•  
您现在的位置:首页企业文化电子院刊06内刊 > 纸张匀度及其影响的讨论

字号:   

纸张匀度及其影响的讨论

浏览次数: 日期:2006-09-27
                             设计一所  杨猛
摘要:本文主要介绍了纸张匀度的概念,以及匀度对于纸张在印刷等方面的重要性和应用。并分析了影响纸张匀度的因素,并着重介绍了造纸助留助滤剂对纸张匀度的影响。
关键词:匀度、印刷、絮聚、浓度、助留剂、助滤剂、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺
一、概述
纸张的匀度表示它的结构的均一性,通常是用来叙述纸中纤维及其他固体物质的分散相对均度的情况,也就是指纸在一定面积上的纤维和结构组成的分布情况。一张匀度好的纸,要求纤维和其他固体物质的分布有高度的均一性,使纸的各个部分都具有相同的结构、组成和性质。纸张匀度一直是造纸厂面临的一个具有挑战性的、关键的质量参数,它对各品种纸的质量都有直接的影响。
二、匀度对纸张性质和质量的影响
匀度的好坏不仅影响纸张的外观,而且影响纸张的各种物理性能平均数和数值的均衡性。纸大多数物理性能的质量标准都取决于纤维在纸中分布的均匀程度。如匀度较差,带有浓云彩花的纸,薄的地方强度较小,这些地方对水、墨水、油墨的通过阻力小,因此在有云彩花的纸上进行印刷,由于纸对油墨吸收不均匀,印刷质量很差。
匀度不好,因而厚度也不均匀的纸,表面容易卷曲。在这种纸上进行涂布也容易引起生产上的困难和出现废品。有云彩花的纸,压光时也容易出现废品,匀度不均匀的纸在通过压光机时,在其表面上清晰的出现发亮的斑点,这就是由于纸厚的地方压实的程度较高所致。有云彩花的纸通常水分也不均匀,在这种情况下,为了平衡纸的水分,只好将纸做过干干燥,但是这样也会使纸张出现许多纸病,如掉粉、感应静电等。有浓云彩花的纸,看起来斑点较多,白度也低。
纸的结构越不均匀,纸张表面染色也越不均匀,形成了不同色调的云彩花,纸较厚部分染色比较深,而薄的地方染色较浅。同时纸张的机械强度也下降了。
按照匀度来判断纸的结构的不均匀性,对透气度、透明度和不透明度、吸收性能、电气绝缘性能和许多其它的性质也有影响。因此,纸张的匀度差,将严重影响纸张的使用价值。同时对造纸过程中压榨、干燥和压光的均匀性也有影响。
控制好纸张的匀度,也是提高纸张的印刷适应性、浸渍和涂布适应性、机械强度的重要因素。控制好纸张的匀度,就能以较少的原料生产较高质量的纸张产品。
三、影响纸张匀度的主要因素
纸张的匀度与纸浆悬浮液中纤维分散和絮聚的情况有密切的关系。如果在纸浆流送与纸张形成的过程中,纸浆悬浮液中的纤维分散的很好,纤维絮聚的程度比较低,则形成的纸张的匀度就比较好,反之,就比较差。
浆料悬浮液具有固相的纤维、液相的水和气相的空气,它是一种三相共存的复杂分散体系,由于纸浆本身性质、浓度、流速等因素的不同,其流动特性也有所变化。
1、纤维的特性
纤维的特性主要是纤维的长度、柔软性和表面状况。长纤维的纸浆比短纤维的纸浆难于分散而易于絮聚;柔软性好的纤维比刚硬的纤维易于分散。
2、化学添加物的影响
由于一般的化学添加物的加入,能够影响到纤维的带电情况,从而影响到纤维絮聚和分散的情况。详细讨论在第四部分。
3、纸料的浓度及流速的影响
实验证明,纤维在水中的絮聚临界浓度为0.05%,超过这个浓度,纤维又会絮聚。在长网纸机抄纸过程中,纸料上网的浓度一般为0.3-0.9%,远高于临界浓度,因而纤维发生絮聚,纸浆浓度越大,絮聚的可能性也就越大;在纸料上浓度情况下,若在较低的流动速度时,可以相互联结形成纤维网状的絮聚物。因此,进浆系统的改进、流浆箱的发展,都是以减少絮聚、使纸张均匀成型为核心的。通常采用的方法有贮浆池的搅拌、人工制浆涡流;在进行系统中,采用送浆管道的形状和方向上的改变,使浆的流速变化,造成一定的剪切应力,来克服纤维缠结的内摩擦力,以破坏纤维的絮聚;流浆箱增设高效布浆元件,使浆料在流动过程中,流通口突然扩大,压力减少,流速降低,发生可控制的涡流而产生高强度的微湍流,从而分散絮聚的纤维。另外,也可通过流浆箱的隔板及匀浆辊使浆的流速和方向发生变化,破坏纤维的絮聚。
影响纸张匀度除了上述主要因素之外,适当控制网案的振动量(振幅X振次),也能破坏处于悬浮状态的纤维絮聚物。
四、助留助滤剂对纸张匀度的影响
伴随着现代高速纸机的高车速和湍动增加,纤维和细小组分经常在网案上的发生留着,因此可以通过减少絮团尺寸和提高滤水性改善化学环境,同时增加填料和细小组分的留着和分散状态,以来获得较好的纸张匀度。
以下着重讨论一下助留、助滤剂对纸张匀度性能的影响。
1、单一组成系统
助留剂主要是明矾、聚丙烯酰胺或淀粉等单一组成物质。这些物质易使纤维和细小组分发生絮聚,形成大的絮团,从而减小纤维物质的比表面积。但是形成的大的絮团含有较多的水分,这些水分不容易被压出,容易使压榨部受损。
聚丙烯酰胺主要通过架桥机理发挥作用。聚丙烯酰胺有使典型的不易均匀分布的细小组分和填料絮聚成较大絮团的倾向。当这些絮团受到高度剪切作用时(如离心筛),会发生破碎且不易再次絮聚。在剪切作用存在的情况下,聚丙烯酰胺的效率大大降低。
根据实验室和生产厂家的实验证明,当对水线位置进行检测时,应用聚丙烯酰胺对纸机网部滤水性能有轻微的改善。当采用改性聚乙烯亚胺时,可以测到滤水性能在湿部压榨后显著提高,与应用聚丙烯酰胺系统相比,湿度下降。聚丙烯酰胺易使纤维和细小组分形成较大的絮团,具有大量的表面积,有利于网部脱水。改性聚乙烯亚胺除发生上述作用外,还能够和那些可以使絮团结构瓦解成和它们本身一样的细小组分、填料和纤维;这就减小了表面积,促使氢键结合和范德华力发挥作用,迫使纤维基质中的水分脱除;对平均尺寸较小絮团组成的纸页进行压榨时,可有效减少絮团保留的水分,除了改善滤水性能和减少压榨后纸页中的水分外,还可以改善纸页中填料的分布状况。因此,选择恰当的添加点是聚丙烯酰胺作为有效助留剂的关键。
2、双元组成系统
由阳离子供体与阴离子聚丙烯酰胺或阳离子供体与阳离子聚丙烯酰胺的混合物组成的双元系统。较典型的阳离子供体有聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化胺(PDADMAC)或二聚胺基氰,它们用于辅助控制和中和阴离子垃圾。这些物质具有足够的中和电荷,但是缺乏一定的相对分子质量。
要彻底去除纸机回路的阴离子垃圾物质,聚合物具有足够的电荷中和这些阴离子物质是非常必要的。此外这些物质的相对分子质量对其在后续的过程中可以顺利附着在纤维表面具有重要的影响。聚乙烯亚胺和改性聚乙烯亚胺是电荷较高的聚合物,还具有较高的相对分子质量,所以其在处理阴离子垃圾时具有独特的优越性。
聚乙烯亚胺作为阳离子供体,不仅可以提供需要的电荷,还有一定的相对分子质量,使其具有进一步减少聚丙烯酰胺的用量的可能。在添加助剂前对填料和细小组分进行预处理,有助于它们在纸页中随机分布。填料随机分布的效果越好,总体的留着效果越好。
3、多元组分系统
微粒助留系统可以使滤水性能增强,在保证较好留着效果的情况下,具有提高纸页匀度的能力。当留着效果和纸页匀度二者达到某一平衡值时,该助留系统是可适用的。但是该助留系统对环境变化十分敏感,对电荷变化和剪切力准确数值的依赖性使该系统难于控制。复杂性也是一个重要的问题,因为某些多元系统可能含有4种物质,如淀粉、聚丙烯酰胺、硅土或膨润土和聚胺或PDADMAC。
改性聚乙烯亚胺和聚丙烯酰胺的双组分系统,能够减弱聚丙烯酰胺的化学活性,并且通过改性聚乙烯亚胺的高电荷性和相对分子质量可获得与复杂的多元组分系统项类似的助留效果。
实验室及相关生产厂家的结果表明,由聚丙烯酰胺、聚胺、淀粉和硅土组成的多元微粒系统相比,改性聚乙烯亚胺和聚丙烯酰胺组成的二元系统可以获得与其相同的助留助滤效果。
通过以上三种系统的讨论,我们可以看出,聚乙烯亚胺和改性聚乙烯亚胺通过中和吸附阴离子物质消除其不利影响满足上述的要求,简易的二元组成系统不易受外界影响,很容易控制。
五、总结
纸张的匀度是造纸上一个重要的质量参数,决定了纸张的性质和用途。纸张的匀度好,它的各项物理性能就好,所以提高纸张的匀度就是提高了数据的一致性,使可靠性提高;用途不同的纸,对匀度要求也不相同。随着环保问题及生产成本的越来越重视,新设备的开发、新的纤维原料和新的化学品留着技术是造纸生产厂家、技术厂家嗜待解决的一个问题,是摆在造纸科研技术人员面前的一个挑战和机遇。
主要参考书目:
1、隆言泉. 造纸原理与工程. 中国轻工业出版社. 1994
2、沈一定. 造纸化学品的制备和作用机理. 中国轻工业出版社. 1999
3、制浆造纸手册. 纸料的制备. 中国轻工业出版社. 1991
4、卢秀萍. 造纸工业中的合成聚合物. 天津大学出版社. 1995
5、[苏] 弗利亚杰著、陈有庆译. 纸的性能. 轻工业出版社. 1985

所属类别: 06内刊

该资讯的关键词为: