聚合氧化鋁在造紙中的應(yīng)用
a、助留劑
目前,許多學(xué)說都認(rèn)為,細(xì)小纖維和填料等在紙頁中的留著主要通過兩種方式作用,即機(jī)械截留和膠體絮凝作用來實(shí)現(xiàn)的,而隨著對(duì)留著機(jī)理不斷深入的研究,認(rèn)為后一種作用更為重要。機(jī)械截留作用主要是顆粒機(jī)械地留著在逐漸形成的紙頁結(jié)構(gòu)中,這種機(jī)理類似于過濾作用,它僅僅適用于紙料中的較長(zhǎng)纖維部分,無法說明細(xì)小組分留著率高的原因,也無法解釋助留劑的助留效果。
當(dāng)前,越來越多的研究集中于有關(guān)細(xì)小纖維及填料的留著機(jī)理,這些研究建立了許多不同的概念和模型,為解釋和發(fā)展留著機(jī)理、優(yōu)化工藝過程提供了理論基礎(chǔ)。膠體絮聚作用包括凝聚作用(coagulation)和絮凝作用(flocculation)。凝聚作用(coagulation)指用無機(jī)鹽或分子量小、電荷密度較高的聚合物使膠體懸浮液失去穩(wěn)定性而發(fā)生絮聚的作用,所產(chǎn)生的絮聚物是細(xì)小而緊密聚集的沉淀物,它主要是通過電荷中和、異相凝聚和補(bǔ)綴作用幾種形式來實(shí)現(xiàn)的。
絮凝作用(flocculation)指用一長(zhǎng)鏈聚合物將膠體結(jié)合在一起,使膠體懸浮液失去穩(wěn)定性而發(fā)生絮聚的作用,所產(chǎn)生的絮凝物為粗大、疏松、多孔的團(tuán)塊。絮凝作用主要通過橋聯(lián)絮凝作用和網(wǎng)絡(luò)絮凝作用兩種形式來實(shí)現(xiàn)。
b、助濾劑
由于紙料的脫水過程會(huì)直接影響紙張的質(zhì)量和紙機(jī)的運(yùn)行性能,而且濾水性能的提高可以提高生產(chǎn)率,改善紙頁成形,降低干燥部能耗等,所以提高紙料的濾水性能是濕部化學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。在通常情況下,幾乎所有的助留劑和電荷中和劑均兼有助濾功能,所以硫酸鋁、聚合氯化鋁、陰離子淀粉、聚電解質(zhì)以及微粒助留系統(tǒng)都可以起到助濾作用。
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聚合氧化鋁在造紙中的應(yīng)用
1、PAC 在造紙工業(yè)中的應(yīng)用
聚合氯化鋁在造紙工業(yè)中除部分用于污水和清水處理(造紙中)外,其主要用途是用于松香中性施膠沉淀劑和助留、助濾劑,此外,它還可用于控制樹脂障礙和作為陰離子雜質(zhì)的捕捉劑等等。
(1)聚合氯化鋁用于松香中性施膠沉淀劑
由于全球范圍內(nèi)的資源緊缺,造紙用原料變得越來越寶貴,用更廉價(jià)的CaCO3 填料來盡可能多地替代纖維變得更為實(shí)際,因此歐洲于八十年代中期率先采用松香中性施膠技術(shù)生產(chǎn)中性紙張,該生產(chǎn)過程可用 CaCO3 作為填料,這項(xiàng)技術(shù)成功的關(guān)鍵之一是用聚合氯化鋁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的明礬作為施膠沉淀劑。由于聚合氯化鋁可在中性甚至堿性范圍內(nèi)仍能保持較高的正電性,而不像 Al2(SO4)3 那樣很快形成 Al(OH)3 沉淀,而且由于聚合氯化鋁的預(yù)水解,它不像 Al2(SO4)3 那樣把系統(tǒng)的 pH 值降得很低,所以,聚合氯化鋁是十分理想的進(jìn)行中性施膠的新型鋁源,其施膠 pH 值可達(dá)到 7.5。利用這種方法進(jìn)行中性施膠不僅大大降低了生產(chǎn)成本,同時(shí)也克服了用合成膠料(如 AKD 等)進(jìn)行中性施膠時(shí)存在的一些難以避免的缺點(diǎn)(如打滑、施膠度難以控制等)。即使如此,由于聚合氯化鋁是一種處于亞穩(wěn)狀態(tài)下的、復(fù)雜的無機(jī)高分子聚合物,因此,在使用過程中還存在著能否合理選用及其產(chǎn)品本身的穩(wěn)定性等諸多問題,這還有待于在今后的研究和開發(fā)中進(jìn)一步得到解決。
(2) 聚合氯化鋁用作助留、助濾劑
濕部化學(xué)是研究在脫水、成形過程中,紙料中的各種細(xì)小組分、添加劑以及纖維之間相互作用的表面及膠體化學(xué)的規(guī)律。在過去的十幾年當(dāng)中,濕部化學(xué)的主要發(fā)展趨勢(shì)是造紙過程由酸性向中、堿性環(huán)境的過渡,而近些年來,另一種發(fā)展趨勢(shì)是在造紙濕部廣泛使用各種各樣的化學(xué)添加劑及添加系統(tǒng)。我國(guó)造紙工業(yè)以非木材纖維原料為主,其中又以禾本科植物纖維原料為主,由于草漿本身存在纖維短,雜細(xì)胞含量高,造成紙張強(qiáng)度差,抄紙過程中濾水困難,因而研究其在中、堿性條件下抄紙及利用各種助劑提高留著、濾水性能是適合我國(guó)國(guó)情的濕部化學(xué)的研究方向。
(3) 聚合氯化鋁的其他用途
隨著造紙過程逐漸由酸性轉(zhuǎn)向中、堿性范圍,白水封閉程度不斷提高,高得率漿及涂布損紙數(shù)量的增加,紙漿中的陰離子雜質(zhì)問題就越來越突出,若得不到及時(shí)處理,它將會(huì)嚴(yán)重影響到紙機(jī)操作及成紙質(zhì)量。實(shí)踐證明,本身帶有較高陽電荷的聚合氯化鋁是一種良好的雜質(zhì)捕捉劑,它能與這些陰離子雜質(zhì)結(jié)合并將其沉積到纖維上,從而不僅控制了陰離子雜質(zhì)在紙漿中的干擾作用,也改善了紙漿的濾水性能,因?yàn)榧词股倭康年庪x子纖維降解產(chǎn)物也會(huì)大大影響紙料的濾水作用。
與此同時(shí),聚合氯化鋁可以很容易地吸附到纖維表面,還可以吸附帶有負(fù)電荷的填料和細(xì)小纖維,使它們更多地留著在紙頁內(nèi)部;與其他有機(jī)聚合物的協(xié)同作用可以有效地提高細(xì)料的留著率,并改善漿料的濾水性能。
此外,聚合氯化鋁還可以有效地控制樹脂障礙,其原理與消除陰離子雜質(zhì)相同。與 Al2(SO4)3 相比,聚合氯化鋁可以更有效地將樹脂固著在纖維上,同時(shí)聚合氯化鋁的使用可以大大減少 BaSO4 等不溶物的沉積。
(4)展望
目前我國(guó)聚合鋁生產(chǎn)廠約上百家,但大多數(shù)廠家的規(guī)模及工業(yè)化程度不高,工業(yè)技術(shù)也落后,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,這在一定程度上影響了這一絮凝劑的應(yīng)用與發(fā)展,隨著近年來對(duì)無機(jī)高分子絮凝劑應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究的重視與發(fā)展,一些生產(chǎn)廠已開始向現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模和國(guó)際產(chǎn)品質(zhì)量過渡,這會(huì)促使聚合鋁在我國(guó)的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。
聚合氯化鋁在歐洲和北美等地區(qū)已經(jīng)成為環(huán)境及造紙工作者不可缺少的得力助手之一,它的作用幾乎涉及到水處理及造紙濕部化學(xué)的每一個(gè)方面。因此,只有在進(jìn)行深入研究、分析的基礎(chǔ)上,合理地選用不同性能的聚合氯化鋁產(chǎn)品,優(yōu)化其使用條件和操作環(huán)境,才能真正發(fā)揮這一新型高效鋁源的潛在作用。
聚合氧化鋁在造紙中的應(yīng)用