工业也不例外!尤其是在造纸湿部助留技术方面的研究

!"#

造纸湿部是指从纸料制备到纸页成形的一段工序 !包括

纸料的制备!纸页成形和压榨

!$#

传统的纸料制备包括打浆#

添料和纸料的机前处理" 纸页的成形和压榨则组成了纸机的
湿部 !包括流浆箱#网部和压榨部

!%#

从造纸湿部配料 $除水

外%各组分的一般最小规格看!除纤维宽度在

&’!(’!)

之外!

填料微粒一般在

’*&!&’!)

其余微纤维#非纤维性细小物质#

可溶性聚合物等粒径均小于

& !(!)

比表面积约为

’*+ !

+’’)

(

整体上呈胶体状态 !相互间的表面作用和胶体作用

居于重要地位!因而造纸湿部化学实质上也是一种表面与胶
体化学

!.#

由于造纸湿部配料中许多组分结构均非常小 !引入

有特殊作用的纳米级组分 !以发挥纳米微粒的作用!进一步
提高抄纸时的助留效果是造纸湿部助留技术发展的必然趋
势

!/#

造纸湿部助留机制

目前 !对于造纸湿部化学品助留助滤的作用机制 !许多

学说都认为

!+#

细小纤维和填料等在纸页中的留着主要通过

机械截留和胶体絮凝两方面的共同作用来实现!最初研究者
认为机械截留对细小纤维和填料的留着起主要作用!这也直
接引导了造纸机械的飞速发展" 随着造纸机械的发展 !发现
机械截留仅对纸料的纤维部分有效!为了增加纸幅中细小组
分的留着和分布均匀! 必须将细小粒子直接黏附在纤维表
面!以使细小组分随纤维一起留住或形成足够大的细小絮聚
体!被形成的纸页有效地过滤出来 !而这些不能单纯的依靠
改善纸机进行机械截留来实现 &随着留着机制研究的不断深
入 !认为在纸机高度发达的条件下!胶体絮聚作用对细小纤
维和填料的留着起着更为重要的作用"

胶体絮聚作用包括絮凝作用 $

012334156728

和凝聚作用

325-4156728

!9#

凝聚作用指用无机盐或分子量小# 电荷密度

较高的聚合物使胶体悬浮液失去稳定性而发生絮聚作用 !所
产生的絮聚物是细小而紧密聚集的沉淀物 !它主要通过电荷
中和#异相凝聚和补丁作用几种形式而实现的" 絮凝作用则
是指用一长链聚合物将胶体聚合在一起 !使胶体悬浮液失去
稳定性而发生絮凝作用!所产生的絮凝物为粗大#疏松 #多孔
的团块!絮凝作用主要通过桥联絮凝和网络絮凝作用两种形
式实现" 在造纸过程中!细小纤维吸附在纤维表面上!这些细
小组分随着纤维在纸机成形部被固定并结合在成形的浆垫
中&而在造纸过程中应尽量避免纯纤维絮凝出现 " 造纸应促
进细小纤维和纤维间的絮凝" 为了使细小纤维在纸幅中分布
均匀 !只要在纸页成形之前!大多数细小组分黏附在纤维上
即可实现" 由此可知!胶体絮聚作用是造纸湿部助留技术的
主要作用机制!而当微粒尺寸进入纳米量级时 !其本身特殊
的体积效应和表面效应就可以吸附细小纤维!使其发生絮聚
作用!再加之根据需求对纳米微粒进行适当的改性 !使其成
为纸料纤维吸附细小组分的桥梁!从而使得改性后的纳米微
粒对细小组分助留作用得优势更加明显"

研究概况

"#!

国外研究概况

(’

几年前 ! 加拿大就将硅溶胶纳米颗粒 $

:71735:21

8582;5<6731=:

系统最先应用于造纸工业

!>#

该系统的应用可以

增加填料的用量 !以代替较昂贵的纤维!从而降低成本 !改善
纸机运行性!增加产量!降低环境污染!并可改善纸张成形以
提高产品等级"

&???

年!

@6=A= B578

等对硅溶胶纳米颗粒系统

进行了较为详细的介绍

!?#

该系统将新一代阴离子胶态

@7C

(

5872873 321127D51 :71735

与阳离子聚合物 $ 如阳离子淀粉

阳离子聚丙烯酰胺$

EFGB

共用于现代高速纸机的湿

部配料系统 !可以产生最初粒径

$!%8)

比表面积约

?’’"

的

@7C

纳米粒子" 这种粒子能在纤维周围絮聚配料中的细小

组分!从而改善浆料组织结构和降低细小组分流失!对改善
纸机运行性和纸张匀度 #降低浆内添加物用量 !均可产生显
著效果"

或

EFGB

在冲浆泵和旋翼筛之前加入!使纤维#填

料 #细小纤维发生初始絮聚!这些初始絮聚物在冲浆泵和旋
翼筛内受到剪切作用后 !淀粉与聚合物链断裂 !絮聚物被破
坏" 而这些分散了的絮聚物将与

@7C

纳米粒子反应!形成更

小#更密#更强的絮聚物" 纳米粒子系统能够在网上和白水中
再絮聚!在高湍动状态下具有高抗剪切力性能" 再絮凝产生
了微孔隙的纸张 !使其易于压榨和干燥 " 有资料显示 !胶态

@7C

系统 $

321127D51 :71735 :H:6=):

对留着和滤水能力的改善

相当于将干燥部延长

%%$

!&’#

I48358

等

!&&#

对该系统中

@7C

纳

米粒子的作用机制解释为!先进的

@7C

纳米粒子可以提供很

强的电中和作用和架桥作用 !而这种’桥(是纳米尺度上的 !
应该确切地称为纳米桥 $

8582JK<7D-=

其纳米桥作用和电中

和作用的结合!可以产生更细小 #更密集 #抗剪切力更强的微
絮凝$微絮凝的尺寸越小!抗剪切力的能力就越强%" 微絮凝
不仅可以增加填料含量和加强细小纤维留着 !还可以在高剪
切力的情况下强化胶体留着 " 此外!当剪切力移除时又会产
生很强的再絮凝作用! 这种絮凝作用可改善纤维回收效率!
减轻废水负荷" 这些电中和组分的优化还可以在不影响留着
的同时!适当减少

EFGB

的用量" 而高分子质量

EFGB

用量

的减少通常可以改善纸张成形" 为生产涂布原纸的

E@,EFGB

系统和

E@,

纳米颗粒系统的运行效果比较" 纳米颗粒系统有

较好的助留效果!而且由于其再絮凝的作用 !纸机上的填料
流失减少了

%’$

对纳米或微米颗粒

聚合物助留系统的发展

已经延伸到用阳离子颗粒来代替传统的阴离子颗粒

!&(J&%#

与

传统的助留系统相比! 阳离子纳米颗粒与聚合物助留系统!
同样可以加强滤水和改善纸张成形!而且由于其阳离子微粒
与填料和纤维的有效结合!可以使得白水封闭循环系统的问
题更少"

L752

等

!&.J&/#

对

@7C

(

纳米颗粒进行表面改性!在其表面

引入季铵基团使其带正电" 改性

@7C

(

颗粒的表面性质用电位

和电荷密度表征" 动态絮凝实验表明!单独使用阳离子

@7C

(

纳米颗粒对高岭土絮凝的贡献很小&但当其与高分子质量且
低电荷密度的阴离子聚合物共用时!可以显著改善细小高岭
土颗粒的絮凝" 其作用机制为!高岭土表面对阳离子

@7C

(

纳

综述文章!

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科技导报

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