第三章 非纤维添加物质的应用（四）.

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1 第三章 非纤维添加物质的应用（四）

2 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。

3 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。

4 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。

5 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

6 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。

7 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。

8 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。

9 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。

10 （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）

11 淀粉 直链淀粉（上图） 支链淀粉（下图）

12 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％。

13 （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。

14 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。

15 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。

16 （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％。

17 （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)

18 （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。

19 （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。

20 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。

21 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。

22 （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。

23 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。

24 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。

25 （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。

26 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。

27 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。

28 （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。

29 （五）常用主流助滤体系 双组分体

30 微粒子体系

31 （六）助留助滤的测试 动态滤水分析仪

32 动态滤水仪（DDJ）

33 运动带式滤水分析仪

34 纸机的助留助滤剂添加系统

35 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。

36 （二）纸浆中气泡的危害 －－降低滤水速度、造成纸页针眼

37 （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。

38 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。

39 消泡剂的消泡机理

40 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。

41 纸浆中的细菌 －－尖孢真菌的丝状结构

42 纸浆中的细菌 －－酵母菌的球状结构

43 （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

44 （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。

45 （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。

46 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。

47 造纸湿部化学－－ 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。