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几乎所有类型的纸,都很少是只用纸浆抄造的,大部分纸至少需要添加硫酸铝、松香、淀粉等各种添加剂。抄纸添加剂有内用化学品(湿部添加剂)和外用化学品(在施胶压榨后过程中二次加工用),这些添加剂从天然到合成高分子,其范围很广,而且一种商品添加剂又具有多种功能。
1.功能性添加剂
(1)浆内施胶剂
施胶剂是为防止液体向纸中渗透而添加的化学品。具有亲水基团和疏水基团,可赋予纸张耐水性、耐油性和强度等各种特性。浆内施胶剂大致可分为松香系施胶剂、合成施胶剂和中性施胶剂3大类。以合成强化松香施胶剂为例,其生产是将松香加热熔化后加入马来酸酐,在150~200℃加热,进行Diels-Alder环化加成反应,其反应式示意如下:
由于马来酸酐用量不同,而得到强化程度不同的马来松香。然后使强化松香与碱进行皂化反应制成皂膏,所得皂膏经喷雾干燥,即为成品。生产工艺流程参见图10-24,工艺说明如下:
①将100份的松香置于高温反应釜D101中,在100~150℃下加热熔化,待松香全部熔化后加入6~7份马来酸酐,搅拌并升温至200℃,共热反应2h。然后趁热出料到冷却固化槽F101中,待松香充分冷却固化后,经粉碎机L101粉碎,经L102过100目筛。
②将100份粉碎后的强化松香投入皂化釜D102中,加入140份10%的氢氧化钠水溶液,在80℃加热搅拌反应3~4h,生成皂膏。皂化反应后生成的皂膏送喷雾干燥塔L104干燥,即得成品(国产产品有115,103两种规格)。
图10-24强化松香施胶剂生产工艺流程图
(2)增强剂
纸张增强剂按其使用方法可分为内添加型纸张增强剂和表面添加型纸张增强剂。内添加型纸张增强剂又可分为增加干强的纸张干增强剂和增加湿强的纸张湿增强剂。常用的干增强剂阳离子淀粉的生产原理与工艺如下。
在碱性条件下,淀粉与醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(在碱性条件下迅速脱氯化氢而转化为氯化环氧丙基三甲基铵)发生醚化反应,生成阳离子淀粉醚。根据反应条件不同,醚化剂用量不同,所得产品的取代度不同。取代度是指平均每个葡萄糖单元上的羟基被醚化的数目。造纸业使用的阳离子淀粉的取代度一般为0.02~0.03。其反应式如下:
生产工艺流程见图10-25。工艺说明如下:
①向醚化反应釜中加入一次投料量的淀粉,再加入需要量的乙醇和氢氧化钠水溶液,搅拌下升温至50℃并保持这一温度。然后以细流慢慢加入季铵盐醚化剂水溶液,约1h内加完。加完后继续在50℃保温搅拌反应3~4h。冷却降温,并用适量浓盐酸中和反应液,调pH至中性。待温度降至室温后停止搅拌。
②以离心过滤机过滤反应混合物,母液送分馏塔分馏回收乙醇。淀粉用少量水洗涤数次后再离心滤干。然后送烘房干燥,干燥后粉碎、过筛、分装即为产品。
原料消耗定额(kg/t):玉米淀粉1000,3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵50,氢氧化钠30,盐酸(30%)65,工业乙醇400。
图10-25阳离子淀粉生产工艺流程图
阳离子淀粉主要用作造纸添加剂,用作抄纸湿部添加剂可提高纤维及填料的留着率,提高纸张强度。用于涂布加工纸中,作为涂布胶黏剂,可促进颜料和纤维的结合,提高涂布染色效果。用于纸张表面施胶,可提高纸张表面强度,改善印刷性能。
2.过程添加剂
在抄纸施胶工段中,为减少添加的填料和微细纤维的流失而使用的化学药品就是助留剂。添加的纤维、填料,其初期添加量与纸上保留量的比例,称为留差率。所以,助留剂在造纸工业中能提高填料和细纤维的留差率,加速浆料滤水速度。为此在造纸机趋向高速化、纸浆原料严重缺乏的时代,助留剂更为人们所重视。
助滤剂是为提高从抄纸网部来的湿纸的滤水性、脱水速度而添加的化学药品。助滤剂主要能使细微纤维在纤维表面上絮凝,起减少湿纸孔目堵塞的可能性和增加透过性的作用。滤水作用和留着作用在促进分散质的絮凝这一点是相通的。所以两者在性能方面有许多相似之处。助滤剂的种类主要有聚乙烯亚胺,聚丙烯酰胺,聚胺基酰胺,阳离子乙烯系列的聚合物等。
在造纸各个工段(制浆、抄造、涂布和废水处理)中,普遍存在着泡沫问题。这些问题不及时解决,就会减少产量,降低质量以及污染环境。因此适当地抑制或消除泡沫一直是造纸行业中的一个重要课题。实践证明,消泡剂是一种有效抑制或消除泡沫的化学助剂,而广泛应用于造纸行业中。其中有矿物油类(液休石蜡)、油脂类(动物油、芝麻油、菜籽油)、脂肪酸酯类(乙二醇二硬脂酸酯,二乙烯乙二醇月桂酸酯)、醇类(椰子醇、己醇、环己醇)、胺类与酰胺类(二戊胺、卤代脂肪酰胺)、磷酸酯类(磷酸三丁酯、磷酸三辛酯)、金属皂类(硬脂酸铝、油酸钙、油酸钾等)、有机硅类(二甲基硅油、氟硅油等)、土耳其红油等。
在造纸、纸浆工业中,由于生成称为“沉积物”的泥浆状复合沉积物,从而引起各种故障。在抄纸过程中发生的这些沉积物故障将立即反应到产品质量和生产能力上,为防止这些故障所需的化学品,就是沉积物抑制剂。
在制浆、造纸厂中,处理上水和废水的最有效方法是以絮凝沉淀和压气浮为代表的“药剂絮凝剂”。该法使用的化学药剂称为絮凝剂。
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