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1、造纸化学品第五组造纸化学品第五组第1页，本讲稿共46页 造纸的步骤造纸的步骤纸浆来源各类化学品的作用选取所需化学试剂造纸造纸纸浆提取方法第2页，本讲稿共46页在造纸工业中，造纸化学品的应用对纸张的质量和在造纸工业中，造纸化学品的应用对纸张的质量和生产的经济性起着决定性的作用。生产的经济性起着决定性的作用。它们能赋予纸张各种优异的特殊性能（如抗水性、抗它们能赋予纸张各种优异的特殊性能（如抗水性、抗油性、湿强度、平滑性、印刷适性、柔软性等），油性、湿强度、平滑性、印刷适性、柔软性等），能使较差的纤维原料生产出更薄、更白、更牢能使较差的纤维原料生产出更薄、更白、更牢的纸；的纸；它们使生产过程优化、纸
2、机运行速度提高。它们使生产过程优化、纸机运行速度提高。应应用用造造纸纸化化学学品品的的重重要要性性第3页，本讲稿共46页造纸化学品的种类和作用 分为分为功能型添加物质和控制型添加物质功能型添加物质和控制型添加物质两大类。两大类。功能型添加物质功能型添加物质是作为纸中的一种成分，以改变纸张性质是作为纸中的一种成分，以改变纸张性质为目的。为目的。施胶剂和定着剂是为取得施胶剂和定着剂是为取得防潮抗水性能防潮抗水性能；填料或颜料是为了增加纸张不透明度、白度、匀整性填料或颜料是为了增加纸张不透明度、白度、匀整性以改善以改善印刷适性印刷适性；染料或有色颜料是为了使纸张着色染料或有色颜料是为了使纸张着色生产
3、色纸生产色纸；增强剂是为了增加纸张的增强剂是为了增加纸张的干强度或湿强度干强度或湿强度；纤维分散剂或柔软剂是为了改善纸张纤维分散剂或柔软剂是为了改善纸张匀度或柔软性；匀度或柔软性；光学改性剂是为了获得某种光学改性剂是为了获得某种光学性能光学性能；特殊添加剂是为了使纸张获得某一特殊添加剂是为了使纸张获得某一特殊性能特殊性能。第4页，本讲稿共46页造造纸纸化化学学品品的的发发展展趋趋势势我国的造纸化学品发展的主要特点是推广应用的领域及纸种进一步扩大，产品开始出现系列化，新产品不断出现，产品开发重视经济效益。各种新型的施胶剂、干(湿)增强剂、助留(滤)剂、杀菌剂、絮凝剂、消泡剂、涂布胶黏剂、柔软剂、
4、废纸脱墨剂等投入生产，在纸厂得到了广泛的应用。第5页，本讲稿共46页第一节内部施胶一、施胶的目的、方法及发展情况（一）施胶的目的施胶的目的是使纸或纸板具有抗拒液体(特别是水和水溶液)扩散和渗透的能力，以适宜于书写或防潮抗湿。（二）施胶方法纸内施胶（浆内施胶）纸面施胶（表面施胶）双重施胶（浆内和表面均施胶）第6页，本讲稿共46页 二、施胶剂的选用原则选择施胶剂时应从施胶效果、经济效益、工艺可行性等方面考虑，选择的主要原则是：(1)具有较低的表面自由能，液固接触角较大。(2)成膜性好，或易分散成微细颗粒，分散后的悬浮液稳定性好，不易产生凝聚。(3)施胶环境应接近中性，不产生腐蚀作用。(4)资源丰富
5、，价格便宜。内部施胶第7页，本讲稿共46页 液体在纸页表面的扩散和渗透机理机理内部施胶的目的在于改变纤维的表面以便控制含水液体向纸内的渗透。纸或纸板主要由纤维组成，纤维具有亲水性。纤维本身有微细管，纸页上又有许多孔隙，能起毛细管作用，这样液滴便会在纸面上产生扩散与渗透现象，使纸具有吸液性能。内部施胶第8页，本讲稿共46页内部施胶 液滴在纸面上 三相交界面的受力状况 sv=sL+Lv cos 第9页，本讲稿共46页内部施胶杨氏方程（T.Young Equation）sv=sL+Lv cossv 固、气两相间的比表面能；sL 固、液两相间的比表面能；Lv 液、气两相间的比表面能；液、固两相间的接触
6、角。第10页，本讲稿共46页 施胶理论Washburn 方程：液体在毛细管中的上升速度R L浸透深度（cm）;t浸透时间(s)；液体比表面能自由能，（N/cm）；液体粘度（Pa.s）；r毛细管半径（cm）；液、固两相间接触角（度）。内部施胶第11页，本讲稿共46页对于某一纸种及某一液体，毛细管长度L，液体表面张力以及粘度可视为定值，因此液体在纸页上的渗透速率R只与毛细管半径r及纸面与液体两相间接触角有关。毛细管半径越小，接触角越大，则渗透越困难。内内部部施施胶胶第12页，本讲稿共46页 接触角理论接触角理论 根据根据T.Young方程方程Washborn方方程，增大液固间的接触角均有程，增大液
7、固间的接触角均有利于纸页阻抗液体的吸收。利于纸页阻抗液体的吸收。因此，接触角理论认为，施胶的因此，接触角理论认为，施胶的因此，接触角理论认为，施胶的因此，接触角理论认为，施胶的效果主要是由于松香胶微粒被吸效果主要是由于松香胶微粒被吸效果主要是由于松香胶微粒被吸效果主要是由于松香胶微粒被吸附在纸页的表面，改变了纸页表附在纸页的表面，改变了纸页表附在纸页的表面，改变了纸页表附在纸页的表面，改变了纸页表面的性质，即增大了液固间的接面的性质，即增大了液固间的接面的性质，即增大了液固间的接面的性质，即增大了液固间的接触角，减少了纸面对液体的附着触角，减少了纸面对液体的附着触角，减少了纸面对液体的附着触角
8、，减少了纸面对液体的附着力。力。力。力。施施胶胶效效果果的的产产生生 第13页，本讲稿共46页松香胶施胶过程理论纤维和松香粒子在水中均带负电荷，相互不能接近。为了使松香胶粒子与纤维结合，必须消除这一障碍。由胶体电位（电泳淌度、Zeta电位）的研究证实，在pH46范围内，松香胶加入硫酸铝液后，所生成的沉淀物具有正电性，这一现象与施胶过程有重要的关系。第14页，本讲稿共46页 （一）松香胶体系1、松香 松香是由称为树脂酸的一系列三环酸所组成，是一种复杂的混合体，松香酸是该系列的主要成分，其分子式为C19H29COOH，分子量302.04。松香是一种棕色透明的水不溶固体，其颜色从很浅的琥珀色到深红褐
9、色不等。第二节纸内施胶第15页，本讲稿共46页松香酸和海松酸化学结构式纸纸内内施施胶胶第16页，本讲稿共46页蒸蒸煮煮过过松松香香的的结结构构特特性性程程松香的松香的松香的松香的化学反应化学反应化学反应化学反应主要是受主要是受主要是受主要是受酸性基团酸性基团酸性基团酸性基团（羧基）（羧基）（羧基）（羧基）和和和和共轭不饱和双键共轭不饱和双键共轭不饱和双键共轭不饱和双键支配。因此，增加羧基含量支配。因此，增加羧基含量支配。因此，增加羧基含量支配。因此，增加羧基含量和减少共轭不饱和值，均可增加松香胶与纤维和减少共轭不饱和值，均可增加松香胶与纤维和减少共轭不饱和值，均可增加松香胶与纤维和减少共轭不饱
10、和值，均可增加松香胶与纤维素的亲和性，减少氧化趋势，从而提高其施胶素的亲和性，减少氧化趋势，从而提高其施胶素的亲和性，减少氧化趋势，从而提高其施胶素的亲和性，减少氧化趋势，从而提高其施胶效果。效果。效果。效果。另一方面，树脂酸中大分子量的另一方面，树脂酸中大分子量的碳氢化合碳氢化合物物又能有效地隔离两性分子中小分子量的又能有效地隔离两性分子中小分子量的又能有效地隔离两性分子中小分子量的又能有效地隔离两性分子中小分子量的极性羧基，松香分子经过适当的定向排列后，极性羧基，松香分子经过适当的定向排列后，极性羧基，松香分子经过适当的定向排列后，极性羧基，松香分子经过适当的定向排列后，可以构成有效的可以
11、构成有效的可以构成有效的可以构成有效的疏水表面疏水表面疏水表面疏水表面。第17页，本讲稿共46页松香的质量参数 酸值：中和1克松香所消耗的KOH的毫克数。酸值越大，表明松香中含松香酸量越高，松香纯度越好。皂化值：指完全皂化1克松香所消耗的KOH毫克数。皂化值表示松香中包括松香酸在内的树脂酸和脂类的总含量。该值与酸值之差越大，说明松香中含脂越高，松香纯度越差。第18页，本讲稿共46页松香胶的分类以游离松香含量划分 褐色胶又称中性胶。不含游离松香，即全部松脂酸都被皂化，胶液呈中性或微碱性，颜色为暗褐色。白色松香胶含有2040的游离松香。颜色呈乳白色，呈碱性。高游离松香胶含有7080的游离松香。性质
12、不稳定，易凝聚成大颗粒。第19页，本讲稿共46页影影响响施施胶胶的的主主要要因因素素 pH值 控制在 45 之间，以求得到较多的六水铝离子 第20页，本讲稿共46页特点特点普通松香胶均为皂型松香胶。而高分散松香胶是100 游离松香的高游离松香分散体。少用或不用硫酸铝作沉淀剂，可用在pH67的条件下施胶。施胶效果是普通松香胶的两倍左右。分散松香胶第21页，本讲稿共46页分散松香胶的施胶机理皂化松香胶 皂化松香乳液与矾土起“触发反应”，形成粗大的沉淀。反应生成物主要为松香酸铝和少量的游离松香。分散松香胶 微细游离松香与矾土起“延迟反应”，形成的松香酸铝仅仅附在游离松香微粒的表面以络合的形式存在。第
13、22页，本讲稿共46页分散松香胶的施胶机理皂化松香胶 与矾土形成粗大絮块，在纤维上难以均匀分布。熔点高，流动性差，定向排列的转向功能较差，因此接触角只有58o 分散松香胶 与矾土反应较慢，松香微粒呈相互分离的小球，易于在纸页上均匀分布。且胶膜稳定性好。熔点较低，易于流动，定向排列功能好，接触角可达90o第23页，本讲稿共46页第三节合成施胶剂常用的是AKD和ASA，其结构特点是由能与纤维素反应的活性基团和疏水基团构成；反应基团能与纤维素反应生成酮酯，而拥有的长碳链具有憎液性官能团，从而起施胶作用第24页，本讲稿共46页合成施胶剂 AKD的使用AKD不溶于水，制胶时需加入分散剂和乳化剂（如阳离子
14、淀粉）。AKD适用于在pH值为8.2的条件下使用。AKD在水中不稳定，容易水解失效。为了减少AKD发生水解，其加入点应靠近纸机上网处。AKD在65.5以上时极易水解生成酮而丧失施胶效果，因此胶液应保持在较低的温度下。施胶中可使用阳离子型的助留剂。第25页，本讲稿共46页的施胶机理ADK第26页，本讲稿共46页的施胶特点AKD是一种纤维素反应型施胶剂，它既能作为浆内施胶剂，也能作为表面施胶剂。AKD的熔点较低，在纸机干燥部的高温条件下很容易与纤维反应，形成酮基酯衍生物，并定位在纤维上，疏水端面向纤维的表面形成疏水层，具有优异的防水性，是一种高效施胶剂。AKD的施胶作用在纸页干燥以后尚未完成，卷取
15、后存放24小时仅完成80，若干天后施胶反应还在继续进行。AKD第27页，本讲稿共46页烯基琥珀酸酐性质：ASA是一种同分异构体化合物的液体混合物，带黄色的油状产品，不溶于水。乳液在数小时内便会失去活性，使用之前必须在纸厂现场乳化使用：ASA一般在弱碱性条件下使用，也可在较低pH下(5.0)使用，或有硫酸铝存在的环境中使用，但在碱性条件下ASA熟化速度要快得多。ASA第28页，本讲稿共46页第四节染色和调色一、染色和调色的目的和作用1、为了生产颜色纸需进行染色。2、生产白纸需对纸页进行调色，以使得每批产品的色调趋于一致。3、对某些纸种，需要提高白度，因此需加入增白剂增白。染色：指在纸浆或纸张中加
16、入某些色料使纸能有选择性地吸收可见光中的大部分光谱，不吸收并反射出所需要色泽的光谱。第29页，本讲稿共46页色料的分类和性质色料分为：颜料有色的填料，不溶于水，与纤维无亲和能力，着色的质量主要取决于其粒度及其在纸页上的分散。分为无机颜料和人造颜料两种。染料溶于水，着色质量好。分为天然染料与人造染料两种。造纸工业中主要使用人造染料。第30页，本讲稿共46页人 造 染 料1、碱性染料具有氨基碱性基团的有机化合物。可溶于水，着色力极强，容易使纤维上色，色彩鲜艳，价格低廉。在造纸生产上应用广泛。但耐光、耐热性极差，对酸、碱、氯根的抵抗力也弱。故产品容易褪色。第31页，本讲稿共46页人 造 染 料2、酸
17、性材料具有苯羟基或磺酸基的酸性有机化合物，呈酸性。其染色离子时酸根与钠、钾和铵等阳离子结合而成，极易溶于水，水的硬度和浆温对染色影响不显著。酸性染料的着色能力和色度的鲜明性较碱性染料差一些，而耐光、耐热性比碱性染料强，但耐酸、耐碱和抗氯性能极差，抗潮解性也较弱。第32页，本讲稿共46页染色方法（一）染色方法 浆内染色 （间歇染色、连续染色）纸面染色 （浸渍法、压光法和涂布法）第33页，本讲稿共46页染料湿部染色的物化过程 造纸染料的染色过程可分为三个阶段：造纸染料的染色过程可分为三个阶段：(1)(1)染料被纤维吸附染料被纤维吸附：染料加入纸料后，纸料液中水：染料加入纸料后，纸料液中水相的染料移
18、向纤维表面，纤维上的染料浓度逐渐相的染料移向纤维表面，纤维上的染料浓度逐渐升高，而水相里的染料浓度相应降低。升高，而水相里的染料浓度相应降低。(2)(2)染料向纤维内部扩散染料向纤维内部扩散：吸附在纤维表面的染料不断：吸附在纤维表面的染料不断地向纤维的无定形区扩散，直至纤维内外孔隙全地向纤维的无定形区扩散，直至纤维内外孔隙全被染透。被染透。(3)(3)染料在纤维中固着染料在纤维中固着：进入纤维孔隙的染料相互聚集，：进入纤维孔隙的染料相互聚集，并与纤维大分子形成离子键并与纤维大分子形成离子键(相反电荷相反电荷)、氢键和范、氢键和范德华力德华力(分子间结合力分子间结合力)或沉积或沉积(无机或有机颜
19、料无机或有机颜料)结结合。合。第34页，本讲稿共46页第五节纸张湿强度与湿强剂 一、湿纸强度、湿强度的概念 湿纸强度是指纸页抄造过程未经干燥的湿纸页的强度，一般是指进入烘缸前干度为2050时的湿纸页强度，或称初始湿强度。纸页的湿强度是指经干燥后的纸张再被水润湿完全饱和后所具有的强度，或称再湿强度。一般纸张被水完全润湿后只保留原来强度的38，湿强纸可保留1540或更高。第35页，本讲稿共46页纸页之所以具有强度是由于组成纸页的纤维之间存在摩擦力和结合力。构成湿纸强度的基础是纤维之间的摩擦力，摩擦力越大，湿纸强度也越大。构成干纸强度的基础除与纤维之间摩擦力大小有关外，主要决定于纤维之间的结合力，结
20、合力越大，干纸强度也越大由于纤维之间的结合力比摩擦力大得多，因此纸页的干纸强度比湿纸强度大得多第36页，本讲稿共46页影响湿强度的因素决定湿强度大小的因素主要是防止纸页再润湿和氢键被破坏的程度。湿强剂的性质和用量是决定纸张湿强度的主要因素。第37页，本讲稿共46页湿强剂种类和特性 1、酸熟化热固性湿强树脂（脲醛树脂UF、三聚氰胺甲醛、树脂MF、聚乙烯亚胺PEI等）2、碱熟化热固性湿强树脂（聚酰环氧树脂PAE）3、其他湿增强剂 (聚胺树脂PA、合成胶乳PEL等)第38页，本讲稿共46页湿强剂增湿强作用机理 纸页强度的丧失湿纸幅经脱水干燥后，产生了大量的内部纤维键合。由于氢键在内部纤维键合中起着重
21、要的作用，纸幅也因此获得最大的强度。当纸页与水接触以及纤维纤维间结合被水纤维间键合取代后，纸页将失去其结合强度。第39页，本讲稿共46页第六节 纸张干强度与干强剂一、纸张干强度及影响干强度的因素 干强度是指风干纸的强度性质。影响纸张干强度的因素有：纤维间的结合力、纤维形态与性质、纸张中应力分布和添加物质等，而纤维间结合力是决定性因素。第40页，本讲稿共46页使用增干强剂的目的和作用 可以配用阔叶木、枝桠材、草类原料等短纤维原料甚至配用废纸原料来生产对强度要求较高的高档纸张。可以在保持原有使用质量要求的前提下，降低纸页定量节约原料。可以提高产品档次。在取得相同纸张强度的情况下，可缩短打浆时间，节
22、约电耗和干燥用蒸汽；降低了纸料打浆度，滤水性能改善，可提高车速，增加产量。第41页，本讲稿共46页增干强剂的种类、特性和应用(一)增干强剂的种类 三大类：1、天然动植物胶（明胶、桃胶、原淀粉和改性淀粉）2、合成树脂（聚丙烯酰胺、丙稀酰胺与丙烯酸共聚 物、聚乙烯醇、脲醛树脂、酚醛树脂等）3、水溶性纤维素衍生物类（甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等）第42页，本讲稿共46页增干强剂的性质及应用1淀粉 主要有3种形式，即原淀粉、改性淀粉和淀粉衍生物。淀粉增干强剂能提高纸页的干强度，包括抗张强度、耐破度和耐折度，能改善纸页的表面性能如平滑性、光泽度、表面结合强度和吸油墨性，一定程度上也能增加湿纸页的强度。第43页，本讲稿共46页增干强剂的性质及应用2、聚丙烯酰胺造纸过程用得最多的一种多功能添加剂，其平均相对分子质量可从几千到上千万。产品可为粉状、水溶液或油乳液。有阳离子、阴离子、非离子及两性型。作为干强剂用的聚丙烯酰胺，其分子量以接近纤维素的分子量（10100万）为宜。电荷特性也以接近纤维的表面电荷为好。作干强剂时的常用量为0.10.5，最高量为1。第44页，本讲稿共46页增干强剂增强作用机理 影响纸页强度的四个主要因素：单根纤维的强度；纤维间的结合强度；纤维间的结合面积；纤维的分布状况，即纸页成形匀度第45页，本讲稿共46页谢谢！谢谢！第46页，本讲稿共46页