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紙張勻度及其影響的討論

日期：2020-03-18　

　　一、概述

　　紙張的勻度表示它的結(jié)構(gòu)的均一性，通常是用來敘述紙中纖維及其他固體物質(zhì)的分散相對(duì)均度的情況，也就是指紙?jiān)谝欢娣e上的纖維和結(jié)構(gòu)組成的分布情況。一張勻度好的紙，要求纖維和其他固體物質(zhì)的分布有高度的均一性，使紙的各個(gè)部分都具有相同的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)。紙張勻度一直是造紙廠面臨的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的、關(guān)鍵的質(zhì)量參數(shù)，它對(duì)各品種紙的質(zhì)量都有直接的影響。

　　二、勻度對(duì)紙張性質(zhì)和質(zhì)量的影響

　　勻度的好壞不僅影響紙張的外觀，而且影響紙張的各種物理性能平均數(shù)和數(shù)值的均衡性。紙大多數(shù)物理性能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都取決于纖維在紙中分布的均勻程度。如勻度較差，帶有濃云彩花的紙，薄的地方強(qiáng)度較小，這些地方對(duì)水、墨水、油墨的通過阻力小，因此在有云彩花的紙上進(jìn)行印刷，由于紙對(duì)油墨吸收不均勻，印刷質(zhì)量很差。

　　勻度不好，因而厚度也不均勻的紙，表面容易卷曲。在這種紙上進(jìn)行涂布也容易引起生產(chǎn)上的困難和出現(xiàn)廢品。有云彩花的紙，壓光時(shí)也容易出現(xiàn)廢品，勻度不均勻的紙?jiān)谕ㄟ^壓光機(jī)時(shí)，在其表面上清晰的出現(xiàn)發(fā)亮的斑點(diǎn)，這就是由于紙厚的地方壓實(shí)的程度較高所致。有云彩花的紙通常水分也不均勻，在這種情況下，為了平衡紙的水分，只好將紙做過干干燥，但是這樣也會(huì)使紙張出現(xiàn)許多紙病，如掉粉、感應(yīng)靜電等。有濃云彩花的紙，看起來斑點(diǎn)較多，白度也低。

　　紙的結(jié)構(gòu)越不均勻，紙張表面染色也越不均勻，形成了不同色調(diào)的云彩花，紙較厚部分染色比較深，而薄的地方染色較淺。同時(shí)紙張的機(jī)械強(qiáng)度也下降了。

　　按照勻度來判斷紙的結(jié)構(gòu)的不均勻性，對(duì)透氣度、透明度和不透明度、吸收性能、電氣絕緣性能和許多其它的性質(zhì)也有影響。因此，紙張的勻度差，將嚴(yán)重影響紙張的使用價(jià)值。同時(shí)對(duì)造紙過程中壓榨、干燥和壓光的均勻性也有影響。

　　控制好紙張的勻度，也是提高紙張的印刷適應(yīng)性、浸漬和涂布適應(yīng)性、機(jī)械強(qiáng)度的重要因素。控制好紙張的勻度，就能以較少的原料生產(chǎn)較高質(zhì)量的紙張產(chǎn)品。

　　三、影響紙張勻度的主要因素

　　紙張的勻度與紙漿懸浮液中纖維分散和絮聚的情況有密切的關(guān)系。如果在紙漿流送與紙張形成的過程中，紙漿懸浮液中的纖維分散的很好，纖維絮聚的程度比較低，則形成的紙張的勻度就比較好，反之，就比較差。

　　漿料懸浮液具有固相的纖維、液相的水和氣相的空氣，它是一種三相共存的復(fù)雜分散體系，由于紙漿本身性質(zhì)、濃度、流速等因素的不同，其流動(dòng)特性也有所變化。

　　1、纖維的特性

　　纖維的特性主要是纖維的長度、柔軟性和表面狀況。長纖維的紙漿比短纖維的紙漿難于分散而易于絮聚；柔軟性好的纖維比剛硬的纖維易于分散。

　　2、化學(xué)添加物的影響

　　由于一般的化學(xué)添加物的加入，能夠影響到纖維的帶電情況，從而影響到纖維絮聚和分散的情況。詳細(xì)討論在第四部分。

　　3、紙料的濃度及流速的影響

　　實(shí)驗(yàn)證明，纖維在水中的絮聚臨界濃度為0.05%，超過這個(gè)濃度，纖維又會(huì)絮聚。在長網(wǎng)紙機(jī)抄紙過程中，紙料上網(wǎng)的濃度一般為0.3-0.9%，遠(yuǎn)高于臨界濃度，因而纖維發(fā)生絮聚，紙漿濃度越大，絮聚的可能性也就越大；在紙料上濃度情況下，若在較低的流動(dòng)速度時(shí)，可以相互聯(lián)結(jié)形成纖維網(wǎng)狀的絮聚物。因此，進(jìn)漿系統(tǒng)的改進(jìn)、流漿箱的發(fā)展，都是以減少絮聚、使紙張均勻成型為核心的。通常采用的方法有貯漿池的攪拌、人工制漿渦流；在進(jìn)行系統(tǒng)中，采用送漿管道的形狀和方向上的改變，使?jié){的流速變化，造成一定的剪切應(yīng)力，來克服纖維纏結(jié)的內(nèi)摩擦力，以破壞纖維的絮聚；流漿箱增設(shè)高效布漿元件，使?jié){料在流動(dòng)過程中，流通口突然擴(kuò)大，壓力減少，流速降低，發(fā)生可控制的渦流而產(chǎn)生高強(qiáng)度的微湍流，從而分散絮聚的纖維。另外，也可通過流漿箱的隔板及勻漿輥使?jié){的流速和方向發(fā)生變化，破壞纖維的絮聚。

　　影響紙張勻度除了上述主要因素之外，適當(dāng)控制網(wǎng)案的振動(dòng)量（振幅X振次），也能破壞處于懸浮狀態(tài)的纖維絮聚物。

　　四、助留助濾劑對(duì)紙張勻度的影響

　　伴隨著現(xiàn)代高速紙機(jī)的高車速和湍動(dòng)增加，纖維和細(xì)小組分經(jīng)常在網(wǎng)案上的發(fā)生留著，因此可以通過減少絮團(tuán)尺寸和提高濾水性改善化學(xué)環(huán)境，同時(shí)增加填料和細(xì)小組分的留著和分散狀態(tài)，以來獲得較好的紙張勻度。

　　以下著重討論一下助留、助濾劑對(duì)紙張勻度性能的影響。

　　1、單一組成系統(tǒng)

　　助留劑主要是明礬、聚丙烯酰胺或淀粉等單一組成物質(zhì)。這些物質(zhì)易使纖維和細(xì)小組分發(fā)生絮聚，形成大的絮團(tuán)，從而減小纖維物質(zhì)的比表面積。但是形成的大的絮團(tuán)含有較多的水分，這些水分不容易被壓出，容易使壓榨部受損。

　　聚丙烯酰胺主要通過架橋機(jī)理發(fā)揮作用。聚丙烯酰胺有使典型的不易均勻分布的細(xì)小組分和填料絮聚成較大絮團(tuán)的傾向。當(dāng)這些絮團(tuán)受到高度剪切作用時(shí)（如離心篩），會(huì)發(fā)生破碎且不易再次絮聚。在剪切作用存在的情況下，聚丙烯酰胺的效率大大降低。

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)廠家的實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)對(duì)水線位置進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)用聚丙烯酰胺對(duì)紙機(jī)網(wǎng)部濾水性能有輕微的改善。當(dāng)采用改性聚乙烯亞胺時(shí)，可以測到濾水性能在濕部壓榨后顯著提高，與應(yīng)用聚丙烯酰胺系統(tǒng)相比，濕度下降。聚丙烯酰胺易使纖維和細(xì)小組分形成較大的絮團(tuán)，具有大量的表面積，有利于網(wǎng)部脫水。改性聚乙烯亞胺除發(fā)生上述作用外，還能夠和那些可以使絮團(tuán)結(jié)構(gòu)瓦解成和它們本身一樣的細(xì)小組分、填料和纖維；這就減小了表面積，促使氫鍵結(jié)合和范德華力發(fā)揮作用，迫使纖維基質(zhì)中的水分脫除；對(duì)平均尺寸較小絮團(tuán)組成的紙頁進(jìn)行壓榨時(shí)，可有效減少絮團(tuán)保留的水分，除了改善濾水性能和減少壓榨后紙頁中的水分外，還可以改善紙頁中填料的分布狀況。因此，選擇恰當(dāng)?shù)奶砑狱c(diǎn)是聚丙烯酰胺作為有效助留劑的關(guān)鍵。

　　2、雙元組成系統(tǒng)

　　由陽離子供體與陰離子聚丙烯酰胺或陽離子供體與陽離子聚丙烯酰胺的混合物組成的雙元系統(tǒng)。較典型的陽離子供體有聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化胺（PDADMAC）或二聚胺基氰，它們用于輔助控制和中和陰離子垃圾。這些物質(zhì)具有足夠的中和電荷，但是缺乏一定的相對(duì)分子質(zhì)量。

　　要徹底去除紙機(jī)回路的陰離子垃圾物質(zhì)，聚合物具有足夠的電荷中和這些陰離子物質(zhì)是非常必要的。此外這些物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其在后續(xù)的過程中可以順利附著在纖維表面具有重要的影響。聚乙烯亞胺和改性聚乙烯亞胺是電荷較高的聚合物，還具有較高的相對(duì)分子質(zhì)量，所以其在處理陰離子垃圾時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

　　聚乙烯亞胺作為陽離子供體，不僅可以提供需要的電荷，還有一定的相對(duì)分子質(zhì)量，使其具有進(jìn)一步減少聚丙烯酰胺的用量的可能。在添加助劑前對(duì)填料和細(xì)小組分進(jìn)行預(yù)處理，有助于它們在紙頁中隨機(jī)分布。填料隨機(jī)分布的效果越好，總體的留著效果越好。

　　3、多元組分系統(tǒng)

　　微粒助留系統(tǒng)可以使濾水性能增強(qiáng)，在保證較好留著效果的情況下，具有提高紙頁勻度的能力。當(dāng)留著效果和紙頁勻度二者達(dá)到某一平衡值時(shí)，該助留系統(tǒng)是可適用的。但是該助留系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化十分敏感，對(duì)電荷變化和剪切力準(zhǔn)確數(shù)值的依賴性使該系統(tǒng)難于控制。復(fù)雜性也是一個(gè)重要的問題，因?yàn)槟承┒嘣到y(tǒng)可能含有4種物質(zhì)，如淀粉、聚丙烯酰胺、硅土或膨潤土和聚胺或PDADMAC。

　　改性聚乙烯亞胺和聚丙烯酰胺的雙組分系統(tǒng)，能夠減弱聚丙烯酰胺的化學(xué)活性，并且通過改性聚乙烯亞胺的高電荷性和相對(duì)分子質(zhì)量可獲得與復(fù)雜的多元組分系統(tǒng)項(xiàng)類似的助留效果。

　　實(shí)驗(yàn)室及相關(guān)生產(chǎn)廠家的結(jié)果表明，由聚丙烯酰胺、聚胺、淀粉和硅土組成的多元微粒系統(tǒng)相比，改性聚乙烯亞胺和聚丙烯酰胺組成的二元系統(tǒng)可以獲得與其相同的助留助濾效果。

　　通過以上三種系統(tǒng)的討論，我們可以看出，聚乙烯亞胺和改性聚乙烯亞胺通過中和吸附陰離子物質(zhì)消除其不利影響滿足上述的要求，簡易的二元組成系統(tǒng)不易受外界影響，很容易控制。

　　五、總結(jié)

　　紙張的勻度是造紙上一個(gè)重要的質(zhì)量參數(shù)，決定了紙張的性質(zhì)和用途。紙張的勻度好，它的各項(xiàng)物理性能就好，所以提高紙張的勻度就是提高了數(shù)據(jù)的一致性，使可靠性提高；用途不同的紙，對(duì)勻度要求也不相同。隨著環(huán)保問題及生產(chǎn)成本的越來越重視，新設(shè)備的開發(fā)、新的纖維原料和新的化學(xué)品留著技術(shù)是造紙生產(chǎn)廠家、技術(shù)廠家嗜待解決的一個(gè)問題，是擺在造紙科研技術(shù)人員面前的一個(gè)挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

　　主要參考書目：

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　　2、沈一定.造紙化學(xué)品的制備和作用機(jī)理.中國輕工業(yè)出版社.1999

　　3、制漿造紙手冊.紙料的制備.中國輕工業(yè)出版社.1991

　　4、盧秀萍.造紙工業(yè)中的合成聚合物.天津大學(xué)出版社.1995

　　5、[蘇]弗利亞杰著、陳有慶譯.紙的性能.輕工業(yè)出版社.1985

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