第三章 非纤维添加物质的应用（四）

造纸化学助剂 一、化学助剂在现代造纸工业中的作用 上个世纪末世界纸与纸板的产量已达30101万吨，纸浆产量达17553万吨。 我国造纸产量到上个世纪末已达到3000万吨。居世界第三位。但是，我国的纸和纸板的人均消费量仅为29公斤，与世界平均消费水平（52公斤）相比还有较大的差距，与发达国家（美国人均消费量为335公斤）的差距则更大。

在21世纪，资源、能源和环境仍然是世界造纸工业面临的三个主要问题，因而要使造纸工业得以持续发展，就必须解决好这些问题。从目前世界造纸工业的实际情况看，采用造纸化学助剂无疑是比较快捷和行之有效的途径之一。虽然制浆造纸化学助剂的用量只占纸张总量的1％～2％，但对造纸的质量和成本起着非常重要的作用。在现代造纸工业中，化学助剂的作用几乎可以说是无处不在。

二、造纸化学助剂的分类 造纸化学助剂 过程助剂－－用于优化造纸过程操作的化学助剂。 功能助剂－－赋予纸页特殊功能和提高纸页性能的化学助剂。

造纸助剂 过程助剂 助留剂 助滤剂 成形助剂 消泡剂 树脂障碍控制剂 功能助剂 施胶剂 增强剂 纸用染料、增白剂 特殊功能助剂    

使用助剂的目的和作用 1、提高生产效率 如适应纸机车速的提高－－快速脱水，使用助滤剂等。

2、改进质量，赋予纸页特殊性能 如水泥袋纸等，加干强剂。 餐巾纸等，加柔软剂。 照相纸、广告纸等，加湿强剂。 3、减少流失、节约原材料 如在纸页中加入助留剂、絮凝剂等可以提高填料和细小纤维的留着。并可以减少白水的污染负荷。

4、消除生产障碍 如用树脂控制剂，可消除亚硫酸盐木浆和机械木浆生产中的树脂障碍。 采用防腐剂，可消除夏季在浆、白水流线上出现的腐浆现象。 5、改进生产操作 如使用毛毯清洁剂，保持毛毯的透气性和滤水性。

三、 干强剂 （一）干强剂的作用 提高纸页的强度性能。如可以用草浆、阔叶木浆、废纸浆等，代替针叶木浆生产高级纸种等。 这对我们这个非木材造纸原料较为丰富的国家来说，具有重要的经济价值和现实意义。

（二）常用的干强剂种类 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）

淀粉 直链淀粉（上图） 支链淀粉（下图）

聚丙烯酰胺 造纸过程用得最多的一种多功能添加剂。 作为干强剂用的聚丙烯酰胺，其分子量乙接近纤维素的分子量（10－100万）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0.1％－0.5％，最高量为1％。

（三）干强剂的增强机理 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。

干强剂的增强机理 干强剂能有效地增加纤维之间的结合强度。 如淀粉的自由葡萄糖羟基参与了纤维表面纤维素分子的氢键的形成，因此淀粉的加入增加了纤维间结合面上的氢键数量，从而增加了纤维间的内部结合强度。 一般认为，增加的纤维结合力一般不会影响单根纤维的强度。

四、湿强剂 （一）纸的湿强度 一般的纸在完全被水浸透后，几乎完全失去了强度。其中未经施胶的纸只能保留原有干纸强度的2％－7%，经高度施胶的纸也只能保留10％－12%。 纸的湿强度是指其被水完全浸湿或饱和后，仍能保持的强度。

（二）湿强剂及其作用 湿强剂是使纸页在被水浸泡饱和后，纸页仍能保持一定强度的化学助剂。 在一般情况下，加入湿强剂的纸页的湿强度可以保留干纸强度的20％－50％。

（三）常用湿强剂种类 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)

（四）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。

（五）湿强剂的增强机理 1、保护原有的纤维间的结合。该机理认为，湿强剂在纤维周围形成一个交错的链状网络结构，阻止纤维的吸水润涨以保持原有的纤维间的氢键结合。 2、产生新的抗水纤维结合键。该机理认为，湿强剂与纸浆纤维交联形成了新的共价键、氢键等抗水结合键，从而增加了纤维结合强度。 在实际应用中，湿强剂的增强是通过上述两种机理的综合作用来体现的。

五、助留助滤剂 （一）助留和助滤作用 助留是提高填料和细小纤维的留着，助滤是改善滤水性能，提高脱水速率。多数情况下助留和助滤是同时进行的。

助留和助滤的目的 1、提高填料和细小纤维的留着率，减少 流失，改善白水循环，减少污染。 2、改善纸页的两面性，提高纸页的印刷 性能。 3、提高网部脱水能力，从而适应纸机车 速的提高。

（二）助留、助滤剂的应用 常用助留、助滤剂的种类 1. 无机盐类 主要有硫酸铝、聚合氯化铝和氯化钙，其中硫酸铝是用量最大。在造纸逐步转向中性抄造的现阶段，硫酸铝的消费量虽然正在逐年减少，但仍不失为一种主要的助留剂。

常用助留、助滤剂的种类 2. 天然有机聚合物类 主要有阳离子淀粉、阳离子瓜豆胶和壳聚糖等，其中阳离子淀粉是用量较大的一种，它对促进全程留着率和细小组分留着率均有重要的作用。

常用助留、助滤剂的种类 3. 高分子聚合物类 可分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两性型等四类。其代表是聚丙烯酰胺类聚合物。由于聚丙烯（PAM）酰胺价格低廉及其改性产品的研制，使其成为有机高分子电解质的主要品种。 此外，还有聚胺(PA)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚酰胺(PPE)和聚环氧乙烷(PEO)等。

（三）助留机理 1、电荷中和 纸浆和大多数填料具有负电荷表面，加入阳离子助留剂后，减少了纤维与填料之间的排斥力，从而得到了较好的吸附和留着。

助留机理 2、镶嵌机理（补丁机理 Patching） 阳离子型聚合物的强阳电荷抢先吸附部分细小组分，形成局部区域阳电荷性，这些区域再吸附带阴电荷的细小组分，从而产生镶嵌留着。

助留机理 3、桥联机理（Bridging Flocculation） 具有足够链长的高分子聚合物，可再纤维、填料粒子等空隙间架桥，并形成凝聚。

（四）助 滤 机 理 1、电荷中和 阳离子型助留助滤剂能降低纤维、填料等的表面电荷，致使纤维和填料中充满水的结构受到破坏，使其表面定向排列的水分子被扰乱而容易释放出来。 2、凝结与絮聚 阳离子型助留助滤剂能促进纤维和填料凝聚，使纤维和填料的比表面积降低而加速了脱水作用。

（五）常用主流助滤体系 双组分体

微粒子体系

（六）助留助滤的测试 动态滤水分析仪

动态滤水仪（DDJ）

运动带式滤水分析仪

纸机的助留助滤剂添加系统

六、消泡剂 （一）泡沫的产生 当使用洗涤不良的纸浆或不合理的施胶、再酸性系统中使用碱性填料等，均会造成纸料中产生泡沫，对生产操作和纸页质量造成不良影响。

（二）纸浆中气泡的危害 －－降低滤水速度、造成纸页针眼

（三）消泡剂种类 1、溶剂型消泡剂 由单一的溶剂组成。如煤油、柴油、汽油及烃类油等石油产品。 这类消泡剂比水轻，非表面活性，不溶于水，只能存在于液面上并扩展成新的表面，使泡沫破裂而消失。但是对纸料里面或纤维表面的气泡无效。 并容易再纸面上形成污点。

消泡剂种类 2、油型消泡剂和乳液型消泡剂 这两种类型的消泡剂既能消除纸料表面的泡沫，又能除去纸料里面的泡沫。在组成上要复杂一些。 是由止泡剂、载体、乳化扩散剂、联结稳定剂等组成。用油类作载体的称为油型消泡剂；用水作载体的称为乳液型消泡剂。

消泡剂的消泡机理

七、防腐剂 （一）腐浆的形成 由于浆料中含有丰富的碳水化合物和蛋白质等养料物质，尤其在炎热的季节和温暖潮湿的条件下，细菌繁殖更为迅速。在纸料和白水流经的各种设备和管线中，如不经常清洗，极易产生腐浆。 腐浆落入浆料中会引起纸页的断头或产生纸病等。

纸浆中的细菌 －－尖孢真菌的丝状结构

纸浆中的细菌 －－酵母菌的球状结构

（二）防腐剂的作用 防腐剂抑制细菌生长的机理主要是： 1、使养料物质的蛋白质变质 2、干扰细菌的细胞膜 3、干扰细菌的遗传机制 4、干扰细菌细胞内部酶的活力

（三）防腐剂的类型 1、有机金属化合物 2、氯酚衍生物类 3、氧化剂和还原剂 4、有机溴化物和含有硫化物、氢硫基以 及苯并咪唑、苯并噻唑等基团的有机 化合物。

（四）防腐剂的选用 对防腐剂的要求 1、高效，有较高的杀菌能力和较低的抑菌浓度，一般抑菌浓度为15－30ppm，杀菌浓度为50－100ppm。 2、低毒，易分解，排放后经一段时间或在某一特定的pH值范围内会自行分解。 3、有一定的水溶性，最好使液体，能直接稀释使用。

防腐剂的选用 1、对食品用纸，应考虑其毒性和允许用量。 2、注意pH值对杀菌的影响。一般细菌嗜碱（pH6.5－7.5），要选用酸性防腐剂；真菌嗜酸（pH5.5－6.5），要选用碱性防腐 剂。 3、如长期使用，应更换防腐剂品种，避免 微生物产生耐药性。

造纸湿部化学－－ 21世纪的绿色化学 在已经来临的21世纪，造纸湿部化学将面临着很大的机遇和挑战。把造纸湿部化学品做成绿色化学品，将是新世纪赋予造纸工作者的责任。