APMP细小纤维与填料共絮聚机理及絮聚强度的研究

摘要

造纸过程中，由于纸机车速的不断提高，对湿部絮聚的要求已越来越高。在纸页成形的过程中如何保障细小组分更好的留着，是每个造纸研究者希望解决的问题。另外，在传统抄造工艺中，当加入助剂后会引起纤维、细小纤维和填料的絮聚，形成较大的絮聚团，这个过程虽然对提高细小组分的留着很有帮助，但由于纤维与纤维之间发生了絮聚，从而对纸张的匀度产生不良的影响。因此，本论文采用细小纤维与填料共絮聚技术来提高细小纤维与填料的留着率，并改善纸张的性能，提高纸机的运行性能。本文选用杨木P-RCAPMP二次细小纤维为研究对象。
　　 本文首先对细小纤维与填料共絮聚工艺与传统抄造工艺进行了对比研究，提出了共絮聚工艺的可行性。由FBRM测定可知，向细小纤维与填料中加入CPAM后，细小纤维和填料的数量急剧减少，大颗粒数量增加很多，颗粒数最高峰由10μm左右转移到了100μm-1000μm之间。另外，传统抄造工艺下纸料的Zeta电位绝对值和白水阳离子需求量都要比共絮聚工艺条件下的高。相比传统抄造工艺，共絮聚工艺能提高细小纤维和填料的留着、纸张的白度、不透明度和强度性能，但不利于纸张的松厚度。
　　 基于共絮聚工艺的优点，对不同添加量和筛分目数下的细小纤维与填料形成的絮聚团进行了多角度表征。结果显示，随细小纤维筛分目数的增加，共絮聚团尺寸在逐渐减小，但减小程度不大，最小的P400二次细小纤维-碳酸钙共絮聚团的最高峰值也是在100μm左右。随筛网目数的增加，共絮聚团的表面负电荷在不断增加，纸料的Zeta电位有所下降。在相同添加量的情况下，各细小纤维筛分组分与碳酸钙所形成的共絮聚团对纸张的白度和强度作用效果的顺序是P400＞P300＞P200。随磨浆转数的提高，通过P400二次细小纤维-碳酸钙共絮聚工艺所抄造纸张的松厚度在不断下降，而白度、不透明度和强度性能均在不断上升。当磨浆转数为20000r时，纸张具有相对较好的性能。
　　 在此基础上研究了PEI单组分助留体系下细小纤维-碳酸钙共絮聚机理及絮聚强度。结果显示，随着PEI添加量的增加，共絮聚团的表面电荷在不断增加，纸料的Zeta电位绝对值在不断变小。当PEI用量从0.05％增加到0.1％时，共絮聚团的电荷由负变为正电性了。加入PEI后，絮聚作用发生的比较快，达到最大絮聚团尺寸的时间很短，所形成的的絮聚团的尺寸较小。随PEI添加量的不断增加，虽然纸料的絮聚作用增强了，但共絮聚团的平均弦长在不断变小，同时细小组分的留着率和填料的留着率均都上升了。当PEI用量为0.25％时，留着效果最好，并且形成的共絮聚团的尺寸较小，加入到纤维中后不会对纸张的匀度造成不良影响。在高剪切作用下，共絮聚团的平均弦长下降的不是很大，但留着率下降幅度很大。通过PEI形成的共絮聚团具有较高的重絮能力。
　　 然后进一步研究了CPAM单组分体系与CPAM/膨润土体系下细小纤维-碳酸钙共絮聚机理及絮聚强度。结果显示，随着CPAM用量的增加，通过CPAM单组分体系和CPAM/膨润土体系所形成的共絮聚团的表面负电荷都在不断降低，但始终呈负电性。两种体系下纸料的Zeta电位绝对值都在不断变小，但变化幅度都不大。在相同的添加量下，随着絮聚时间的延长，两种体系下共絮聚团的平均弦长都在不断变小，相比CPAM单组分体系，通过微粒体系形成的共絮聚团下降的幅度不大。在高剪切作用下，通过微粒体系所形成的共絮聚团的尺寸在不断降低，但相比CPAM单组分体系，微粒体系的降低幅度要低，且所形成的共絮聚团的平均弦长要比单组分高。说明CPAM膨润土体系下所形成的细小纤维-碳酸钙共絮聚团有更好的抵抗剪切力的能力。另外，PVM图显示可知，在高剪切力下，微粒体系下的细小组分悬浮液中单独存在的碳酸钙少，体系中有许多小的絮聚体，加入长纤维后，长纤维上吸附了许多白色的絮聚团，从而有利于细小组分的留着。

目录

摘要

1 绪论

1．1 细小纤维综述

1．1．1 细小纤维概论

1．1．2 细小纤维的分类

1．1．3 高的率浆中的细小纤维

1．1．4 细小纤维的分离

1．2 纸料的絮聚与助留体系的现状

1．2．1 纸料组分的留着方式

1．2．2 基本的絮聚机理

1．2．3 造纸助留体系及其作用机理

1．2．4 聚焦光束反射测量仪在造纸湿部中的应用

1．3 课题来源、研究依据及研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 课题的研究依据

1．3．3 课题的研究内容

1．4 课题研究的目的和意义

2 传统抄纸工艺与细小纤维共絮聚抄造工艺的对比研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料与试剂

2．2．2 实验仪器及设备

2．2．3 实验内容与方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 细小纤维-碳酸钙共絮聚过程尺寸和结构变化

2．3．2 传统抄造工艺与共絮聚工艺纸料电性的研究

2．3．3 传统抄造工艺与共絮聚工艺纸料留着性能的对比

2．3．4 纸样SEM

2．3．5 纸张物理性能

2．4 本章小结

3 不同P-RC APMP细小纤维筛分组分在细小纤维—碳酸钙共絮聚工艺中应用性能研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料与试剂

3．2．2 实验仪器及设备

3．2．3 实验内容与方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同筛分目数细小纤维-碳酸钙共絮聚团规模分布

3．3．2 不同筛分目数细小纤维-碳酸钙共絮聚团电性的研究

3．3．3 不同筛分目数细小纤维-碳酸钙共絮聚团对纸料留着性能的影响

3．3．4 纸张物理性能

3．3．5 纸样SEM

3．3．6 打浆对共絮聚工艺的影响

3．4 本章小结

4 PEI助留体系下细小纤维-碳酸钙共絮聚机理及强度的研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料与试剂

4．2．2 实验仪器及设备

4．2．3 实验内容与方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 PEI对细小纤维-碳酸钙共絮聚团和纸料电性的影响

4．3．2 PEI添加量对细小纤维-碳酸钙共絮聚团大小的影响

4．3．3 PEI添加量对细小组分留着性能的影响

4．3．4 剪切力对细小纤维与填料共絮聚团大小的影响

4．3．5 剪切力对细小组分留着性能的影响

4．4 本章小结

5 CPAM／膨润土体系下细小纤维-碳酸钙共絮聚机理及强度的研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料与试剂

5．2．2 实验仪器及设备

5．2．3 实验内容与方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 CPAM单元助留体系下共絮聚机理及絮聚强度的研究

5．3．2 CPAM／膨润土微粒助留体系共絮聚机理及絮聚强度的研究

5．4 本章小结

6 结论、建议与创新点

6．1 结论

6．2 建议

6．3 本文主要创新点

致谢

参考文献

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