白水回用對紙張性能的影響
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本文作者：史長偉、嵇巋然、龔真萍 單位：齊齊哈爾大學(xué)、Metso公司
紙張抄造過程中，短循環(huán)大量使用循環(huán)白水，導(dǎo)致水中的膠體物質(zhì)（DCS）不斷的積累，積累的DCS物質(zhì)帶有大量的負(fù)電荷，這是構(gòu)成造紙白水中最主要的陰離子成分。這些陰離子型物質(zhì)主要由木素及其衍生物、抽出物、碳水化合物、陰離子添加物等組成，它們是“陰離子垃圾”的主要成分。膠體類陰離子垃圾的不斷積累將造成樹脂障礙，同時消耗濕布化學(xué)添加的陽離子助劑。它們在白水回用時不斷富集，DCS富集到較高的濃度時，將削弱濕部化學(xué)陽離子添加助劑的效果。DCS物質(zhì)脫穩(wěn)后與填料聚集在一起，容易在紙機(jī)工藝備品及設(shè)備上產(chǎn)生沉積，導(dǎo)致工藝備品的局部濾水性降低，紙張局部強(qiáng)度變小引起斷紙。DCS富集過多，也會導(dǎo)致白水系統(tǒng)中陰離子電荷增多，需要消耗大量的陽電荷，增加了化學(xué)品的用量；白水回用次數(shù)的增加對于紙張的物理指標(biāo)也有影響[1-3]。
1實驗
1.1漿料與回用白水
PRC-APMP漿，NBKP漿板，實驗室自制DIP漿?；旌蠞{料組分（質(zhì)量比）：PRC-APMPNBKPDIP=402040（漿料指標(biāo)見表1）。回用白水：實驗室自制。
1.2化學(xué)添加劑
聚乙烯亞胺（PEI）：分子量5萬左右，電荷量為5.0mmol•g-1；陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）：分子量500萬左右，電荷量為1.2mmol•g-1；膨潤土、碳酸鈣（CaCO3）為工業(yè)品。
1.3儀器
WGZ-2000型濁度計；DDJ型動態(tài)濾水儀；pH200、EC200型便攜式測定儀；JH-722型可見分光光度計；DC-KZ300C型電腦測控抗張試驗機(jī)；ZQJ1-B紙樣抄片器。
1.4實驗方法
纖維留著率的測定：紙漿中的細(xì)小纖維含量用DDJ型動態(tài)濾水儀進(jìn)行測定，參考的測定標(biāo)準(zhǔn)為TAPPIT261CM-94測定細(xì)小纖維的留著率[4-5]；混合漿料：將混合漿料（足夠n次制備回用白水的漿量）稀釋至濃度3%，加入PEI0.2%（對絕干纖維），攪拌90s，添加碳酸鈣8%（對絕干纖維），混合均勻后，在200r/min攪拌下加入CPAM0.1%（對纖維量），混合90s，最后加入膨潤土0.2%（對纖維量），繼續(xù)攪拌90s?；赜冒姿涸跐{料溫度50℃的抄造過程下，將3％的混合漿料用第1次白水（混合漿料脫出的第1次白水）稀釋到0.5%的濃度，在120r/min條件下攪拌2min，然后抄片，此時經(jīng)過濾得到的白水為第2次白水，次數(shù)更高的回用白水（n次）可以將上述過程再重復(fù)n次而得到，用每次得到的白水稀釋混合漿料，制得回用白水（見圖1），備用[6]。
2結(jié)果與討論
2.1白水回用與白水性能指標(biāo)的關(guān)系
對不同回用次數(shù)的白水進(jìn)行吸光度、電導(dǎo)率、濁度進(jìn)行檢測，結(jié)果見圖2、圖3、圖4。
2.1.1白水回用與吸光度的關(guān)系
從圖2可以得到白水回用次數(shù)與吸光度的關(guān)系呈現(xiàn)明顯的先下降后上升的規(guī)律。這是因為前期回用的白水中存在剩余的CPAM與PEI，其含量在逐漸累積，提高了抄造過程的助留效果，因此前期助留劑的累積占主導(dǎo)地位，細(xì)小物質(zhì)在回用的白水中逐漸減少，吸光度下降。在白水回用的后期由于回用白水中陰離子物質(zhì)（DCS）逐漸累積，陽離子助留劑的效果受到影響，吸光度開始上升，因此在白水循環(huán)的后期累積的陰離子物質(zhì)占主導(dǎo)地位?；赜冒姿拇螖?shù)在70次時吸光度出現(xiàn)拐點，開始上升。
2.1.2白水回用與電導(dǎo)率的關(guān)系
由圖3可以得出白水回用次數(shù)與電導(dǎo)率的關(guān)系，即隨著白水回用次數(shù)的增加，前期電導(dǎo)率呈現(xiàn)緩慢上升，中期快速上升，后期逐漸趨于平緩的變化狀態(tài)。在白水回用的前期白水中能夠參與導(dǎo)電的離子很少，陽離子助劑還能正常發(fā)揮作用，白水回用次數(shù)增加電導(dǎo)率緩慢上升；到了白水回用的中期，由于漿料中的各種導(dǎo)電離子在白水中不斷富集，陽離子助劑受到的干擾在增加，不斷富集的離子使電導(dǎo)率快速增加；白水回用后期，系統(tǒng)中存在的陰離子干擾物質(zhì)與其它離子在增多，但此時系統(tǒng)白水中與紙頁纖維中的離子趨于動態(tài)平衡狀態(tài)，因而此時電導(dǎo)增加的比較緩慢，電導(dǎo)率在白水回用60次前呈現(xiàn)下降，回用60次以上時開始增加，在白水回用到90次以后又趨于緩慢。
2.1.3白水回用與濁度的關(guān)系
由圖4可以看出初期白水濁度隨著回用次數(shù)的增加呈現(xiàn)下降趨勢后期又呈現(xiàn)上升趨勢，這是由于前期白水回用時白水中助留劑含量逐漸累積，提高了助留效果，前期過程化學(xué)添加助留劑的累積占主導(dǎo)作用，白水中細(xì)小物質(zhì)被留在紙頁中，濁度下降。后期白水系統(tǒng)中各種陰離子干擾物質(zhì)累積增加，使得助留效果變差，因此后期累積的陰離子物質(zhì)占主導(dǎo)地位，致使?jié)岫壬仙姿赜么螖?shù)在80次時出現(xiàn)拐點，濁度呈現(xiàn)上升趨勢。
2.2白水回用次數(shù)與抄造性能的關(guān)系
2.2.1白水回用與CPAM效果的關(guān)系
由圖5可以得出，隨著陽離子助劑CPAM添加量的增加，混合漿料中細(xì)小纖維留著率均增加。對系統(tǒng)中的白水回用為60次的漿料進(jìn)行試驗時，隨著陽離子助劑CPAM添加量的增大，混合漿料纖維留著率呈現(xiàn)上升趨勢。但是當(dāng)系統(tǒng)中白水回用次數(shù)為90次時，細(xì)小纖維的留著率變化出現(xiàn)在CPAM加入量為0.6％（對絕干漿）的位置，在CPAM加入量為0.6％之前為上升，在CPAM加入量為0.6％之后為緩慢狀態(tài)。
2.2.2白水回用與紙頁強(qiáng)度的關(guān)系
從圖6白水回用次數(shù)與紙頁裂斷長的關(guān)系可以看出，隨著白水回用次數(shù)的不斷增加，紙頁裂斷長呈現(xiàn)出單邊下降的狀態(tài)，其原因是膠體物質(zhì)的不斷累積的結(jié)果，在膠體物質(zhì)中含有大量的脂肪酸和樹脂酸，它們都有長的碳?xì)渲辨?，這根長的碳?xì)渲辨湸嬖跇O性末端基團(tuán)，可以使水的表面張力降低，進(jìn)而使纖維與纖維之間結(jié)合時形成氫鍵數(shù)量的能力受到阻礙，纖維表面氫鍵數(shù)量的減少，使得紙頁中纖維之間的結(jié)合力降低，紙頁強(qiáng)度主要來源于氫鍵的結(jié)合力，一次強(qiáng)度指標(biāo)受到白水回用的影響，白水回用初期影響較小，回用到90次以后指標(biāo)下降幅度開始變大。
3結(jié)束語
吸光度在回用白水的次數(shù)在70次時吸光度出現(xiàn)拐點，之前下降，之后上升；電導(dǎo)率在白水回用60次前為下降，回用60次以上開始增加，回用到90次以后趨于平緩；濁度在白水回用80次時出現(xiàn)拐點，之前下降，之后上升；系統(tǒng)中白水回用次數(shù)超過90次，CPAM加入量超過0.6％時，助劑效果不明顯；系統(tǒng)中白水回用次數(shù)增加，紙頁裂斷長呈現(xiàn)單邊下降，回用到90次以后指標(biāo)下降幅度變大。