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造紙濕部化學助劑的協同作用

2006-09-09 11:01 來源:中國紙業商務網 責編:中華印刷包裝網

    助劑的協同作用是指幾種助劑按一定方式共用時,產生的功效明顯強于單獨使用這些助劑效果的總和。濕部聚合物助劑通常與其它聚合物或微小顆粒共用于濕部發揮作用,當然細小纖維也屬于微小顆粒系列。這兩種組分能產生協同作用,主要依賴于形成更有效的復合體或以相互輔助的形式存在,其中一種助劑可以彌補另一種助劑對系統造成的不利影響。聚丙烯酰胺是一個很好的實例,通過共用陰離子型和陽離子型聚丙烯酰胺,可產生更加優異的助留效果,從實驗數據可以推出一個動力學模型,這是建立在兩者形成高效分子復合體的基礎之上的;聚丙烯酰胺和無機微粒(如膨潤土和硅溶膠)之間的協同作用也在填料留著受剪切力影響較大的系統中得到體現;另外,陽離子淀粉和陽離子聚丙烯酰胺也有協同助留效果,但二者共用會影響淀粉提高紙張干強度的能力。

1  協同助留機理

    填料顆粒尺寸太小,以致不能僅通過濕部篩網得以保留,不得不用聚合物助劑使填料直接固定在纖維之上,或使其形成絮團后再在纖維上加以留著。

2  聚合物之間協同作用

    我們發現聚丙烯酰胺類聚合物共用時有明顯的協同作用。無論是陰離子聚丙烯酸胺(Percol 155),還是陽離子產品(Percol 47 ),均能提高填料的留著率,這明顯表明聚電解質分子不僅僅是通過靜電吸附作用來產生效果的,更加引人注意的是聯合共用兩種產品助留作用比單獨使用任何一種產品都更加有效。二者共用時,添加順序對其效果影響不大。因此,在這里輔助協同作用機理是不適合的。

    聚丙烯酰胺的助留作用主要受其相對分子質量和電荷密度影響,這同樣適用于二者共用時的情況;另一方面,助劑所帶電荷對其效果也有影響,帶高電荷量分子比微電荷分子具有更強的協同作用。大分子交替地連接在一起,形成了擁有足夠尺寸、使填料和纖維漿料之間產生有效架橋的長分子鏈,對如此大分子復合體,電荷中和已經不是先決條件,正極分子將會吸附在負極體上,無論存在的電量如何。其中,兩種分子1:1摩爾比可以很好地形成長鏈,而且,這樣的復合體帶電荷量大時,會更加穩定存在。于是,這個模型就可以解釋所觀察的兩種現象了。在1:1摩爾比共用時,協同效果最好;當兩種產品電量差別大時,協同作用更明顯。

3  聚合物微粒助留系統
3.1  細小纖維的影響

    單一助留系統應用到不含任何細小纖維漿料中時,助留效果不明顯。未經打漿過的“純”漿中使用傳統的陽離子聚丙烯酰胺、膨潤土組成的微粒助留系統,其保留碳酸鈣的能力也不是十分有效;在未經處理、擁有細小纖維的漿料中使用,與之相比效果較好;而漿料經打漿處理后效果會更好。這些現象進一步表明延伸架橋的作用機理。

3.2  剪切力的影響

    對剪切力的敏感性是雙元(實際上是三重組分)助留系統實際運行過程中一項相當復雜的影響因素。紙頁成形濾水處理前的剪切作用會降低陽離子聚丙烯酞胺的助留能力。當添加膨潤土時,這種副作用現象沒有被觀察到。對此,一種解釋是:膨潤土以一種輔助助劑的方式,阻止了聚丙烯酰胺纏繞平鋪地吸附在填料表面上,這種趨勢在剪切力作用下會更加明顯。另一種解釋是:這種現象是由于微絮凝體的形成而產生的。后面的機理可以解釋一些現象,無論是單一、還是雙元助留系統,在紙頁成形過程中對剪切力比較敏感;如果微粒一聚合物一絮凝體在一定程度上也受剪切力影響,我們希望如此。
膨潤土還可以減弱填料留著對持續剪切力的敏感性,但此類剪切因素在雙元體系中不能得到完全消除。陽離子聚丙烯酰胺一纖維一填料絮凝體對剪切的抵抗性較添加膨潤土的絮凝體更弱,但含有膨潤土絮凝體的主要優勢在于它包括的填料量遠遠大于未加時的絮凝體。

4  陽離子淀粉和陽離子聚丙烯酰胺

    陽離子添加劑的助留效果受多種因素的影響,對于那些帶電荷量小的分子,限制因素主要是接觸面積的需求,這樣陽離子聚合物的吸附可能不能完全補償纖維和填料表面電荷量的需求;另一個角度來說,電荷量大的聚合物可能使得電荷過量,導致體系電荷反轉,同樣不利于填料的留著。不同聚合物共用時,首先應考慮其不同的作用機理,這樣才能獲得更有效的助留效果。 

    無論添加多少用量的陽離子聚合物,當碳酸鈣填料用量為30%時,在實驗室抄紙條件下填料用量最多有88%得以留著。而兩種助劑共用,填料留著率可達100%。

5  助劑共用對干強度的影響實例
   
陽離子淀粉和陽離子聚丙烯酰胺對填料可以產生協同效果,而對于紙張干強度來說,聚丙烯酰胺和陽離子淀粉共用卻產生一定的不利影響。

    我們發現,陽離子淀粉和聚丙烯酰胺共用時的紙張強度均低于單獨使用陽離子淀粉或聚丙烯酰胺時的強度值。實際上,陽離子淀粉和聚丙烯酰胺的對抗性沒有這么明顯,之所以出現這種情況,主要是由于它們往往在填料存在的狀態下使用;在沒有填料的情況下,我們甚至發現比單獨使用時有更好的強度指標。當填料存在時,聚合物助劑結合填料,直接吸附到纖維表面,占據了用于纖維與纖維間結合的活性表面。作為一個結果,當填料留著率提高時,裂斷長就會降低。

    雙元體系可在兩組分不同的作用機理基礎上發揮作用。一種助劑主要形成填料絮團,而另一種作為固著劑將其保留在纖維表面。

 

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