產(chǎn)生與消除1.1泡沫的產(chǎn)生液體與氣體接觸，且機(jī)械攪動(dòng)提供了形成泡沫所需要的能量。如沖漿泵、調(diào)漿箱、漩渦除渣器、漿池等環(huán)節(jié)都存在機(jī)械攪動(dòng)。體系中存在對(duì)泡沫起穩(wěn)定作用的物質(zhì)，吸附于液膜上，降低了界面張力，提高了液膜的強(qiáng)度和彈性，使泡沫穩(wěn)定。對(duì)泡沫具有穩(wěn)定作用的物質(zhì)包括制漿、漂白過程中產(chǎn)生的脂肪酸和樹脂酸的鈉鹽、木素降解產(chǎn)物，高分子聚合物助劑，表面活性劑類，填料等。決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面粘度和彈性。1.2泡沫的消除機(jī)械法如利用高壓噴水在敞開式流漿箱內(nèi)進(jìn)行消泡，在漩渦除渣器后配備脫氣裝置等。化學(xué)法通常使用抑泡劑、消泡劑防止泡沫的形成并消除已形成的泡沫。作用原理如下：（1）消泡劑能夠進(jìn)入泡沫液膜內(nèi)，降低液膜的局部表面張力，使其變薄直至破裂。（2）降低液膜的表面粘度，削弱液膜的抗擾動(dòng)能力，加快排液速度，降低泡沫穩(wěn)定性。（3）一些潤濕劑和聚醚型非離子表面活性劑可擴(kuò)散和吸附在界面上，使液膜失去彈性和修復(fù)能力，起抑泡作用。2、表面活性劑對(duì)固體表面的改性——抄紙網(wǎng)和毛毯的保潔抄紙網(wǎng)（聚酯）和壓榨輥（橡膠）具有疏水性，表面能較低，不易潤濕；易粘附親酯性樹脂、膠粘物、施膠劑和攜帶親酯性物質(zhì)的填料，引起抄紙網(wǎng)堵塞和壓榨輥粘輥。在表面涂覆陽離子親水性隔離層，增加親水性，可避免樹脂的沉積。引紙毛毯和壓榨毛毯具有疏水性，易粘附樹脂、膠粘物和細(xì)小纖維，造成毛毯阻塞?？稍诰埘ゼ喚€上接枝或交聯(lián)親水性聚合物（HGP），形成親水面，對(duì)污物產(chǎn)生排斥作用，減少毛毯的阻塞。機(jī)械漿或廢紙漿抄紙時(shí)，干燥部的干網(wǎng)、烘缸等易粘附樹脂或膠粘物，也可通過表面改性，降低它們表面對(duì)樹脂的親和性，有效防止樹脂或膠粘物的沉積。3、膠束的應(yīng)用——毛毯清洗利用毛毯清洗劑清洗造紙機(jī)毛毯是通過表面化學(xué)的方法除去固體表面的污垢。毛毯表面含有油性沉積物和粒狀沉淀物等，這些污物往往與毛毯具有較強(qiáng)的粘附作用。但清洗劑中表面活性劑分子的親油基對(duì)油性沉淀物和毛毯表面均具有較強(qiáng)的吸附作用，可朝向毛毯或油污表面的方式吸附，使含有油污的毛毯表面潤濕，并在毛毯的污物與水的固液界面上形成帶電表面。由于毛毯與污物表面所帶電荷相同，從而減少污物對(duì)毛毯的粘著力，然后通過機(jī)械作用和助溶劑的滲透將污物除去。除去的沉積物微粒懸浮于水中，易被水沖走，達(dá)到清洗目的。毛毯纖維、污物在水中一般帶有負(fù)電荷，洗滌劑中加入陰離子表面活性劑可以提高污物與毛毯界面的電動(dòng)勢(shì)，從而減弱污物與毛毯之間的粘附力，有利于污物的去除，同時(shí)也使分離了的污物不易再沉積到毛毯上。4、降低纖維間的結(jié)合力－柔軟劑為了提高紙張的柔軟性能，滿足生活用紙的要求，常需加入柔軟劑。紙張柔軟劑大都含有C16以上疏水基團(tuán)的表面活性劑，其碳?xì)滏溳^長，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，以親油基向外的方式附著在纖維的表面上，可形成非極性隔離膜。一方面減少纖維之間的氫鍵結(jié)合，一方面分子鏈易在應(yīng)力下發(fā)生相互滑移和運(yùn)動(dòng)，從而改善紙頁的柔軟性。柔軟劑通常包括表面活性劑和油脂類物質(zhì)，表面活性劑可有效降低纖維間的結(jié)合力，降低纖維間的靜摩擦系數(shù)；油脂類物質(zhì)在纖維間起到潤滑作用，降低動(dòng)摩擦系數(shù)。其中有機(jī)硅類效果最好；聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、硬脂酸酯、硬脂酸雙酰胺、羊毛酯等也可產(chǎn)生良好的柔軟性。5、提高紙張表面導(dǎo)電性——抗靜電作用干燥的紙張與其他物體產(chǎn)生摩擦、接觸等機(jī)械作用、會(huì)產(chǎn)生靜電作用，影響產(chǎn)品的使用，如吸附灰塵、夾紙等。紙張表面經(jīng)抗靜電劑水溶液處理后，可產(chǎn)生親水性表面，即疏水基朝向材料表面，親水基伸向空間。使纖維的粒子導(dǎo)電性和吸濕導(dǎo)電性增加，表面電阻下降，防止靜電積累?？轨o電劑