第一章纸料的流体和造纸湿部化学特性资料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,P,o,w,e,r,B,a,r,中国专业PPT设计交流论坛,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 纸料的流体和造纸湿部化学特性,第一节 纸料的组成与特性,一、纸料的组成,纸料悬浮液体系是由,固,、,液,、,气,三相组成的复杂分散体系。,固,：主要是纤维、细小纤维，其次是胶料、填料、非纤维添加物,液,：主要成分是水，此外还有助留剂、助滤剂等,气,：主要是空气,二、组成纸料各组分性质,一水,1.水是纸料悬浮液的介质,是纸料的重要组分, 湿法抄造都借助水作为悬浮液介质，水还会造成抄造环境，如抄造的酸碱性,2.水具有较高的外表张力,水具有比一般液体都高的外表张力，抄造过程中，湿纸幅形成强度、泡沫的形成与破灭，纸幅内施胶等造纸现象都受到外表张力的影响,3.水使纤维产生润涨纤维间结合力增加柔软性和可塑性，为打浆时的细纤维化创造了条件，并最终作为纸页纤维间结合的“粘合剂。,一些液体的外表张力,二纤维与细小纤维,一般认为通过75m200目的粒子构成细小纤维,不能通过的粒子是纤维局部。,通过200目的筛子不仅仅是细小纤维，还包括矿物填料，因此统称为细料固体粒子,1.细料固体中的细小纤维与纤维的不同特性,1细小纤维具有大的比外表积,2细小纤维对造纸湿部添加剂有强烈的吸附能力,2.细小纤维和纤维外表带有负电荷,由于与半纤维素、氧化纤维素、氧化木素相关的外表基团的电离作用，纤维和细小纤维总是带负电荷,3.纤维和细小纤维的离子交换行为,纤维的离子交换能力来源于自然的酸性半纤维素纤维对各种无机离子吸附能力由强到弱的顺序为：,N(CH3)3+Li+Na+K+Ag+Ca2+Mg2+Ba2+Al3+,三功能性添加剂,改变纸页中的一个成分而改变纸页的性能，如着色剂、施胶剂、湿强剂等,四控制性添加剂,改变湿部纸料的性能，如助留剂、消泡剂、防腐剂树、脂控制剂等。,三、纸料的特性,一纸料分散体系具有絮集的性质,临界浓度0.05%,二纸料分散体系还具有胶体的特性,打浆纤维外表细纤维化整体来看它具有胶体大小尺寸。,配料中含有溶解的无机盐及聚电解质、外表活性剂、胶料、填料等。,纸料颗粒外表还带有电荷，为负电荷。其相斥性使胶体颗粒具有一定分散稳定性。,三纸料分散体的外表动电现象,分散在水里的纸料胶体颗粒，有离子性及极性选择性地吸附离子具有了一定的电位动电行为。,思考题,1 什么叫纸料、合格纸料？与纸浆和浆料有什么区别？2 什么是纸料制备？纸料制备包括哪几局部？3 纸料是由哪几局部所组成？各组成的性质是怎样的？,4 纸料有什么特性？,THE END,第二节 纸料悬浮液的流体力学性质,一、纸料悬浮液的流动状态和流动特性曲线,一纸料悬浮液的流动状态,流动状态可分为,塞流、混流和湍流,纸浆悬浮液的流动特性曲线,二纸料悬浮液的流动特性曲线,二、影响纸料悬浮液流动状态和流动曲线的主要因素,一悬浮液流动速度的影响,当纸料浓度一定时在临界浓度上流动速度提高，对管道内纸料纤维施加的剪切力加强，纤维网络塞体瓦解直至完全分散，进入湍流状态。,二纸料浓度的影响,对流动过程中压头损失具有显著的影响。,三纤维的物理构造和化学性质的影响,较长纤维和外表粗糙及较柔软的纤维，能够增加纤的机械缠结，进而增加纤维网络和絮聚的强度。,硫酸盐木浆的流动特性曲线,管道：76.2mm直径的铜管,直管打浆度：15.5,。,SR,浆温19,浆料：未漂硫酸盐木浆,三、纸料悬浮液的流动特性,一纸料悬浮液流动过程中的湍动,1.湍动的概念,当流体的雷诺数超过一定数值时，流体就处于湍动状态，这时管道内的每一个流体质点作不规那么的、在速度大小和方向都发生变化的脉动，流体这种不规那么的脉动在工程常称为湍动。,2.湍动的表示方法,湍动尺度和湍动强度,湍动尺度是指在湍动力场中，发生速度波动的平均距离大小的量，即指湍动规模大小。,湍动强度指在湍动场中，发生速度变化大小的量即湍动时产生剪切力的大小和湍动时产生的强度。,3.湍动的类型,1低强微湍动 不能分散网络,2高强大湍动 剪切力不能作用于单根纤上，不能分散纤维网络,3高强微湍动 强度很高而且尺度很小的湍动，强大的剪切力可以作用于每根纤维，从而破坏纤维絮聚物内在的强度，到达分散目的，所希望的湍动。,4.湍动的特点,生存期短，具有两重性，即分散纤维又给纤维创造碰撞交缠的时机。,二纸料悬浮液的纤维絮聚,1.纤维絮聚原因,纤维与纤维之间相互发生碰撞产生机械交缠而连接起来的结果。,絮凝原因：,一是纤维几何尺寸以及纤维本身的模量等相关物理性能导致的纤维之间的,相互缠绕,。,二是纤维之间电荷吸引力以及其它吸引力使,纤维聚集,将长纤维打浆切短、添加短纤维、降低抄造浓度、改善浆料揣动效果等措施均可改善纸张匀度。,合成聚合物电解质、淀粉、树胶和其它化学助剂对匀度可起有利或不利的影响,2.湍动和纤维絮聚的关系,湍动的强度低，缺乏以将絮聚物分散，湍动的尺度很大时，絮聚物可完整的存在于大涡悬中，也不能分散絮聚物。高强度微湍动能分散絮聚物，但过强的湍动给消能造成困难。,思考题,1 纸料悬浮液的流动状态和流动特性曲线是怎样的？,2 影响纸料悬浮液的流动状态和流动特性曲线主要因素有哪些？,THE END,第三节 造纸的纸料的湿部化学特性,一、造纸湿部纸料配料组分的胶体化学特性,一造纸湿部纸料配料组分的胶体化学特性,可分为亲水体系和疏水体系,疏液胶体的特性：,微粒呈悬浮状，非溶液状态,溶剂和微粒之间有微小作用力或亲和力,在形成集聚方面具有热不稳定性,微粒与周围介质之间的界面影响系统性能。,亲液胶体的特性：,小分子聚集体或高分子的真正溶液,溶剂和微粒之间有强烈的吸引力,微粒和周围介质之间没有真正的界面,亲水体系是大分子溶液，属于一种稳定体系，而疏,水体系是一个高度分散的多相体系，有很大的比表,面积和很高的比外表自由能。,造纸过程中疏水胶体体系：,全部都分散在水中的填料,分散在水中的细小纤维,松香胶,造纸过程中亲水胶体体系：,溶解在水中的淀粉,溶解在水中的树胶,溶解在水中的半纤维素,溶解在水中的外表活性剂、分散剂、增湿剂,溶解在水中的助留剂、助滤剂、匀度助剂,二造纸湿局部子间力,主要有分子间的电性排斥力和吸引力及分子间结合力,1.分子间电性排斥力和吸引力,纸料中的纤维素和半纤维素的羧基糖醛酸，木素中含有的酸基以及来自制浆过程中的磺酸基，这些组分在水中产生电离，将某种离子送到水中，而配料组分粒子本身那么带有与之相反的电荷。,2.分子间的结合力,加添物与纤维某些集团发生反响,三亲水系统和疏水系统,亲水系统,该系统一般指高分子局部，即分散相与水具有强亲和力的系统。如配料中溶于水的淀粉、半纤维素及溶于水的外表活性剂、分散剂、湿润剂和溶于水的助留剂、助滤剂、成形助剂等。,疏水系统,指分散相与水没有亲和力或只有很弱的亲和力的系统。其性质较为稳定，必须含有稳定剂才能较好生存，如分散在水中的填料、颜料、细小纤维及分散的松香胶液和水中的松香颗粒。,疏水系统胶粒外表布满着同符号的电荷，来源：,一方面是吸附；,一方面是外表上的分子产生电离。,四双电层,影响造纸纤维悬浮液中离子的分布，离子外表带有同符号的离子，而反离子分布在它的周围。,双电层包括吸附层和扩散层。,与微粒外表电荷相对的离子，成为平衡离子，它被靠近外表的静电作用力和范德华力紧紧地吸附住。,在该区域内电位可迅速减弱。可以阻止由于热运动使离子脱离固体外表。,实际所测得的Zeta电位是指流体滑移面的电位，而不是真正的外表电荷。 整个体系被称为双电层。,双电层,五凝聚、絮聚和稳定性,胶体分子的聚集分两种：凝聚与絮聚。,凝聚作用是指造纸湿部配料中许多细料固体颗粒形成丛状、串状的聚集体，在这种聚集中细料固体颗粒仍保持其个体身份，但在动力性质上失去了独立性，整个凝聚体作为一个运动单元。,絮凝作用是指两个或多个细料固体颗粒聚集后，融合成一个新的大细料颗粒，比外表积减少，体系的比外表自由能有明显降低。,二、絮聚和凝聚的相互作用,凝聚表示细小聚集体的历程，可借助强烈的搅拌增加细料固体粒子碰撞次数和碰撞力而增加动能，使相近的固体细料粒子足以抑制双电层排斥力，粒子得以结合。,絮凝作用是长链分子的聚合物电解质阴离子、阳离子、非离子和两性离子、吸附到纤维或细料固体粒子外表上，通过桥联和嵌镶两种机理而发生聚集。,三、电解质的聚集与吸附,电解质,无机盐 明矾等,聚合类,非离子,阳离子 将铵基引入聚合物链,阴离子 将羧基引入,两性离子,四、与外表羧基的反响,纤维外表上的羧基反映了其电离能力，平衡式如下：,纤维外表羧基等基团的存在，纤维外表带负电荷。,参加聚电解质可以降低纤维外表的羧基电荷，产生电荷中和作用。,五、溶解物与抄纸悬浮液组成的离子反响,一造纸湿部纸料悬浮液中参加电解质的反响,1Al(H2O)63+和RCOO-生成松香酸铝，松香酸铝与纤维外表羧基起络合反响构成配位键。,2染色中参加矾土液作为媒染剂，使带负电荷的,酸性染料改变电性，更好地吸附纤维等固体上。,3瓷土粒子外表吸附Ca2+Mg2+等阳离子改变自身电性，更容易吸附到纤维外表上。,4排除纸料悬浮液中的干扰物质。,配料中参加矾土、聚合氯化铝、低分子量高电荷密度阳离子聚合物等中和剂来处理。,二参加增强剂的反响,增强剂主要有聚丙烯酰胺、聚胺、聚酰胺型阳离子聚合物及阳离子淀粉。,聚丙烯酰胺：酰胺基中的氢与纤维中羟基结合，加强了氢键的结合强度，使纸干强度增加。,三聚氰胺甲醛树脂：树脂粒子带正电荷，被带负电的纤维吸附，减少了膨胀，增加了湿强度。,三参加助留剂的反响,1.中和反响,被强力吸附的平衡离子与聚合离子的扩散区使悬 浮水溶液中的微粒外表产生双电层。该电层在一定条件下有一定厚度。当电解质参加到悬浮液中，由于平衡离子数量和利用率的增加，双电层厚度减小。从而降低了微粒外表Zeta电位，降低了排斥力组分和净作用电位。,微粒更易于彼此接近，并更有可能絮聚。这种由于参加过量平衡离子而使静电位移向零点荷状态的絮凝作用，称之为电荷中和作用。,存在一个临界盐浓度，在该浓度下双电层充分压缩而使絮凝得以继续进展，通常称为临界絮凝浓度。化合价越高，离子降低外表电荷的效率越高， 例如在离子化合价为+1，+2和+3时，所需临界絮凝浓度分别为4000：100：15。,电荷中和反响,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,嵌镶结合,2.嵌镶反响,当高电荷密度4毫克当量电荷/g、低相对分子,量100000的阳离子聚合电解质与阴离子胶体微粒混合时，聚合物分子完全被吸附在微粒外表上，并形成局部带正电荷的补丁。此补丁有效地使该处微粒外表的阴离子变为阳离子，微粒外表的其余局部仍为阴离子。,3.桥联结合,高分子量聚合物具有较长的分子链段，聚合物是通过其一系列伸展到液相中的环状和尾状物而被吸附到微,粒外表上的。这些环状和尾状物完全伸展出了双电层。通过伸出来的环状和尾状物， 吸附到第二微粒的负极外表上，就发生了絮凝作用。,桥联结合,4.助滤剂参加的作用,当将聚合物电解质或阳离子参加到纤维悬浮液中时，使产生纤维外表上微纤丝裂溃的外表电荷减少，从而减少了流体动力学比外表积。其结果是使流体从成型网络层流出的阻力减少。,助剂使纤维内部以及外部的空隙区减少，减少了与纤维结合的水量。,聚合物电解质使细小物质和纤维絮聚，使造纸配料的有效比外表积减少，使流体阻力减小。,六、泡沫,1 泡沫,泡沫是一两相体系，由气相分散于液相中构成。,泡沫的构造：内部为空气，外部为液膜泡壁。,纸料中空气的存在形式:游离态 结合态,2 影响：,造成流浆箱浆料浓度波动，使纸料流动状态不稳定。,封闭湿纸幅的微孔，造纸网部脱水困难。,形成浮浆，使纸料上网出现浆块，造成断头。,降低纸板层间结合强度。,产生泡沫孔、泡沫斑、树脂斑等纸病。,4 泡沫产生的要素：,有气体存在；液体中有泡沫稳定剂(外表活性物质)；受搅动或冲击。,5 纸料中泡沫的生成,1纸料中空气的来源,强烈的搅拌。,泵、管接漏气。,纸料受到冲击与喷射。,干浆板没有完全润湿。,白水回收的细小纤维吸附空气带入纸料中。,2纸料中外表活性物质的来源,纸浆的洗涤情况。,化学填加剂的使用情况。,废纸的处理情况。,外表活性物质有：,脂肪酸皂、松香皂、木素衍生物、亚硫酸盐废液、硫酸盐废液、纸料中的助剂施胶剂、助留剂、助滤剂,6 消除、控制泡沫的方法,机械法和化学法两类,除气消泡机理,泡壁 消泡剂,吸附 进入 扩散 破膜,降低泡沫稳定剂的效能,提高外表张力，降低外表黏度或减少氢键连接,形成局部薄弱点，使泡沫破灭,思考题,1 如何理解造纸湿部纸料配料组分的胶体化学特性。 2 什么叫凝聚和絮聚？它们产生的规模和程度如何？ 3 在纸料分散体系中，纤维外表上的羧基会发生什么反响？结果如何？,4 造纸湿部纸料悬浮液中参加电解质和各种溶解物会发生什么反响和作用？,5 纸料悬浮液中泡沫产生的原因和影响是什么？如何消除和控制？,THE END,