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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,本組成員：李 強 陳思卉 吳瑞強 史軍濤,林貞翔 施宗楠 劉 寬 曹玉惠,造紙化學品及其應(yīng)用,Chemicals for papermaking,1,造紙的步驟,紙漿來源,各類化學品的作用,選取所需化學試劑,造紙,紙漿提取方法,2,在造紙工業(yè)中，造紙化學品的應(yīng)用對紙張的質(zhì)量和生產(chǎn)的經(jīng)濟性起著決定性的作用。,它們能賦予紙張各種優(yōu)異的特殊性能（如抗水性、抗油性、濕強度、平滑性、印刷適性、柔軟性等），,能使較差的纖維原料生產(chǎn)出

2、更薄、更白、更牢的紙；,它們使生產(chǎn)過程優(yōu)化、紙機運行速度提高。,應(yīng)用造紙化學品的重要性,3,造紙化學品的種類和作用,分為,功能型添加物質(zhì)和控制型添加物質(zhì),兩大類。,功能型添加物質(zhì),是作為紙中的一種成分，以改變紙張性質(zhì)為目的。,施膠劑和定著劑是為取得,防潮抗水性能,；,填料或顏料是為了增加紙張不透明度、白度、勻整性以改善,印刷適性,；,染料或有色顏料是為了使紙張著色,生產(chǎn)色紙,；,增強劑是為了增加紙張的,干強度或濕強度,；,纖維分散劑或柔軟劑是為了改善紙張,勻度或柔軟性；,光學改性劑是為了獲得某種,光學性能,；,特殊添加劑是為了使紙張獲得某一,特殊性能,。,4,造紙化學品的發(fā)展趨勢,我國的造紙化

3、學品發(fā)展的,主要特點,是推廣應(yīng)用的領(lǐng)域及紙種進一步擴大，產(chǎn)品開始出現(xiàn),系列化，,新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品開發(fā)重視經(jīng)濟效益。,各種新型的施膠劑、干(濕)增強劑、助留(濾)劑、殺菌劑、絮凝劑、消泡劑、涂布膠黏劑、柔軟劑、廢紙脫墨劑等投入生產(chǎn)，在紙廠得到了廣泛的應(yīng)用。,5,第一節(jié),內(nèi)部施膠,一、施膠的目的、方法及發(fā)展情況,（一）,施膠的目的,施膠的目的是使紙或紙板具有抗拒液體(特別是水和水溶液)擴散和滲透的能力，以適宜于書寫或防潮抗?jié)瘛?（二）,施膠方法,紙內(nèi)施膠（漿內(nèi)施膠）,紙面施膠（表面施膠）,雙重施膠（漿內(nèi)和表面均施膠）,6,二、,施膠劑的選用原則,選擇施膠劑時應(yīng)從,施膠效果、經(jīng)濟效益、工藝可行性

4、,等方面考慮，選擇的主要原則是：,(1)具有較低的表面自由能，液固接觸角較大。,(2)成膜性好，或易分散成微細顆粒，分散后的懸浮液穩(wěn)定性好，不易產(chǎn)生凝聚。,(3)施膠環(huán)境應(yīng)接近中性，不產(chǎn)生腐蝕作用。,(4)資源豐富，價格便宜。,內(nèi)部施膠,7,液體在紙頁表面的擴散和滲透,機理,內(nèi)部施膠的,目的,在于改變纖維的表面以便控制含水液體向紙內(nèi)的滲透。,紙或紙板主要由,纖維,組成，纖維具有,親水性,。纖維本身有,微細管,，紙頁上又有許多,孔隙,，能起毛細管作用，這樣液滴便會在紙面上產(chǎn)生,擴散與滲透,現(xiàn)象，使紙具有吸液性能。,內(nèi)部施膠,8,內(nèi)部施膠,液滴在紙面上,三相交界面的受力狀況,sv,=,sL,+,L

5、v,cos,9,內(nèi)部施膠,楊氏方程（T.Young Equation）,sv,=,sL,+,Lv,cos,sv,固、氣兩相間的比表面能；,sL,固、液兩相間的比表面能；,Lv,液、氣兩相間的比表面能；,液、固兩相間的接觸角。,10,施膠理論Washburn 方程：,液體在毛細管中的,上升速度R,L浸透深度（cm）;,t浸透時間(s)；,液體比表面能自由能，（N/cm）；,液體粘度（Pa.s）；,r毛細管半徑（cm）；,液、固兩相間接觸角（度）。,內(nèi)部施膠,11,對于某一紙種及某一液體，,毛細管長度L，液體表面張力,以及粘度,可視為定值，因此液體在紙頁上的,滲透速率R,只與,毛細管半徑r,及紙面

6、與液體兩相間,接觸角,有關(guān)。,毛細管半徑越小，接觸角越大，則滲透越困難。,內(nèi)部施膠,12,接觸角理論,根據(jù)T.Young方程Washborn方程，增大液固間的接觸角均有利于紙頁阻抗液體的吸收。,因此，接觸角理論認為，施膠的效果主要是由于松香膠微粒被吸附在紙頁的表面，改變了紙頁表面的性質(zhì)，即增大了液固間的接觸角，減少了紙面對液體的附著力。,施膠效果的產(chǎn)生,13,松香膠施膠過程理論,纖維和松香粒子在水中均,帶負電荷,，相互不能接近。為了使松香膠粒子與纖維結(jié)合，必須消除這一障礙。,由膠體電位（電泳淌度、Zeta電位）的研究證實，在pH46范圍內(nèi)，松香膠加入硫酸鋁液后，所生成的,沉淀物,具有,正電性,

7、，這一現(xiàn)象與施膠過程有重要的關(guān)系。,14,（一）松香膠體系,1、松香,松香是由稱為樹脂酸的一系列三環(huán)酸所組成，是一種,復雜的混合體,，松香酸是該系列的主要成分，其分子式為C,19,H,29,COOH，分子量302.04。,松香是一種,棕色透明,的水不溶固體，其顏色從很淺的琥珀色到深紅褐色不等。,第二節(jié),紙內(nèi)施膠,15,松香酸和海松酸,化學結(jié)構(gòu)式,紙內(nèi)施膠,16,蒸煮過松香的結(jié)構(gòu)特性程,松香的,化學反應(yīng),主要是受,酸性基團,（羧基）和,共軛不飽和雙鍵,支配。因此，增加羧基含量和減少共軛不飽和值，均可增加松香膠與纖維素的親和性，減少氧化趨勢，從而提高其施膠效果。,另一方面，樹脂酸中大分子量的,碳氫

8、化合物,又能有效地隔離兩性分子中小分子量的極性羧基，松香分子經(jīng)過適當?shù)亩ㄏ蚺帕泻?，可以?gòu)成有效的,疏水表面,。,17,松香的質(zhì)量參數(shù),酸值,：中和1克松香所消耗的KOH的毫克數(shù)。酸值越大，表明松香中含松香酸量越高，松香純度越好。,皂化值,：指完全皂化1克松香所消耗的KOH毫克數(shù)。皂化值表示松香中包括松香酸在內(nèi)的樹脂酸和脂類的總含量。該值與酸值之差越大，說明松香中含脂越高，松香純度越差。,18,松香膠的分類,以游離松香含量劃分,褐色膠,又稱中性膠。不含游離松香，即全部松脂酸都被皂化，膠液呈中性或微堿性，顏色為暗褐色。,白色松香膠,含有2040的游離松香。顏色呈乳白色，呈堿性。,高游離松香膠,含有

9、7080的游離松香。性質(zhì)不穩(wěn)定，易凝聚成大顆粒。,19,影響施膠的主要因素,pH值,控制在 45 之間，以求得到較多的六水鋁離子,20,特點,普通松香膠均為皂型松香膠。而高分散松香膠是100 游離松香的高游離松香分散體。,少用或不用硫酸鋁作沉淀劑，可用在pH67的條件下施膠。,施膠效果是普通松香膠的兩倍左右。,分散松香膠,21,分散松香膠的,施膠機理,皂化松香膠,皂化松香乳液與礬土起“觸發(fā)反應(yīng)”，形成粗大的沉淀。反應(yīng)生成物主要為松香酸鋁和少量的游離松香。,分散松香膠,微細游離松香與礬土起“延遲反應(yīng)”，形成的松香酸鋁僅僅附在游離松香微粒的表面以絡(luò)合的形式存在。,22,分散松香膠的,施膠機理,皂化

10、松香膠,與礬土形成粗大絮塊，在纖維上難以均勻分布。,熔點高，流動性差，定向排列的轉(zhuǎn)向功能較差，因此接觸角只有58,o,分散松香膠,與礬土反應(yīng)較慢，松香微粒呈相互分離的小球，易于在紙頁上均勻分布。且膠膜穩(wěn)定性好。,熔點較低，易于流動，定向排列功能好，接觸角可達90,o,23,第三節(jié),合成施膠劑,常用的是AKD和ASA，其,結(jié)構(gòu)特點,是由能與纖維素反應(yīng)的,活性基團和疏水基團,構(gòu)成；反應(yīng)基團能與纖維素反應(yīng)生成酮酯，而擁有的長碳鏈具有憎液性官能團，從而起施膠作用,24,合成施膠劑,AKD的使用,AKD不溶于水，制膠時需加入分散劑和乳化劑（如陽離子淀粉）。,AKD適用于在,pH值,為8.2的條件下使用。

11、,AKD在,水中不穩(wěn)定,，容易,水解,失效。為了減少AKD發(fā)生水解，其加入點應(yīng)靠近紙機上網(wǎng)處。,AKD在65.5以上時極易水解生成酮而喪失施膠效果，因此膠液應(yīng),保持,在較低的,溫度,下。,施膠中可使用陽離子型的,助留劑,。,25,的,施膠機理,ADK,26,的,施膠特點,AKD是一種纖維素,反應(yīng)型施膠劑,，它既能作為漿內(nèi)施膠劑，也能作為表面施膠劑。,AKD的,熔點較低,，在紙機干燥部的高溫條件下很容易與纖維反應(yīng)，形成,酮基酯衍生物,，并定位在纖維上，疏水端面向纖維的表面形成疏水層，具有,優(yōu)異的防水性,，是一種高效施膠劑。,AKD的施膠作用在紙頁干燥以后,尚未完成,，卷取后存放24小時僅完成80

12、，若干天后施膠反應(yīng)還在繼續(xù)進行。,AKD,27,烯基琥珀酸酐,性質(zhì)：,ASA是一種同分異構(gòu)體化合物的液體混合物，帶黃色的油狀產(chǎn)品，不溶于水。乳液在數(shù)小時內(nèi)便會失去活性，使用之前必須在紙廠現(xiàn)場乳化,使用：,ASA一般在弱堿性條件下使用，也可在較低pH下(5.0)使用，或有硫酸鋁存在的環(huán)境中使用，但在堿性條件下ASA熟化速度要快得多。,ASA,28,第四節(jié)染色和調(diào)色,一、染色和調(diào)色的,目的和作用,1、為了生產(chǎn)顏色紙需進行染色。,2、生產(chǎn)白紙需對紙頁進行調(diào)色，以使得每批產(chǎn)品的色調(diào)趨于一致。,3、對某些紙種，需要提高白度，因此需加入增白劑增白。,染色：,指在紙漿或紙張中加入某些色料使紙能有選擇性地吸收

13、可見光中的大部分光譜，不吸收并反射出所需要色澤的光譜,。,29,色料的分類和性質(zhì),色料分為：,顏料,有色的填料，不溶于水，與纖維無親和能力，著色的質(zhì)量主要取決于其粒度及其在紙頁上的分散。分為無機顏料和人造顏料兩種。,染料,溶于水，著色質(zhì)量好。分為天然染料與人造染料兩種。造紙工業(yè)中主要使用人造染料。,30,人 造 染 料,1、堿性染料,具有,氨基堿性基團,的有機化合物。可溶于水，,著色力極強,，容易使纖維上色，色彩鮮艷，價格低廉。在造紙生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛。,但耐光、耐熱性極差，對酸、堿、氯根的抵抗力也弱。故產(chǎn)品容易褪色。,31,人 造 染 料,2、酸性材料,具有,苯羥基或磺酸基,的酸性有機化合物，呈

14、酸性。其染色離子時酸根與鈉、鉀和銨等陽離子結(jié)合而成，極易溶于水，水的硬度和漿溫對染色影響不顯著。,酸性染料的,著色能力,和,色度,的鮮明性較堿性染料差一些，而,耐光,、,耐熱性,比堿性染料強，但,耐酸、耐堿和抗氯,性能極差，,抗潮解,性也較弱。,32,染色方法,（一）染色方法,漿內(nèi)染色,（間歇染色、連續(xù)染色）,紙面染色,（,浸漬法、壓光法和涂布,法,）,33,染料濕部染色的物化過程,造紙染料的染色過程可分為三個階段：,(1),染料被纖維吸附,：染料加入紙料后，紙料液中水相的染料移向纖維表面，纖維上的染料濃度逐漸升高，而水相里的染料濃度相應(yīng)降低。,(2),染料向纖維內(nèi)部擴散,：吸附在纖維表面的染

15、料不斷地向纖維的無定形區(qū)擴散，直至纖維內(nèi)外孔隙全被染透。,(3),染料在纖維中固著,：進入纖維孔隙的染料相互聚集，并與纖維大分子形成離子鍵(相反電荷)、氫鍵和范德華力(分子間結(jié)合力)或沉積(無機或有機顏料)結(jié)合。,34,第五節(jié)紙張濕強度與濕強劑,一、濕紙強度、濕強度的概念,濕紙強度,是指紙頁抄造過程未經(jīng)干燥的濕紙頁的強度，一般是指進入烘缸前干度為2050時的濕紙頁強度，或稱初始濕強度。,紙頁的濕強度,是指經(jīng)干燥后的紙張再被水潤濕完全飽和后所具有的強度，或稱再濕強度。,一般紙張被水完全潤濕后只保留原來強度的38，濕強紙可保留1540或更高。,35,紙頁之所以具有強度是由于組成紙頁的纖維之間存在,

16、摩擦力和結(jié)合力,。,構(gòu)成濕紙強度,的基礎(chǔ)是纖維之間的摩擦力，摩擦力越大，濕紙強度也越大。,構(gòu)成干紙強度,的基礎(chǔ)除與纖維之間摩擦力大小有關(guān)外，主要決定于纖維之間的結(jié)合力，結(jié)合力越大，干紙強度也越大,由于纖維之間的,結(jié)合力比摩擦力大,得多，因此紙頁的,干紙強度比濕紙強度大,得多,36,影響濕強度的因素,決定濕強度大小的因素,主要是防止紙頁再潤濕和氫鍵被破壞的程度。,濕強劑的性質(zhì)和用量,是決定紙張濕強度的主要因素。,37,濕強劑種類和特性,1、,酸熟化熱固性濕強樹脂,（脲醛樹脂UF、三聚氰胺甲醛,、,樹脂MF、聚乙烯亞胺PEI等）,2、,堿熟化熱固性濕強樹脂,（聚酰環(huán)氧樹脂PAE）,3、,其他濕增強劑,(聚胺樹脂PA、合成膠乳PEL等),38,濕強劑增濕強作用機理,紙頁強度的喪失,濕紙幅經(jīng)脫水干燥后，產(chǎn)生了大量的內(nèi)部纖維鍵合。由于氫鍵在內(nèi)部纖維鍵合中起著重要的作用，紙幅也因此獲得最大的強度。,當紙頁與水接觸以及,纖維纖維,間結(jié)合被,水纖維,間鍵合取代后，紙頁將失去其結(jié)合強度。,39,第六節(jié) 紙張干強度與干強劑,一、紙張干強度及影響干強度的因素,干強度,是指風干紙的強度性質(zhì)。,影響,紙張干強度