1第一章-紙料的流體和造紙濕部化學(xué)特性資料

第一章紙料的流體和造紙

濕部化學(xué)特性第一節(jié)紙料的組成與特性一、紙料的組成紙料懸浮液體系是由固、液、氣三相組成的簡潔分散體系。固：主要是纖維、細小纖維，其次是膠料、填料、非纖維添加物液：主要成分是水，此外還有助留劑、助濾劑等氣：主要是空氣二、組成紙料各組分性質(zhì)〔一〕水1.水是紙料懸浮液的介質(zhì)是紙料的重要組分,濕法抄造都借助水作為懸浮液介質(zhì)，水還會造成抄造環(huán)境，如抄造的酸堿性2.水具有較高的外表張力水具有比一般液體都高的外表張力，抄造過程中，濕紙幅形成強度、泡沫的形成與破滅，紙幅內(nèi)施膠等造紙現(xiàn)象都受到外表張力的影響3.水使纖維產(chǎn)生潤漲→纖維間結(jié)合力增加→↑松軟性和可塑性，為打漿時的細纖維化制造了條件，并最終作為紙頁纖維間結(jié)合的“粘合劑”。一些液體的外表張力〔二〕纖維與細小纖維一般認(rèn)為通過75μm〔200目〕的粒子構(gòu)成細小纖維不能通過的粒子是纖維局部。通過200目的篩子不僅僅是細小纖維，還包括礦物填料，因此統(tǒng)稱為細料固體粒子1.細料固體中的細小纖維與纖維的不同特性〔1〕細小纖維具有大的比外表積〔2〕細小纖維對造紙濕部添加劑有猛烈的吸附力氣2.細小纖維和纖維外表帶有負(fù)電荷由于與半纖維素、氧化纖維素、氧化木素相關(guān)的外表基團的電離作用，纖維和細小纖維總是帶負(fù)電荷3.纖維和細小纖維的離子交換行為纖維的離子交換力氣來源于自然的酸性半纖維素纖維對各種無機離子吸附力氣由強到弱的挨次為：N(CH3)3+<Li+<Na+<K+<Ag+<Ca2+<Mg2+<Ba2+<Al3+〔三〕功能性添加劑轉(zhuǎn)變紙頁中的一個成分而轉(zhuǎn)變紙頁的性能，如著色劑、施膠劑、濕強劑等〔四〕把握性添加劑轉(zhuǎn)變濕部紙料的性能，如助留劑、消泡劑、防腐劑樹、脂把握劑等。三、紙料的特性〔一〕紙料分散體系具有絮集的性質(zhì)臨界濃度0.05%〔二〕紙料分散體系還具有膠體的特性打漿→纖維外表細纖維化→整體來看它具有膠體大小尺寸。配料中含有溶解的無機鹽及聚電解質(zhì)、外表活性劑、膠料、填料等。紙料顆粒外表還帶有電荷，為負(fù)電荷。其相斥性使膠體顆粒具有確定分散穩(wěn)定性?！踩臣埩戏稚Ⅲw的外表動電現(xiàn)象分散在水里的紙料膠體顆粒，有離子性及極性→選擇性地吸附離子→具有了確定的電位→動電行為。思考題1什么叫紙料、合格紙料？與紙漿和漿料有什么區(qū)分？

2什么是紙料制備？紙料制備包括哪幾局部？

3紙料是由哪幾局部所組成？各組成的性質(zhì)是怎樣的？4紙料有什么特性？THEEND其次節(jié)紙料懸浮液的流體力學(xué)性質(zhì)一、紙料懸浮液的流淌狀態(tài)和流淌特性曲線〔一〕紙料懸浮液的流淌狀態(tài)流淌狀態(tài)可分為塞流、混流和湍流紙漿懸浮液的流動特性曲線〔二〕紙料懸浮液的流淌特性曲線二、影響紙料懸浮液流淌狀態(tài)和流淌曲線的主要因素〔一〕懸浮液流淌速度的影響當(dāng)紙料濃度確定時〔在臨界濃度上〕流淌速度提高，對管道內(nèi)紙料纖維施加的剪切力加強，纖維網(wǎng)絡(luò)塞體瓦解直至完全分散，進入湍流狀態(tài)?！捕臣埩蠞舛鹊挠绊憣α魈蔬^程中壓頭損失具有顯著的影響?！踩忱w維的物理構(gòu)造和化學(xué)性質(zhì)的影響較長纖維和外表粗糙及較松軟的纖維，能夠增加纖的機械纏結(jié)，進而增加纖維網(wǎng)絡(luò)和絮聚的強度。硫酸鹽木漿的流淌特性曲線管道：76.2mm直徑的銅管直管打漿度：15.5。SR漿溫19℃漿料：未漂硫酸鹽木漿三、紙料懸浮液的流淌特性〔一〕紙料懸浮液流淌過程中的湍動1.湍動的概念當(dāng)流體的雷諾數(shù)超過確定數(shù)值時，流體就處于湍動狀態(tài)，這時管道內(nèi)的每一個流體質(zhì)點作不規(guī)章的、在速度大小和方向都發(fā)生變化的脈動，流體這種不規(guī)章的脈動在工程常稱為湍動。2.湍動的表示方法湍動尺度和湍動強度湍動尺度是指在湍動力場中，發(fā)生速度波動的平均距離大小的量，即指湍動規(guī)模大小。湍動強度指在湍動場中，發(fā)生速度變化大小的量即湍動時產(chǎn)生剪切力的大小和湍動時產(chǎn)生的強度。3.湍動的類型〔1〕低強微湍動不能分散網(wǎng)絡(luò)〔2〕高強大湍動剪切力不能作用于單根纖上，不能分散纖維網(wǎng)絡(luò)〔3〕高強微湍動強度很高而且尺度很小的湍動，強大的剪切力可以作用于每根纖維，從而破壞纖維絮聚物內(nèi)在的強度，到達分散目的，所希望的湍動。4.湍動的特點生存期短，具有兩重性，即分散纖維又給纖維制造碰撞交纏的時機?！捕臣埩蠎腋∫旱睦w維絮聚1.纖維絮聚緣由纖維與纖維之間相互發(fā)生碰撞產(chǎn)生氣械交纏而連接起來的結(jié)果。絮凝緣由：一是纖維幾何尺寸以及纖維本身的模量等相關(guān)物理性能導(dǎo)致的纖維之間的相互纏繞。二是纖維之間電荷吸引力以及其它吸引力使纖維聚攏將長纖維打漿切短、添加短纖維、降低抄造濃度、改善漿料揣動效果等措施均可改善紙張勻度。合成聚合物電解質(zhì)、淀粉、樹膠和其它化學(xué)助劑對勻度可起有利或不利的影響2.湍動和纖維絮聚的關(guān)系湍動的強度低，缺乏以將絮聚物分散，湍動的尺度很大時，絮聚物可完整的存在于大渦懸中，也不能分散絮聚物。高強度微湍動能分散絮聚物，但過強的湍動給消能造成困難。思考題1紙料懸浮液的流淌狀態(tài)和流淌特性曲線是怎樣的？2影響紙料懸浮液的流淌狀態(tài)和流淌特性曲線主要因素有哪些？THEEND第三節(jié)造紙的紙料的濕部化學(xué)特性一、造紙濕部紙料配料組分的膠體化學(xué)特性〔一〕造紙濕部紙料配料組分的膠體化學(xué)特性可分為親水體系和疏水體系疏液膠體的特性：微粒呈懸浮狀，非溶液狀態(tài)溶劑和微粒之間有微小作用力或親和力在形成集聚方面具有熱不穩(wěn)定性微粒與四周介質(zhì)之間的界面影響系統(tǒng)性能。親液膠體的特性：小分子聚攏體或高分子的真正溶液溶劑和微粒之間有猛烈的吸引力微粒和四周介質(zhì)之間沒有真正的界面親水體系是大分子溶液，屬于一種穩(wěn)定體系，而疏水體系是一個高度分散的多相體系，有很大的比表面積和很高的比外表自由能。造紙過程中疏水膠體體系：全部都分散在水中的填料分散在水中的細小纖維松香膠造紙過程中親水膠體體系：溶解在水中的淀粉溶解在水中的樹膠溶解在水中的半纖維素溶解在水中的外表活性劑、分散劑、增濕劑溶解在水中的助留劑、助濾劑、勻度助劑〔二〕造紙濕局部子間力主要有分子間的電性排斥力和吸引力及分子間結(jié)合力1.分子間電性排斥力和吸引力紙料中的纖維素和半纖維素的羧基〔糖醛酸〕，木素中含有的酸基以及來自制漿過程中的磺酸基，這些組分在水中產(chǎn)生電離，將某種離子送到水中，而配料組分粒子本身則帶有與之相反的電荷。2.分子間的結(jié)合力加添物與纖維某些集團發(fā)生反響〔三〕親水系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)親水系統(tǒng)該系統(tǒng)一般指高分子局部，即分散相與水具有強親和力的系統(tǒng)。如配料中溶于水的淀粉、半纖維素及溶于水的外表活性劑、分散劑、潮濕劑和溶于水的助留劑、助濾劑、成形助劑等。疏水系統(tǒng)指分散相與水沒有親和力或只有很弱的親和力的系統(tǒng)。其性質(zhì)較為穩(wěn)定，必需含有穩(wěn)定劑才能較好生存，如分散在水中的填料、顏料、細小纖維及分散的松香膠液和水中的松香顆粒。疏水系統(tǒng)膠粒外表布滿著同符號的電荷，來源：一方面是吸附；一方面是外表上的分子產(chǎn)生電離?！菜摹畴p電層影響造紙纖維懸浮液中離子的分布，離子外表帶有同符號的離子，而反離子分布在它的四周。雙電層包括吸附層和集中層。與微粒外表電荷相對的離子，成為平衡離子，它被靠近外表的靜電作用力和范德華力緊緊地吸附住。在該區(qū)域內(nèi)電位可快速減弱?？梢宰钃跤捎跓徇\動使離子脫離固體外表。實際所測得的Zeta電位是指流體滑移面的電位，而不是真正的外表電荷。整個體系被稱為雙電層。雙電層〔五〕分散、絮聚和穩(wěn)定性膠體分子的聚攏分兩種：分散與絮聚。分散作用是指造紙濕部配料中很多細料固體顆粒形成叢狀、串狀的聚攏體，在這種聚攏中細料固體顆粒仍保持其個體身份，但在動力性質(zhì)上失去了獨立性，整個分散體作為一個運動單元。絮凝作用是指兩個或多個細料固體顆粒聚攏后，融合成一個新的大細料顆粒，比外表積削減，體系的比外表自由能有明顯降低。二、絮聚和分散的相互作用分散表示細小聚攏體的歷程，可借助猛烈的攪拌增加細料固體粒子碰撞次數(shù)和碰撞力而增加動能，使相近的固體細料粒子足以抑制雙電層排斥力，粒子得以結(jié)合。絮凝作用是長鏈分子的聚合物電解質(zhì)〔陰離子、陽離子、非離子和兩性離子〕、吸附到纖維或細料固體粒子外表上，通過橋聯(lián)和嵌鑲兩種機理而發(fā)生聚攏。三、電解質(zhì)的聚攏與吸附電解質(zhì)無機鹽明礬等聚合類非離子陽離子將銨基引入聚合物鏈陰離子將羧基引入兩性離子四、與外表羧基的反響纖維外表上的羧基反映了其電離力氣，平衡式如下：纖維外表羧基等基團的存在，纖維外表帶負(fù)電荷。參與聚電解質(zhì)可以降低纖維外表的羧基電荷，產(chǎn)生電荷中和作用。五、溶解物與抄紙懸浮液組成的離子反響〔一〕造紙濕部紙料懸浮液中參與電解質(zhì)的反響〔1〕[Al(H2O)6]3+和[RCOO-]生成松香酸鋁，松香酸鋁與纖維外表羧基起絡(luò)合反響構(gòu)成配位鍵。〔2〕染色中參與礬土液作為媒染劑，使帶負(fù)電荷的酸性染料轉(zhuǎn)變電性，更好地吸附纖維等固體上?！?〕瓷土粒子外表吸附Ca2+Mg2+等陽離子轉(zhuǎn)變自身電性，更簡潔吸附到纖維外表上?！?〕排解紙料懸浮液中的干擾物質(zhì)。配料中參與礬土、聚合氯化鋁、低分子量高電荷密度陽離子聚合物等中和劑來處理?！捕硡⑴c增加劑的反響增加劑主要有聚丙烯酰胺、聚胺、聚酰胺型陽離子聚合物及陽離子淀粉。聚丙烯酰胺：酰胺基中的氫與纖維中羥基結(jié)合，加強了氫鍵的結(jié)合強度，使紙干強度增加。三聚氰胺甲醛樹脂：樹脂粒子帶正電荷，被帶負(fù)電的纖維吸附，削減了膨脹，增加了濕強度?！踩硡⑴c助留劑的反響1.中和反響被強力吸附的平衡離子與聚合離子的集中區(qū)使懸浮水溶液中的微粒外表產(chǎn)生雙電層。該電層在確定條件下有確定厚度。當(dāng)電解質(zhì)參與到懸浮液中，由于平衡離子數(shù)量和利用率的增加，雙電層厚度減小。從而降低了微粒外表Zeta電位，降低了排斥力組分和凈作用電位。微粒更易于彼此接近，并更有可能絮聚。這種由于參與過量平衡離子而使靜電位移向零點荷狀態(tài)的絮凝作用，稱之為電荷中和作用。存在一個臨界鹽濃度，在該濃度下雙電層充分壓縮而使絮凝得以連續(xù)進展，通常稱為臨界絮凝濃度?；蟽r越高，離子降低外表電荷的效率越高，例如在離子化合價為+1，+2和+3時，所需臨界絮凝濃度分別為4000：100：15。電荷中和反響++

++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－++++++++++－－－－－－－－－－M

MMMMMMMMM－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+嵌鑲結(jié)合2.嵌鑲反響當(dāng)高電荷密度〔＞4毫克當(dāng)量電荷/g〕、低相對分子量〔＜100000〕的陽離子聚合電解質(zhì)與陰離子膠體微?；旌蠒r，聚合物分子完全被吸附在微粒外表上，并形成局部帶正電荷的補丁。此補丁有效地使該處微粒外表的陰離子變?yōu)殛栯x子，微粒外表的其余局部仍為陰離子。3.橋聯(lián)結(jié)合高分子量聚合物具有較長的分子鏈段，聚合物是通過其一系列伸展到液相中的環(huán)狀和尾狀物而被吸附到微粒外表上的。這些環(huán)狀和尾狀物完全伸展出了雙電層。通過伸出來的環(huán)狀和尾狀物，吸附到其次微粒的負(fù)極外表上，就發(fā)生了絮凝作用。橋聯(lián)結(jié)合4.助濾劑參與的作用當(dāng)將聚合物電解質(zhì)或陽離子參與到纖維懸浮液中時，使產(chǎn)生纖維外表上微纖絲裂潰的外表電荷削減，從而削減了流體動力學(xué)比外表積。其結(jié)果是使流體從成型網(wǎng)絡(luò)層流出的阻力削減。助劑使纖維內(nèi)部以及外部的空隙區(qū)削減，削減了與纖維結(jié)合的水量。聚合物電解質(zhì)使細小物質(zhì)和纖維絮聚，使造紙配料的有效比外表積削減，使流體阻力減小。六、泡沫1泡沫泡沫是一兩相體系，由氣相分散于液相中構(gòu)成。泡沫的構(gòu)造：內(nèi)部為空氣，外部為液膜〔泡壁〕。紙料中空氣的存在形式:游離態(tài)結(jié)合態(tài)2影響：造成流漿箱漿料濃度波動，使紙料流淌狀態(tài)不穩(wěn)定。封閉濕紙幅的微孔，造紙網(wǎng)部脫水困難。形成浮漿，使紙料上網(wǎng)消逝漿塊，造成斷頭。降低紙板層間結(jié)合強度。產(chǎn)生泡沫孔、泡沫斑、樹脂斑等紙病。4泡沫產(chǎn)生的要素：有氣體存在；液體中有泡沫穩(wěn)定劑(外表活性物質(zhì))；受攪動或沖擊。5紙料中泡沫的生成〔1〕紙料中空氣的來源猛烈的攪拌。泵、管接漏氣。紙料受到?jīng)_擊與噴射。干漿板沒有完全潤濕。白水回收的細小纖維吸附空氣帶入紙料中?！?〕紙料中外表活性物質(zhì)的來源紙漿的洗滌狀況。化學(xué)填加劑的使用狀況。廢紙的處理狀況。外表活性物質(zhì)有：脂肪酸皂、松香皂、木素衍生物、亞硫酸鹽廢液、硫酸鹽廢液、紙料中的助劑〔施膠劑、助留劑、助濾劑〕?6消退、把握泡沫的方法機械法和化學(xué)法兩類除氣消泡機理泡