第三章非纤维添加物质的应用(北京林业大学造纸原理及工程).ppt

第三章 添料,1、 什么是添料，加添？添料是指纸浆中加入非纤维性的物质； 在纸浆中加入添料，改变纸张的性质，更好的满足使用的需要，这一生产过程称为加添 2．目的：提高纸的质量，增加产量，改进操作，减少流失，降低成本§2-1 施胶,§2-1-1概述 一、 施胶目的和方法： 1．施胶：是指使纸和纸板取得抗水性能的加工程序； 2．目的：使纸张具有抗拒流体的渗透能力 3．施胶度：纸张经施胶后其抗水性能的大小用施胶度表示 4．施胶方法： 纸内施胶或内部施胶纸面施胶或表面施胶 1）纸内施胶：在纸浆中加入施胶剂，再抄成具有增液性能的纸和纸板——施胶的主要方法 2）纸面施胶：在纸的表面浸入施胶剂，以取得增液性能3）双重施胶：纸料内和纸面上均进行施胶二、施胶和施胶剂的发展,1、胶料： 1）用于纸内施胶：松香胶、强化松香胶、合成胶、分散松香胶2）用于纸面施胶：氧化淀粉、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、动物胶、合成树脂2、松香来源：天然萃取松香和树脂松香及塔罗油松香3、发展：高游离松香胶—松香皂胶—强化松香胶—分散松香胶发展趋势：提高施胶的效果，降低成本，由酸性施胶转向中性，甚至向碱性施胶发展。

§2-1-2 纸内施胶,一．松香胶体系：1、松香：是一种大分子有机酸（C19H29COOH），是由松香酸和海松酸等多种酸性物质的异构体组成的混合物，而不是单一的有机化合物1）化学属性：化学反应主要是受酸性基团（羟基）和共轭不饱和双键支配2）物理属性：相对密度1.01~1.09，软化点750C左右，熔点：90~1350C,不溶于水，溶于甲醇、乙醇、二硫化碳等有机溶剂3）主要质量标准（造纸松香）：a 酸值：以1g松香用碱中和时，所消耗KOH的毫克数酸值越高说明松香中含松脂酸量越高；一般为150~170mg KOH b. 皂化值：1g松香与碱完全皂化时所消耗的KOH毫克数表示松香中的树脂酸和脂类的总含量，此值与酸值之差越大，说明松香中含脂越高;一般为160~185mg KOH 2、 皂化松香胶：,1） 皂化松香胶的熬制： （见P69）皂化反应：2C12H29COOH + Na2CO3—2C12H29COONa + CO2 + H2O2C12H29COOH + NaOH——C12H29COONa + H2OC12H29COOR + NaOH —— C12H29COONa + H2O皂化的结果使不溶于水的松脂酸变成可溶于水的松脂酸钠；皂化剂多用纯碱（Na2CO3），原因： a. 反应温度易控制； b.反应中产生的大量CO2有利松脂酸的分解。

2） 皂化松香胶的分类和用碱量计算：,（1）分类：a.中性松香胶（褐色胶）：全部松香酸都皂化为松脂酸钠，胶液呈中性或微碱性，颜色为暗褐色b. 白色胶：将松香部分皂化，剩余的松脂酸成微粒，均匀分散在已皂化的松值酸钠溶液中，胶液呈白色，白色胶中游离松香20~40% c. 用碱量A计算：,｛O·(100－C)% / M1 = A·P / M2｝A = (OM2/M1P)×(100- C)%M1—测定皂化值用KOH的当量； O—松香的皂化值； P—熬胶用碱的纯度；M2—熬胶用碱的当量； C—松香胶的游离松香含量（5%）；d．熬胶用水量：取决于松香胶中游离松香的含量游离松香含量越高，用水量则越少，以防止松香胶聚凝沉淀3、施胶理论：,1) 接触角理论：渗透速度 V = dL/dt =γ· r·cosθ /4η·L , L：渗透深度(cm)；t: 浸透时间(s); γ：液体的比表面积自由能，N/cm ； η：液体的粘度(Pa · s)； r：毛细管半径(cm)； θ：液、固两相间接触角(度)接触角理论认为：胶体产生抗水作用原因是：胶体改变了纸页表面的性质，加大了液固间的接触角，减少了纸页表面对水的附着力。

见P72 γSV = γSL + γLV·cosθ γˊSV = A1γS1V + A2γS2V ； A1 + A2 = 1,良好的施胶效果取决于：,a. 选用比表面自由能较低的施胶剂b. 胶料沉淀物应强力分散，并均匀分布，尽量增大胶料覆盖面积；c. 胶料沉淀物应牢固地覆着在纤维的表面，获得稳定的比表面自由能2）矾土的水解作用：,矾土溶液主要组成为｛Al(H2O)6｝3+ ，在不同PH值时，水解所生成的络合物组分见P74表在PH = 4~6时，为｛Al(H2O)6｝3+，它能与羟基起络合反应，甚至可能与羟基络合，导致羟联反应 3）松香胶沉淀物的形成和化学组成：在松香胶中加入矾土，生成游离松香及水和松香酸铝对于完全皂化的松香胶，则为游离松香和少量二松香酸铝4）松香胶沉淀物与纤维的附着理：,（1）配位理论：配位理论认为施胶应是水和铝离子、松香酸和纤维素进行络合反应的结果a. 水和铝离子中的羟基能被络和能力更强的松香酸离子（Ab－）所取代： ｛Al(OH)(H2O)5｝2+ +2Ab－ —｛Al(H2O)5Ab2｝+ + 2H2O｛Al(H2O)6｝3+ +Ab－ —｛Al(H2O)5Ab2｝2 + + H2Ob. 水和松香酸铝又与纤维素表面的阴离子起络合反应，使松香胶沉淀物附着在纤维上。

2） 界面动电势学说：,界面动电势学说认为，在施胶过程中，带负电荷的松香胶优先吸附铝离子而带正电荷，然后被带负电荷的纤维素所吸附此理论基于：纤维素表面始终带负电荷（P75)无论是配位理论，还是界面动电势系统均认为：施胶过程应加入足够铝离子，维持PH在5左右，尽可能排出其它阴离子杂质的干扰，因促进络合反应，使施胶纸张表面电荷接近等电位点，从而保证取得预期的施胶效果5）施胶效应的完成：,（1）松香胶沉淀物吸附于纤维表面，或与纤维通过配位健而络合，仅仅是取得施胶效应的一个必要历程2）松香胶属两性物质，在干燥过程中，处于纤维表面的松香胶沉淀物的极性羧基部分会发生内取向，使非极性部分向外，表面自由能下降，取得良好憎液性能但这种内取向是不稳定的）（3）配位键理论认为：水和铝离子能起羟联反应而连接在一起因此在干燥过程中，松香胶沉淀物发生羟联反应，失去配位键的水分子，形成各种聚合体而连接在一起4）松香酸铝能与纤维素的羧基构成配位键，在干燥过程中也能产生羟联反应，从而使松香胶沉淀物获得稳定内取向4、影响施胶的因素：,1）浆料的性质：a. 不同浆料具有不同的施胶效应纤维素含量越高，半纤维素含量越少，施胶越困难。

GP＞竹（草）浆＞KP木浆、蔗渣浆＞半漂半化学浆＞人造丝浆＞棉浆b. 打浆度越高，施胶效果越好 2） PH值：PH = 4.7~5.5 3）阳离子：碱金属离子会给施胶造成困难；如钙离子等会造成松香酸钙沉淀，妨碍松香酸与水合铝离子的结合 4）阴离子： 络合能力： Cl－＜SO42－＜CH3COO－＜草酸根＜OH－,5）施胶温度：施胶温度最好控制在20~250C，最高不超过350C；因为松香乳液在400C易发生凝聚6) 松香粒度：粒度小，有利于松香胶的分布，扩大施胶面积 7）打浆：提高打浆度能改善施胶的效果8）加填：添加填料会降低纸张的施胶度；现加胶后加矾，最后加填9）胶体稳定剂：胶体稳定剂有助于防止松香胶的凝聚，提高施胶效果10）网部和压榨部的影响：网部和压榨部脱水不匀或过猛，会导致施胶不匀或施胶两面性11）干燥和压光的影响：施胶纸页应防止强干燥；干燥温度与松香胶沉淀物的组成有关压光对施胶不利5、 强化松香胶：,松香胶起施胶作用的官能基是（COOH），若能设法增加松香的羧基数量，则可望提高松香的施胶效能——制备强化松香胶的理论依据1）马来松香—一种改性松香；马来松香胶中的马来海松酸有三个羧基，因此增强了羧基的数量和活性，能显著提高施胶的能力。

马来松香定义：以100g松香所加入的马来酐的克数来命名，%；2) 马来松香施胶：P79,6、分散松香胶：,含游离松香量接近或达100%的高游离松香分散体1）制备方法——逆转乳化法：其特征是：随着水的加入，松香液由水/油型，逆转为油/水型，制成稳定的松香分散体影响植被逆转胶的因素有：乳化剂的选择及其用量，搅拌速度，乳化温度和浓度等2）施胶机理：,a.松香与铝离子的反应；b. 胶料在纤维上的留着和矾土的消耗；c.胶料在纤维上的分布及对纸页强度的影响；d. 胶膜的稳定性； 胶料的脱水性； 胶料的熔融性和施胶度；,二．合成胶,1、中性施胶与中性造纸：P83 2、中性施胶的分类：提高浆料的pH值进行中性施胶可1) 尽量少使用矾土，采用分散松香胶；2）不使用矾土，如采用合成胶取代松香胶；3）合成胶的种类: a. 反应型：在碱性条件下，胶料直接与纤维反应，使胶料固着在纤维上,如烷基烯酮二聚体系列；b. 自行固着型：阳离子施胶剂,树脂型, 聚合型 3、 烷基烯酮二聚物（AKD） 1） AKD的结构、性质和应用（P84）2） AKD的施胶机理：,AKD与纤维共价键结合而固着在纤维上；松香胶施胶是胶料沉淀物吸附留存在纤维上； AKD有一反应基团，能直接和纤维素的羟基反应形成共价键结合，在纤维表面形成一层稳定的薄膜，使纤维由亲水性变成疏水性； AKD的疏水基包括一长而直的碳氢键，而松香胶是稠环结构； AKD与纤维的作用是使纤维表面的羟基酯化；,三、纸面施胶,一）目的和用途： 目的： 1、提高憎液性能、适印性能和抗油性能。

2、 提高表面性能物理强度 3、 减少纸页的两面差和变形 4、 减少胶料的流失用途：用于质量要求较高和用途特殊的纸种二）纸面施胶的方法：,机内施胶：在纸机上进行施胶，使用较普遍机外施胶：将卸下的纸卷在纸机外的施胶装置上进行施胶 1、辊式纸面施胶： （1）水平辊式纸面施胶：纸页所承受的张力较小，很少断头，一般安装在烘缸1/2~2/3之间； （2）垂直辊式纸面施胶： a. 两个施胶辊安装在垂直中心线上，并带有加压结构； b. 须严格控制纸页的水分含量在8~12%； c. 供胶量必须与纸页的通过量相适应，并有一定的循环量； d. 垂直辊式纸面施胶易产生断头，纸面两面施胶量容易不均匀3）倾斜辊式纸面施胶：,a. 两个施胶辊安装的倾斜度较大，引纸操作方便； 施胶前纸页水分应控制在10~12% 施胶后纸面产生皱折，可用伸展辊来展开； 多用于一般文化用纸的纸面施胶2、槽式纸面施胶：,1）在施胶槽内盛放胶液，纸页经弹簧辊进入施胶槽，通过施胶辊使纸幅在槽内浸入胶液而达到纸面施胶的目的；2）施胶槽设有夹套，可以通气加热胶液，并保持胶液所需之温度；3）多用于机外施胶，也可用于机内施胶3、 其它纸面施胶方法：,1) 烘缸纸面施胶：施胶作用是通过直接紧靠着烘缸表面的施胶辊来达到的，不仅能取得施胶效应，还能提高光泽度。

2) 压辊纸面施胶：用于某些光泽度要求较高的单面光纸，用于提高纸面光泽度和强度 3) 压光机纸的纸面施胶：只用于厚纸和纸板表面施胶（用于配有两台压光机的纸板机）特点：压光机纸面施胶没有辅助干燥设备，干燥主要是通过其它压光棍的摩擦取得热量，要求进入压光机纸板水份为8%左右三）纸面施胶剂：,1、 淀粉和改性淀粉淀粉（C6H10O5）n — 天然高分子化合物，粘度高，流动性差，易凝聚；改性（转化）淀粉是获得较广泛应用的表面施胶剂（P90）1）氧化淀粉：施胶科显著提高纸张的表面强度、平滑度，适应性，减少纸页掉毛、掉粉现象（P90）2）阳离子淀粉：施胶可改进印刷性能，减少纸面掉毛、掉粉，增加干燥速度，提高成纸强度3）酶化淀粉：粘度较低，流动性好，透明度高，可向纸内渗透，改善纸张表面强度、外观及物理性能4）阴离子淀粉：稳定性好，加入纸浆内可作松香胶的增效剂，是铜版纸较理想的涂布施胶剂甲基纤维素 MC2．纤维素衍生物 羧甲基纤维素 CMC羧乙基纤维素 HEC羧甲基纤维素作为表面施胶剂，能取得良好的抗油性能，提高纸张的强度，但憎水性能较差 3、聚乙烯醇PVA：具有良好的胶粘强度和成膜性，能使纸张获得较强的抗油性能，能在纸面构成高度透明且柔软、抗张强度较大的抗油薄膜（P92）。

4、动物胶：常用的为白明胶；主要用于槽压施胶，高级纸种（P90)。