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紙張勻度及其影響的討論

日期：2020-03-18　

　　一、概述

　　紙張的勻度表示它的結(jié)構(gòu)的均一性，通常是用來敘述紙中纖維及其他固體物質(zhì)的分散相對(duì)均度的情況，也就是指紙?jiān)谝欢娣e上的纖維和結(jié)構(gòu)組成的分布情況。一張勻度好的紙，要求纖維和其他固體物質(zhì)的分布有高度的均一性，使紙的各個(gè)部分都具有相同的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)。紙張勻度一直是造紙廠面臨的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的、關(guān)鍵的質(zhì)量參數(shù)，它對(duì)各品種紙的質(zhì)量都有直接的影響。

　　二、勻度對(duì)紙張性質(zhì)和質(zhì)量的影響

　　勻度的好壞不僅影響紙張的外觀，而且影響紙張的各種物理性能平均數(shù)和數(shù)值的均衡性。紙大多數(shù)物理性能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都取決于纖維在紙中分布的均勻程度。如勻度較差，帶有濃云彩花的紙，薄的地方強(qiáng)度較小，這些地方對(duì)水、墨水、油墨的通過阻力小，因此在有云彩花的紙上進(jìn)行印刷，由于紙對(duì)油墨吸收不均勻，印刷質(zhì)量很差。

　　勻度不好，因而厚度也不均勻的紙，表面容易卷曲。在這種紙上進(jìn)行涂布也容易引起生產(chǎn)上的困難和出現(xiàn)廢品。有云彩花的紙，壓光時(shí)也容易出現(xiàn)廢品，勻度不均勻的紙?jiān)谕ㄟ^壓光機(jī)時(shí)，在其表面上清晰的出現(xiàn)發(fā)亮的斑點(diǎn)，這就是由于紙厚的地方壓實(shí)的程度較高所致。有云彩花的紙通常水分也不均勻，在這種情況下，為了平衡紙的水分，只好將紙做過干干燥，但是這樣也會(huì)使紙張出現(xiàn)許多紙病，如掉粉、感應(yīng)靜電等。有濃云彩花的紙，看起來斑點(diǎn)較多，白度也低。

　　紙的結(jié)構(gòu)越不均勻，紙張表面染色也越不均勻，形成了不同色調(diào)的云彩花，紙較厚部分染色比較深，而薄的地方染色較淺。同時(shí)紙張的機(jī)械強(qiáng)度也下降了。

　　按照勻度來判斷紙的結(jié)構(gòu)的不均勻性，對(duì)透氣度、透明度和不透明度、吸收性能、電氣絕緣性能和許多其它的性質(zhì)也有影響。因此，紙張的勻度差，將嚴(yán)重影響紙張的使用價(jià)值。同時(shí)對(duì)造紙過程中壓榨、干燥和壓光的均勻性也有影響。

　　控制好紙張的勻度，也是提高紙張的印刷適應(yīng)性、浸漬和涂布適應(yīng)性、機(jī)械強(qiáng)度的重要因素?？刂坪眉垙埖膭蚨?，就能以較少的原料生產(chǎn)較高質(zhì)量的紙張產(chǎn)品。

　　三、影響紙張勻度的主要因素

　　紙張的勻度與紙漿懸浮液中纖維分散和絮聚的情況有密切的關(guān)系。如果在紙漿流送與紙張形成的過程中，紙漿懸浮液中的纖維分散的很好，纖維絮聚的程度比較低，則形成的紙張的勻度就比較好，反之，就比較差。

　　漿料懸浮液具有固相的纖維、液相的水和氣相的空氣，它是一種三相共存的復(fù)雜分散體系，由于紙漿本身性質(zhì)、濃度、流速等因素的不同，其流動(dòng)特性也有所變化。

　　1、纖維的特性

　　纖維的特性主要是纖維的長(zhǎng)度、柔軟性和表面狀況。長(zhǎng)纖維的紙漿比短纖維的紙漿難于分散而易于絮聚；柔軟性好的纖維比剛硬的纖維易于分散。

　　2、化學(xué)添加物的影響

　　由于一般的化學(xué)添加物的加入，能夠影響到纖維的帶電情況，從而影響到纖維絮聚和分散的情況。詳細(xì)討論在第四部分。

　　3、紙料的濃度及流速的影響

　　實(shí)驗(yàn)證明，纖維在水中的絮聚臨界濃度為0.05%，超過這個(gè)濃度，纖維又會(huì)絮聚。在長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)抄紙過程中，紙料上網(wǎng)的濃度一般為0.3-0.9%，遠(yuǎn)高于臨界濃度，因而纖維發(fā)生絮聚，紙漿濃度越大，絮聚的可能性也就越大；在紙料上濃度情況下，若在較低的流動(dòng)速度時(shí)，可以相互聯(lián)結(jié)形成纖維網(wǎng)狀的絮聚物。因此，進(jìn)漿系統(tǒng)的改進(jìn)、流漿箱的發(fā)展，都是以減少絮聚、使紙張均勻成型為核心的。通常采用的方法有貯漿池的攪拌、人工制漿渦流；在進(jìn)行系統(tǒng)中，采用送漿管道的形狀和方向上的改變，使?jié){的流速變化，造成一定的剪切應(yīng)力，來克服纖維纏結(jié)的內(nèi)摩擦力，以破壞纖維的絮聚；流漿箱增設(shè)高效布漿元件，使?jié){料在流動(dòng)過程中，流通口突然擴(kuò)大，壓力減少，流速降低，發(fā)生可控制的渦流而產(chǎn)生高強(qiáng)度的微湍流，從而分散絮聚的纖維。另外，也可通過流漿箱的隔板及勻漿輥使?jié){的流速和方向發(fā)生變化，破壞纖維的絮聚。

　　影響紙張勻度除了上述主要因素之外，適當(dāng)控制網(wǎng)案的振動(dòng)量（振幅X振次），也能破壞處于懸浮狀態(tài)的纖維絮聚物。

　　四、助留助濾劑對(duì)紙張勻度的影響

　　伴隨著現(xiàn)代高速紙機(jī)的高車速和湍動(dòng)增加，纖維和細(xì)小組分經(jīng)常在網(wǎng)案上的發(fā)生留著，因此可以通過減少絮團(tuán)尺寸和提高濾水性改善化學(xué)環(huán)境，同時(shí)增加填料和細(xì)小組分的留著和分散狀態(tài)，以來獲得較好的紙張勻度。

　　以下著重討論一下助留、助濾劑對(duì)紙張勻度性能的影響。

　　1、單一組成系統(tǒng)

　　助留劑主要是明礬、聚丙烯酰胺或淀粉等單一組成物質(zhì)。這些物質(zhì)易使纖維和細(xì)小組分發(fā)生絮聚，形成大的絮團(tuán)，從而減小纖維物質(zhì)的比表面積。但是形成的大的絮團(tuán)含有較多的水分，這些水分不容易被壓出，容易使壓榨部受損。

　　聚丙烯酰胺主要通過架橋機(jī)理發(fā)揮作用。聚丙烯酰胺有使典型的不易均勻分布的細(xì)小組分和填料絮聚成較大絮團(tuán)的傾向。當(dāng)這些絮團(tuán)受到高度剪切作用時(shí)（如離心篩），會(huì)發(fā)生破碎且不易再次絮聚。在剪切作用存在的情況下，聚丙烯酰胺的效率大大降低。

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)廠家的實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)對(duì)水線位置進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)用聚丙烯酰胺對(duì)紙機(jī)網(wǎng)部濾水性能有輕微的改善。當(dāng)采用改性聚乙烯亞胺時(shí)，可以測(cè)到濾水性能在濕部壓榨后顯著提高，與應(yīng)用聚丙烯酰胺系統(tǒng)相比，濕度下降。聚丙烯酰胺易使纖維和細(xì)小組分形成較大的絮團(tuán)，具有大量的表面積，有利于網(wǎng)部脫水。改性聚乙烯亞胺除發(fā)生上述作用外，還能夠和那些可以使絮團(tuán)結(jié)構(gòu)瓦解成和它們本身一樣的細(xì)小組分、填料和纖維；這就減小了表面積，促使氫鍵結(jié)合和范德華力發(fā)揮作用，迫使纖維基質(zhì)中的水分脫除；對(duì)平均尺寸較小絮團(tuán)組成的紙頁(yè)進(jìn)行壓榨時(shí)，可有效減少絮團(tuán)保留的水分，除了改善濾水性能和減少壓榨后紙頁(yè)中的水分外，還可以改善紙頁(yè)中填料的分布狀況。因此，選擇恰當(dāng)?shù)奶砑狱c(diǎn)是聚丙烯酰胺作為有效助留劑的關(guān)鍵。

　　2、雙元組成系統(tǒng)

　　由陽(yáng)離子供體與陰離子聚丙烯酰胺或陽(yáng)離子供體與陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的混合物組成的雙元系統(tǒng)。較典型的陽(yáng)離子供體有聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化胺（PDADMAC）或二聚胺基氰，它們用于輔助控制和中和陰離子垃圾。這些物質(zhì)具有足夠的中和電荷，但是缺乏一定的相對(duì)分子質(zhì)量。

　　要徹底去除紙機(jī)回路的陰離子垃圾物質(zhì)，聚合物具有足夠的電荷中和這些陰離子物質(zhì)是非常必要的。此外這些物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其在后續(xù)的過程中可以順利附著在纖維表面具有重要的影響。聚乙烯亞胺和改性聚乙烯亞胺是電荷較高的聚合物，還具有較高的相對(duì)分子質(zhì)量，所以其在處理陰離子垃圾時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

　　聚乙烯亞胺作為陽(yáng)離子供體，不僅可以提供需要的電荷，還有一定的相對(duì)分子質(zhì)量，使其具有進(jìn)一步減少聚丙烯酰胺的用量的可能。在添加助劑前對(duì)填料和細(xì)小組分進(jìn)行預(yù)處理，有助于它們?cè)诩堩?yè)中隨機(jī)分布。填料隨機(jī)分布的效果越好，總體的留著效果越好。

　　3、多元組分系統(tǒng)

　　微粒助留系統(tǒng)可以使濾水性能增強(qiáng)，在保證較好留著效果的情況下，具有提高紙頁(yè)勻度的能力。當(dāng)留著效果和紙頁(yè)勻度二者達(dá)到某一平衡值時(shí)，該助留系統(tǒng)是可適用的。但是該助留系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化十分敏感，對(duì)電荷變化和剪切力準(zhǔn)確數(shù)值的依賴性使該系統(tǒng)難于控制。復(fù)雜性也是一個(gè)重要的問題，因?yàn)槟承┒嘣到y(tǒng)可能含有4種物質(zhì)，如淀粉、聚丙烯酰胺、硅土或膨潤(rùn)土和聚胺或PDADMAC。

　　改性聚乙烯亞胺和聚丙烯酰胺的雙組分系統(tǒng)，能夠減弱聚丙烯酰胺的化學(xué)活性，并且通過改性聚乙烯亞胺的高電荷性和相對(duì)分子質(zhì)量可獲得與復(fù)雜的多元組分系統(tǒng)項(xiàng)類似的助留效果。

　　實(shí)驗(yàn)室及相關(guān)生產(chǎn)廠家的結(jié)果表明，由聚丙烯酰胺、聚胺、淀粉和硅土組成的多元微粒系統(tǒng)相比，改性聚乙烯亞胺和聚丙烯酰胺組成的二元系統(tǒng)可以獲得與其相同的助留助濾效果。

　　通過以上三種系統(tǒng)的討論，我們可以看出，聚乙烯亞胺和改性聚乙烯亞胺通過中和吸附陰離子物質(zhì)消除其不利影響滿足上述的要求，簡(jiǎn)易的二元組成系統(tǒng)不易受外界影響，很容易控制。

　　五、總結(jié)

　　紙張的勻度是造紙上一個(gè)重要的質(zhì)量參數(shù)，決定了紙張的性質(zhì)和用途。紙張的勻度好，它的各項(xiàng)物理性能就好，所以提高紙張的勻度就是提高了數(shù)據(jù)的一致性，使可靠性提高；用途不同的紙，對(duì)勻度要求也不相同。隨著環(huán)保問題及生產(chǎn)成本的越來越重視，新設(shè)備的開發(fā)、新的纖維原料和新的化學(xué)品留著技術(shù)是造紙生產(chǎn)廠家、技術(shù)廠家嗜待解決的一個(gè)問題，是擺在造紙科研技術(shù)人員面前的一個(gè)挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

　　主要參考書目：

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　　2、沈一定.造紙化學(xué)品的制備和作用機(jī)理.中國(guó)輕工業(yè)出版社.1999

　　3、制漿造紙手冊(cè).紙料的制備.中國(guó)輕工業(yè)出版社.1991

　　4、盧秀萍.造紙工業(yè)中的合成聚合物.天津大學(xué)出版社.1995

　　5、[蘇]弗利亞杰著、陳有慶譯.紙的性能.輕工業(yè)出版社.1985

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