助留剂2010年1月26日2

助留助滤第一节概

述一、聚合物化学

聚合物中的单体聚合物的电量分子量结构天然的和合成的1、聚合物的电量非离子型-不带电阴离子型-负电阳离子型-正电2、聚合物的电荷密度——电荷分布的疏密程度可用电荷密度来量度。高分子量的聚合物以Mole的百分比来计算一个Mole就是一个单体的分子量等于带电单体所占百分比高分子量聚合物典型的电荷密度:阳离子 5-40%阴离子 20-30%低分子量的聚合物电荷密度用滴定的方法确定因为典型的低分子量聚合物单体基本都带电，可以用滴定的方法来确定电荷密度电荷密度以毫克当量（Milliequilalents）/克表示电荷密度+++++++++++++++++++++++高电荷密度低电荷密度无电荷=非离子型聚合物3、分子量——聚合物的分子量由下列决定:a) 单体的分子量b) 单体的数量一般的分子量分类分类低中等高分子量范围<100,000100,000x<1,000,0001,000,000下图描叙了每一种聚合物大致的平均分子量分配情况与测量的方法有关分子量的分布可能非常广特别是高分子量的聚合物4、聚合物结构

——线状支链型

交叉连接型

受控制的支链型聚丙烯酰胺/AETAC聚合物举例这个例子表示一个带10%电荷密度线性结构聚丙烯酰胺基团AETACGroup一种线性聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)溶液的结构球状HighSalt随机线圈状ModerateSalt常用的合成有机聚合物合成有机聚合物举例Polyamines聚胺PolyDADMACs聚二烯丙基二甲基氯化胺PAE聚酰胺多胺环氧氯丙烷Polyethyleneimines(PEI)聚乙烯亚胺Polyacrylamides(PAM)聚丙烯酰胺Polyethyleneoxide(PEO)聚氧化乙烯5、聚合物的形式溶液粉末乳液【1】聚合物的形式-溶液典型的分子量小于一百万的聚合物(聚胺,聚二烯丙基二甲基氯化胺,聚乙烯亚胺等)。典型的固含量范围20-50%。最新的技术可以将高分子量的聚合物做成溶液型，典型的固含量范围2-5%。容易加入，只需在加入点处任意稀释加入。高分子量的产品必需使用高粘度泵。【2】聚合物的形式-粉末

100%活性的聚合物颗粒通常是高分子量的聚丙烯酰胺类产品因为制造工艺的原因，粉末型聚合物有分子量的限制。在聚合物的干燥过程中，丙烯酰胺的水解可能导致聚合物的轻微阴电性。因为它的高固含量，它是一种高效低成本的聚合物。需要特制的溶解设备。【3】聚合物的形式-乳液

高分子量的聚合物微滴悬浮在碳氢化合物的油基中形成乳液这样可以降低纯聚合物的粘度，因为在这种状态下聚合物没有被解开产品固含量范围25-40%制造工艺允许生产非常高分子量的聚合物需要特制的设备来转化乳液第二节助留/脱水/澄清理论【一】凝聚通过电荷中和减少细小纤维和填料之间的排斥力+不相连的细小纤维和填料凝聚剂通过补丁作用使细小纤维和填料聚集+++++++++++++++++++电荷补丁通常由凝聚剂产生，两种类型:无机物明矾Polyaluminumhydroxychloride(PAC)聚合氯化铝合成物-低分子量，高电荷密度聚合物聚胺polyDADMAC聚二烷基二甲基氯化铵

聚乙烯亚胺(PEI)形成小的，紧密的絮状物结构【二】絮聚用聚合物使粒子间通过架桥而絮聚高分子量聚合物形成的连接物粒子间通过架桥而絮聚聚合物分子量会强烈影响架桥聚合物的电量也会影响架桥(程度较低)产生大的扩散的絮状物(macroflocs)对剪切敏感；电量越高，结合越强1、剪切对絮状物形成的影响重新结合补丁效应架桥减弱重新分散使分开的力架桥抗剪切能力弱抗剪切能力强2、絮聚/絮状物的类型絮状物可以用下列术语表示:微絮状物Microfloc

与絮状物尺寸有关大的絮状物Macrofloc软絮状物

与絮状物强度有关硬絮状物3、不同絮状物类型的特征微絮状物尺寸微小细小粒子的絮聚影响填料的表现大的絮状物看得见的絮聚纤维包括在内可以造成纸张基重变化影响纸页成型可以影响填料表现软絮状物对剪切敏感在高剪切系统中会影响保留在剪切后会重新絮聚典型的由凝聚剂形成硬絮状物抗剪切高剪切下好的保留剪切后不能再形成好的絮状物典型的由絮凝剂形成

【三】过滤过滤是在由纤维形成的滤网上截留粒子的一种机械过程受下列因素影响:粒子大小粒子结构密度纤维网的厚度造纸商的目的:始终如一的产品(成型)高速(脱水)低成本(保留)上述因素互相关联，所以必需平衡以满足客户的需要1、长网纸机脱水方式BreastRollFormingBoardFoilsGuideRollTensionRollLowVacUnitsDoubleBoxFlatboxesCouchWireTurningRoll阶段I进入混合阶段II成形阶段IIISheetSetting阶段IV过渡阶段V结合FoilSpacing,Angles,NumberorFoils,ToGiveGoodActivityWiderBladeSpacingVacuumAugmentedFoilsHighDifferentialVacuumsSliceJetFormingBoardUnit70%-75%WaterRemoval25%-30%WaterRemoval重力脱水真空辅助脱水机械压力脱水干燥

2、脱水的四个阶段

澄清机理澄清的三步骤:凝聚絮凝分离沉降气浮(DAF)沉降效率由下列决定:粒子尺寸,形状，密度,时间气浮(DAF)效率由下列决定:粒子尺寸，形状,气泡尺寸,气压差,气量第三节系统电荷一、什么是电荷纸机上使用的大多数物质都具有相反的离子，在水中将离解为带电的分子例如: 羧基电荷二、纸机上使用的物质带电情况阴离子 非离子 阳离子浆料 酯 H+木质素 EthyleneBis-Stearamide Ca2+制浆/漂白残留物 非离子表面活性剂 Mg2+瓷土填料 脂肪Abietic酸的不溶盐 Al3+,Al2+,Al+Bentonite 合成施胶剂滑石粉 油 湿强剂二氧化钛 DeTac 保留/脱水助剂松香胶 阴离子淀粉分散施胶剂 阳离子树脂分散剂铝酸钠(abovepH8.0) 一些染料大多数的染料 碳酸钙保留/脱水助剂 低固含量的PCC阴离子强度添加剂阴离子树脂分散剂CMC(CarboxymethylCellulose)普通的玉米淀粉消泡剂蜡乳化液脂肪酸和Abietic酸的溶解盐硫酸盐氯化物GuarPolyphosphates高固含量的CaCO2悬浮液

三、影响系统电荷的化学因素pH导电度时间

【1】pH

当pH向碱性条件发展，浆料纤维变得更加阴性。瓷土、膨润土、钛白粉和滑石粉随着pH减小，表面负电性减弱。当pH<4时,电荷可能发生逆转，由阴性变成阳性。【2】电导率电导率高，系统中离子浓度高，粒子表面的双电层被压缩，排斥力下降，可作用点减少。电导率高，聚合物不能以舒展的方式存在，影响了聚合物的功效。

三、系统电荷测量ZetaPotential-zeta电位ChargeTitration-电荷滴定PCD第四节配料组分

一、配料成分纤维Hardwood(chemicalpulp)Softwood(chemicalpulp)MechanicalPulpBrokeRecycle填料ClayTiO2CaCO3Extenders添加剂AlumPACSodiumAluminateStarchSizeDyesRetentionAids

1、硬木纤维(硫酸盐制浆工艺)特性与软木浆相比，纤维较短典型的纤维长度:1.5-2.5mm典型的纤维直径:15-20um与软木浆相比，细小纤维含量较高对保留，脱水和纸页特性的影响更难以保留纤维较短而且细小纤维较多，容易堵塞纤维间孔隙，从而妨碍脱水提供更平滑的表面和更好的成形在纸页强度贡献方面不如长纤维的软木浆硬木浆中的细小纤维可以填充长的软木纤维间的孔隙，从而可以提供更光滑的印刷表面

2、软木纤维(硫酸盐制浆工艺)特性与硬木相比，纤维较长完整纤维的平均尺寸:长度-3-5mm直径-30-45um对保留，脱水和纸页特性的影响软木纤维易于保留.长纤维赋予纸页高强度浆料中软木纤维高含量容易形成粗糙表面，而且易于过度絮聚(不良成形)CommonSpecies:Pine(ManyVarieties),Spruce,Cedar,Fir

3、机械浆纤维特性细小纤维含量高高的可抽提物含量低白度高得率成本低对保留，脱水和纸页特性的影响纤维强度和制浆工艺有关高的比表面积和木素含量，高阳离子需求阳离子需求量高高细小纤维含量造成低保留提高不透明度高细小纤维含量影响脱水纸张易褪色CommonSpecies:CanbeHWorSWSpecies

4、未涂布损纸

特性化学特性，与原始原料相似因为损纸已经经过工艺处理，所以纤维结构发生了变化，变化程度与打浆程度有关与原始原料相比，细小纤维含量增加纤维中的负电大部分被中和。电量接近.对保留，脱水和纸页特性的影响细小纤维含量的增加影响保留和脱水损纸中的灰分会影响系统中等填料含量与原始配料相比，反应活性降低

5、涂布损纸

特性损纸中的涂料包括颜料(CaCO3,Clay,TiO2)和胶乳或淀粉胶粘剂涂料会增加浆料负电性对保留，脱水和纸页特性的影响涂料颜料的细小粒子尺寸使得保留变得困难强的负电性使得阳离子助留剂用量增加与未涂布损纸相比，对保留的负面影响更大

6、填料无机填料用于:改善纸页特性：不透明度白度平滑度成形尺寸稳定性用填料替代纤维从而降低原料成本[1]、填料种类瓷土(Kaolin)填料级(hydrous含水的)锻烧级填料级二氧化钛碳酸钙研磨碳酸钙沉淀碳酸钙特性白度中等(82-90)粒径: 大(65%<2u)形状:: 小平板状电荷:: 阴离子供货方式: 泥浆(65-76%),干粉相对成本: 低优点:低成本高固含量降低运输成本因为粒径大，所以易于保留缺点:低白度，低不透明度降低纸页强度瓷土-填料级(含水的)

瓷土-煅烧级特性白度: 高(90-95)粒径: 中等(85%<2u)形状: 小平板状电荷: 阴离子供货方式: 泥浆(50%),干粉相应成本: 高优点:与填料级瓷土相比，白度较高好的不透明度缺点:成本高二氧化钛特性(Anatase锐钛矿)白度: 非常高(98-100)粒径: 非常小(.2-.4u)形状: 球形电荷: 阴离子供货方式: 高固含量泥浆,干粉相应成本:非常高优点:非常好的白度和不透明度Highsolidsshipping缺点:非常高的成本因为粒径下，所以难以保留

碳酸钙-研磨级特性:白度: 高(95-99)粒径: 大(40-60%<2u)形状: 不规则(大块)电荷 阴离子供货方式: 泥浆(70%),干粉相应成本: 低优点:好的脱水容易保留与研磨碳酸钙相比，对纸页强度影响小缺点:与研磨碳酸钙相比，不透明度和白度相对较低粒径大，相应磨损高与研磨碳酸钙相比，低松厚度

碳酸钙-沉淀级(PCC)两种类型的沉淀碳酸钙特性形状: 偏三角面体形(玫瑰花形) 菱形白度: (95-100) (95-100)粒径: .6-2.2 .6-2.6电荷: 阳离子(20%固含量) 阳离子(20%固含量)供货方式: 20-40%泥浆,干粉 15-60%泥浆相应成本: 低 低优点:高不透明度,高白度,和高松厚度(偏三角面体形)可以提供控制产品的粒径从而获得需要得特性缺点:偏三角面体形:与研磨碳酸钙相比，脱水慢影响纸页强度高多孔性菱形低不透明度,低松厚度

二氧化钛衍生物二氧化钛衍生物主要用于提高白度和不透明度，所以可以部分替代二氧化钛从而降低综合成本.一些常用得二氧化钛衍生物:煅烧瓷土-通常产品名称:Ansilex硅酸盐(铝矽酸钠)特征: 白度:93-99 粒径:0.03-0.3u 折射率指数:1.55通常产品名称:Hydrex,Zeolex

二、明矾化学明矾典型的用途松香施胶pH调节染料保留电荷中和水的澄清ASA水解控制双元助留系统作为阳离子凝聚剂铝的不同存在形式曲线

明矾对保留的影响

低pH(<4.5),高明矾浓度将形成强的阳电性。并且导致整个系统的阳电性。在酸性或碱性系统中，为了获得良好保留，Al8(OH)+420是希望获得的形式为了获得最佳结果,在加入点处的系统条件(pH,alum,feedrate)应该合理设计以满足产生Al8(OH)+420这种形式。

PAC铝的另一种替代形式是PolyaluminumHydroxyChloride(PAC)一般分子式[Al2(OH)6-xClxYH2O]n在水中，通常PAC的分子式为:[Al13O4(OH)24]7+PAC可以通过不同的加工工艺制造以获得不同等级的产品硫酸盐形式的PAC在市场上可以购得

PAC的特性PAC预先水解不会显著降低系统的pH不会很快形成氢氧化铝的形式维持高电荷聚合的形式PAC典型成本为明矾的2-3倍PAC会给系统中带入氯化物，从而增加系统腐蚀的危险

四、淀粉湿部淀粉一般用于:改善纸页强度碱性施胶剂的保留和乳化加强系统的保留和脱水淀粉是一种天然的化合物，结构和纤维相似。有两种形式：直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉线性低分子量支链淀粉有分支高分子量

淀粉种类玉米蜡玉米土豆每一种种类，都有阳离子淀粉，阴离子淀粉和两性淀粉几种形式。

淀粉种类玉米73%支链淀粉27%直链淀粉蜡玉米杂玉米100%支链淀粉与玉米淀粉相比，有更高的分子量加入磷酸盐可以制成两性淀粉土豆79%支链淀粉21%直链淀粉分子量比玉米淀粉高，和蜡玉米相似天然具有两性

淀粉-阳电性阳电性淀粉主要用于湿部

淀粉的应用

目标 添加点

增强 浓浆 保留/脱水 稀浆 增强和保留/脱水 分开加入稀浆和浓浆中WoodFiberFiberwallFibrilsBentoniteBentoniteTiO2TiO2ClayClayAmyloseAmylopectinAmylopectinAmylosePolyacrylamideColloidalSilicaColloidalSilicaColloidalSilicaTiO2配料中各组分相应尺寸

第六节保留脱水和澄清应用原则常用的一般方法产品选择确定需求适当测试应用技术确定需求应用详细说明监测 确定需求试验前，试验中和试验后会影响什么和如何采取行动确定的特殊需求保留?脱水?成形?强度?设计恰当的测试计划主要工具：保留-BrittJar细小纤维保留脱水-加拿大标准游离度仪成形-无法实际评估强度-无法实际评估聚合物注射加入设备聚合物注射加入设备絮凝剂加入量典型的0.75to3.0lb/ton(乳液)典型的0.25to1.0lb/ton(粉末)使用足够量以获得所期望的结果过量使用将导致差的成形凝聚剂加入方案浓浆-电荷中和纸机浆池在线稀释以获得良好混合加入泵的真空吸入处以获得良好混合稀浆-增进脱水/保留冲浆泵真空入口，稀释以获得良好混合加入量典型的1.0to3.0lb/ton使用足够量以获得所需结果电荷中和vs.保留/脱水

监控表现变量操作变量系统变量保留和脱水表现变量聚合物加入程序操作变量系统变量监控纸机上直接测量保留和脱水测量表现变量测量与成功有关的变量使用(ROI)投资回报率

表现变量监控

变量 变量 物理特性测量保留 测量脱水

受聚合物的影响一次保留率 产量 白度流浆箱浓度 干燥蒸汽用量 不透明度白水浓度 伏辊真空 色度下水道纤维损失 脱水板真空 撕裂度纤维得率 卷纸辊上纸页水分 多空性辅料用量 伏辊处纸页水分 施胶 流浆箱水量 抗张强度 水线位置 厚度(密度) 纸机速度 %配料成本降低百分率 原料替代的可能

操作变量的监控确定工厂如何抄纸可以极大的影响保留，脱水和聚合物的表现

操作变量监控影响保留的变量影响脱水的变量打浆 流浆箱游离度纸机速度 高位箱游离度流浆箱游离度 唇板开度高位箱游离度 流浆箱流量L/B比率 Kappa值流浆箱流量(喷射速度) 打浆浆网速比 溶解气泡 冲浆泵速度 冲浆泵功率 系统变量监控

品种 配料 基重 纸机类型 流浆箱形式 流浆箱pH 流浆箱浓度 白水浓度 流浆箱细小纤维含量 水的封闭循环 系统电荷监控频率根据每个厂的具体情况而定可以根据下列条件设定：变量变化的频率变量对保留，脱水和成形的影响有多大

空白数据收集空白数据很重要!!是各种比较的基础需要知道平均值与标准值之间的差距剪切聚合物效率测量保留湿部化学流浆箱剪切速度网案设置纸机压力筛pH酸度导电度电荷需求水的封闭循环淀粉明矾分散剂凝聚剂絮凝剂亚硫酸氢盐硅酸盐湿强度带电杀菌剂溶解气泡流浆箱浓度样品量测量程序滤纸称重精确度取样点pH导电度加入点加入量稀释分布/混合稀释水质量.聚合物溶解质量过滤存储条件聚合物电荷双元组分效率氯配料特征填料用量填料类型细小纤维含量纤维长度浆料种类浆料黏度浆料来源浆料流量vs.设计纸机设计真空系统电荷分子量电荷分布干燥时间/温度案板类型湍动度压力和速度成形Form.Bd.OpenArea浆网速比网部设计真空大小Dandy速度基重结构网案设置配料特征机械水的除去纸页特性脱水助留程序的表现湿部化学填料Bailedvs.Slush纤维长度细小纤维含量游离度浆料黏度漂白电荷需求纤维长度细小纤维的含量填料的加入量填料离径填料的形式导电度微粒淀粉的表现明矾的表现聚合物种类聚合物质量是否加助留剂聚合物的加入量纸页多孔性流浆箱浓度吸附空气浆料的黏度pH系统电荷成形多空性细小纤维的分布定量强度网的设计网的使用时间网的清洁程度纸机的形式真空脱水板的形式湍动低真空脱水元件的设计压力和黏度成形脱水剖面速度伏辊真空Rush/Drag压榨纸页密封性流浆箱浓度FormingBd.开放区域设备的机械形式配料特性成形絮凝剂剪切加入量分子量负荷吸附聚合物质量聚合物的分布微粒子淀粉的表现明矾的表现凝聚剂表现测试方法配料类型配料的来源脱水纤维长度唇口剖面纸机形式HeadboxDeflocculation成型网的设计伏辊真空压光DandySerratedSlice纸机压力筛填料的加入量测试的主管性设备的误差纸页的变化成形测量纸页成形纸页密封性ActivityonTable流浆箱浓度压力/黏度成形进入面层的浓度吸附空气r脱水率网的设计喷浆形式Dandy浆/网速比第五节助留助滤剂

的应用选择

薄纸需求灰分保留(光学特性和高填料)纤维保留降低白水浓度-沉积物控制成形保留，脱水和成形的最佳平衡轻定量涂布纸灰分保留(光学特性和高填料)纤维保留降低白水浓度-沉积物控制成形保留，脱水和成形的最佳平衡碱性薄纸仍旧对微粒系统感兴趣一些厂希望加入更多的填料-实际操作仍旧低于期望工厂对现有的高分子量聚合物程序满意但寻求降低成本酸性薄纸剩下的工厂已经不多市场正在萎缩可能在一些特定市场存在薄纸最好的机会区域使用双元系统的碱性纸厂使用凝聚剂，没有使用硫酸铝或PAC凝聚剂的高成本是其弱点硫酸铝/阴离子程序可能比较适合工厂使用微粒子系统，但不需要脱水或不能满足成本需求硫酸铝/阴离子程序可能比较适合使用传统的双元阳离子程序的酸性纸厂凝聚剂的高成本是其弱点凝聚剂通常不需要阳离子程序可能比较适合微粒子机会脱水需求微粒子系统为了获得好的silica表现使用大量的淀粉为了获得高的纸页灰分，而现有的淀粉/silica或聚合物/bentonite系统不能达到助留助滤系统不能很好工作的工厂

包装纸需求Linerboard,Medium,BagandPaperboard脱水强度成形减少纤维流失降低纤维成本降低湿部辅料的用量Linerboard/WhiteTopLinerboard增加二次纤维的用量更高的强度，更低的定量(AltRule41)增加白水循环小型工厂中性施胶改善印刷性能瓷土-替代纤维改善使用白浆的面层成形CorrugatingMedium增加二次纤维更高的强度,更低的定量增加白水循环新闻纸的需求Newsprint脱水过程控制–细小组分最大限度减少纤维流失低成本沉积物的控制树脂控制油墨沉积物的控制NewspaperPublishersSeek 运转性能顺利通过压榨区没有断头印刷性能外观(光学性能)Brightness,whiteness,cleanliness,opacity新闻纸的发展趋势Newsprint增加二次纤维DIP(includingONP&OMG)增加填料用量(光学性能)使用在线控制方法控制白水固含量保证纸机的运行性白水封闭循环增加产量但是在保证印刷质量和外观利用助留系统如膨润土、PEI和PEO评价方法动态滤水仪细小组分留着灰分留着使用76微米筛i网模仿流浆箱和成形板可携带测量单程留着率CANADIANTANDARDFREENESSTEST

加拿大游离度测试滤水SCHOPPERREIGLERSLOWNESSTESTER微粒助留系统

微粒技术UNITEDSTATES49%的碱性未涂布纸使用微粒技术随着纸张灰分的增加，对微粒的需求将增加传统的-51%微粒-49%为什么要用微粒?增加产量改善脱水容易压榨和烘干减少湿部断纸高的填料含量更好的灰分保留湿部稳定添加物的效率改善质量改善成形减轻两面差微粒系统传统的聚合物和淀粉高分子量聚合物阳离子淀粉微粒组分离子性、亚微米、三维的通常高的阴离子最后加入微粒机理加入传统的聚合物/淀粉形成大的絮状物通过压力筛分散加入微粒以微絮状物的形式再絮聚细小纤维和填料形成紧密的，局部的微絮状物不会阻碍纤维在网上的脱水。

一般的助留体系

阻碍了脱水！微粒助留LessDrainageRetardation微粒程序Hydrocol-AlliedColloids高分子量的阳离子絮凝剂&bentoniteclayCompozil-EkaChemicals淀粉和硅土(silica);也可能包括絮凝剂Positek-Nalco淀粉,絮凝剂和硅土-在一些应用中也包括凝聚剂Particol-EkaChemicals/AlliedColloids在现场制备具有结构的硅土Polyflex-Cytec/BetzDearborn淀粉，铝，阳离子或阴离子絮凝剂和Polyflex

一、硅土(SILICA)机理较高量的阳离子淀粉(10-20lb/ton)加入，然后吸附到纤维和填料上加入阳离子或阴离子絮凝剂最后加入胶体硅土小粒径和高阴电性的硅土粒子会破坏由淀粉/聚合物形成的絮状物，从而形成小的絮状结构然后小的絮聚体沿着纤维的表面被吸附填料阳离子聚丙烯酰胺填料填料填料填料纤维机理#1加入阳离子聚丙烯酰胺填料填料纤维机理#2絮聚物的架桥填料填料纤维机理#3已经被破坏的絮聚物的重新分配-------StructuredSilicaParticle纤维填料填料填料F填料Filler机理#4通过BMA结构的Silica重新絮聚硅土机理阳离子淀粉筛流浆箱聚合物(optional)SILICA冲浆泵硅土结构基本粒径20-50BMA-0/9Nalco86715nmBMA-6702-3nmBMA-7802-3nm分散的链状的分支的nm)BMA-typevsCationic

Polymer/SilicaReactivitySolsof2-3nmdiameter,ofincreasingstructure.B