提高細小纖維利用率的方法

　　

　　細小纖維的特點有：尺寸小，比表面積大，結構形態、化學性質不一，對于各種助劑吸附能力遠大于纖維組分，在紙機上留著率低等。細小纖維根據來源不同可以分為三種：原生細小纖維，二次纖維，三次纖維。

　　

　　一、細小纖維留著機理

　　

　　細小纖維的留著通過兩種機理來實現，即機械截留和膠體吸附。在一定條件下，兩種機理的相對作用取決于多種因素，其中機械截留不是留著的關鍵機理，因為細小纖維組分尺寸比起纖維來說小的多，膠體吸附才是細小組分留著的主要機理。膠體吸附包括形成只含細小纖維組分的團聚和含纖維和細小纖維組分的絮團。造紙應促進細小纖維和纖維間的絮凝，阻止細小纖維組分間的絮凝和纖維間的絮凝。

　　

　　

　　細小纖維組分的留著率是一個相當復雜的變量，它受生產過程條件（打漿度、濾水速度、漿-網速比和紙機車速）、纖維尺寸分布、離子間相互作用力、pH值、紙料中的電荷量和絮凝劑的加入狀況等因素的影響。在纖維留著剪切力對細小率的影響方面，有研究指出作用在纖維壁上的剪切應力與留著率有密切關系，比較了不同的剪切應力下細小纖維留著的能力，得出在固定剪切率的條件下，加入助留劑可顯著提高細小纖維的留著率。在造紙過程中，漿料流速太高時，網上流動不均勻，細小組分的留著會降低；紙機脫水元件的脈動濾水也會影響細小組分的留著率，其它條件不變的情況下，脈動越大，細小組分留著越低?？偟膩碚f，細小組分的留著率是流體動力和非流體動力相互作用的結果。

　　

　　1.剪切速率對于細小纖維留著的影響

　　

　　在實際應用中，一般都是通過改變攪拌時間和攪拌速度來描述剪切速率的大小，通過改變攪拌器的轉數來獲得不同的剪切速率。研究發現，隨著轉速的增加留著率通常會下降。

　　

　　以下是攪拌速率（剪切速率）對于細小纖維流轉的影響：

　　

　　從上圖可以看出：隨著剪切速率的增加，細小纖維的留著會出現大幅的下降，因此在實際使用中控制好攪拌器的轉數可以改善細小纖維留著。

　　

　　2.助留劑對于細小纖維留著的影響

　　

　　在造紙過程中，盡管通過調節pH值、控制打漿度、濾水速度可以對細小纖維的留著有提高，但是現代高速紙機在抄紙過程中產生的剪切力造成的細小纖維流失足以抵消。所以，助留劑的應用仍然是降低細小纖維流失最有效的措施。

　　

　　下圖是助留劑對于細小纖維留著率的影響：

　　

　　從上圖中可以看出：隨著助留劑使用量的增加，細小纖維的留著率有極大的提高，特別是在使用量100ppm-150ppm這段區間中細小纖維留著率明顯提升。

　　

　　下圖是剪切速率對不同助留劑助留效率的影響：

　　

　　從以上圖可以看出：隨著剪切速率的增加，留著率會有較大幅度的下降。

　　

　　

　　1.常見的高分子助留劑

　　

　　目前市場常見的高分子助留劑主要有：陽離子型（如陽離子聚丙烯酰胺）、陰離子型（陰離子聚丙烯酰胺）、非離子型（聚氧化乙烯）等。

　　

　　離子型的助留劑的作用方式主要是通過其帶有的陰、陽離子產生作用的。細小纖維在紙漿懸浮液中顯負電性，當加入陽離子型助留劑時，助留劑分子會被吸附在細小纖維表面，使得細小纖維表面局部帶有正電荷，其余部分則仍為負電荷；助留劑分子被吸附后，與另一個細小纖維表面的負電荷相互碰撞，從而產生絮聚現象，從而達到留著的目的。在選擇則陽離子聚合物時，必須注意聚合物的電荷密度和分子量，應該是高電荷密度（＞4毫克當量電荷/克）、低分子量（＜100000）的陽離子聚合物。陰離子型助留劑則是通過聚合物部分吸附在細小纖維表面，而其他部分則形成一系列的鏈圈和尾鏈，并延伸到周圍與另外的細小纖維相互碰撞吸附，在兩個細小纖維之間架橋，形成絮凝。而非離子型助留劑主要是通過網絡絮凝來實現細小纖維的留著的。

　　

　　2.新型多元助留體系

　　

　　（1）微粒助留系統

　　

　　該體系的典型代表Hydrocol系統，是通過微粒絮凝作用達到理想的助留效果。在使用中先加入高分子陽離子聚合物通過架橋作用使細小組分形成大的絮團，再通過高剪切力破壞這些絮團，然后添加具有較高比表面積的帶負電性的無機顏料，使分散的小絮團重新凝聚成網狀結構。此系統聚合物多為陽離子型聚合物，如CPAM等。顏料為具有細小粒徑和高溶脹力的改性膨潤土。

　　

　　該系統優勢在于能在廣泛的pH范圍內獲得良好的助留效果，而且綜合考慮該系統也非常經濟。該系統不但能大幅改善細小纖維的留著性，而且允許使用價格低廉質量較差的陽離子淀粉。

　　

　?。?）陽離子(或兩性)加陰離子聚合物助留系統 該系統的形成過程是：先加入高電荷密度，低中分子量的陽離子(或兩性)聚合物，通過電荷絮聚形成陽離子補??；再加入一定量的陰離子聚合物，使其與陽離子補丁上的部分電荷連接點發生吸附，而陰離子聚合物剩余的分子鏈受陽離子補丁周圍的負電荷排斥伸展到周圍的水中，吸附其他陽離子補丁，從而形成良好的絮聚，提高助留效率；同時由于細小組分絮聚成較大的纖維絮聚團，增大了紙頁孔隙率，有利于水和空氣的自由通過。但值得注意的是在加入陰離子聚合物時漿料中的游離陽離子聚合物應較少，否則陰陽離子聚電解質將首先發生反應。此類系統比較典型的是聚丙烯酰胺二元助留體系。

　　

　?。?）Integra 系統為多元助留體系。單獨或組合使用了凝結劑，凝聚劑及微絮聚物三類化學品。使用時首先加入的凝結劑為聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDADMAC)，其作用是作為陰離子垃圾捕集劑，可以根據不同漿料的特點，選擇不同分子量，不同電荷密度的 PDADMAC；隨后加入的凝聚劑為引入了陰離子性的丙烯酸或陽離子性的胺基聚合物的聚丙烯酰胺，該產品為 W/O 乳液，分子量為 1500-2000萬；在漿料形成大的絮聚團后經高剪切力打散再加入微絮聚物木素磺酸鈉，其出色的分散效果可將打散的纖維絮團分散為穩定、柔性、均一的細小絮團，而木素結構中的疏水基團則更利于濾水，在取得良好的助留效果的同時提高了勻度。

　　

　　

　　為了減少污水處理的環保壓力，目前有些紙廠將造紙污泥回用，從而進一步的回用了抄紙過程流失的細小纖維以及流失的淀粉、礦物顏料等。污泥回用工藝是將造紙污水配制成濃度約為2%左右的均勻回用水，在該污水回用過程中，加入特殊的化學助劑使回用水中的污泥（細小纖維、淀粉、無機或有機顏料等）產生分子鏈，讓它有較強的親和力，產生新的反應，和漿內纖維有機的結合在一起形成橋鏈作用，增強了污泥和漿料的混合搭配，使污泥均勻地填充到漿料中，最大程度的回用了造紙污水中的有機物，節省造紙成本的同時，也降低了污水處理過程中污泥的產生，大幅減輕污水處理的負荷。

　　

　　

　　細小纖維想要達到良好的利用，首先在抄紙過程中控制好打漿度、濾水速度、漿-網速比和紙機車速、剪切速率；其次是要借助于助留劑的幫助。這其中助留劑是必不可少的。目前已經有多種助留系統，如單組份助留、雙組份助留、微粒助留等，但是助留劑的類型不同，對于漿料留著率的影響也不相同。因此想要提高細小纖維的利用，需要注意：

　　

　　（1）助留劑的加入點、加入順序與加入量，加入點不同，對于留著率會有較大影響，因為助留劑的助留效果會隨著漿料攪拌時間的延長而降低，紙機較強的剪切條件和添加的各種其他化學品也有會對助留劑的效果有影響。

　　

　?。?）要注意水的硬度、漿料的溫度等對于細小纖維留著的影響，在抄紙過程中，水的硬度對于助留劑的助留作用會有負面的影響，當水的硬度過高時，會造成助留劑分子鏈伸展較少。

　　

　?。?）選擇合適的助留體系，每種助留體系都有相應的優缺點，因此要根據情況選擇最合適的產品。

　　

　?。?）對造紙污泥的回用可彌補抄紙過程細小纖維的流失，將細小纖維最大的利用起來，同時降低污水處理的環保壓力。