造紙車間陰離子雜質來源、危害及解決對策

紙引未來訊　　隨著涂布損紙、脫墨廢紙、高得率漿的使用及紙機白水循環封閉程度的提高，紙機濕部干擾性陰離子雜質濃度越來越高，對紙機濕部操作的危害越來越大，并使一些陽離子助劑效果變差。

　　尤其是隨著抄紙向堿性體系的轉化，硫酸鋁不再作為施膠固著劑加入到漿料中時，陰離子雜質問題變得更加突出。

　　了解有關陰離子雜質的來源、危害及解決對策是非常必要的。

　　陰離子雜質的來源

　　陰離子雜質是指紙機濕部存在的所有溶解陰離子低聚物或多聚物及非離子型水解膠體物質的總稱。

　　這些陰離子雜質有不同的性能和來源:

　　(1)來自紙漿，如木素衍生物、半纖維素、脂肪酸等。

　　(2)來自陰離子助劑，如淀粉、CMC、有機酸、染料、殺菌劑等。

　　(3)來自填料分散劑，如聚磷酸鹽、聚丙烯酸酯等。

　　(4)來自造紙用水，如腐殖酸、殺菌劑等。

　　其中大部分有害陰離子雜質來自紙漿，因此這里只介紹來自紙漿的陰離子雜質的積累。從備料到抄紙的每一個環節都涉及到陰離子雜質的積累。

　　在備料中，經驗表明：木材的長期貯存對纖維強度和漂白過程有不良影響，但因此縮短貯存時間卻使萜烯類化合物等可揮發物質沒有分離出來;使粘性物質，如酯化了的脂肪酸不能氧化和飽合，結果縮短貯存時間增加了紙漿中陰離子雜質含量。

　　草類制漿中如果由于原料緊缺，使用新草制漿，也會由于草料中的果膠、淀粉等未經自然發酵除掉而增加草漿中的陰離子雜質含量。

　　在制漿過程中，木材和草類原料的成漿很大程度上取決于原料中木素、半纖維素、抽出物等的溶出，這些溶出物質即構成了抄紙體系中最主要的有機陰離子雜質。

　　這些有機陰離子雜質的量與制漿和漂白工藝條件、過程控制、漂白紙漿的洗凈程度等有著密切的關系。

　　一般說來使用高得率漿和廢紙漿的紙廠含有最大量的陰離子雜質，來自各種機械漿和半化學漿的陰離子雜質主要是以木素磺酸鹽、腐殖酸和陰離子膠料形式存在的可溶物質。

　　來自廢紙漿的陰離子雜質主要是大量的木素衍生物和與廢紙紙種有關的其它陰離子雜質。

　　使用涂布損紙或廢紙的紙廠又具有最高量和最復雜的陰離子雜質。涂布損紙或廢紙，尤其是使用碳酸鈣和二氧化鈦的涂布損紙或廢紙，涂層中含有大量的陰離子分散劑，使用淀粉作粘合劑時比使用蛋白質作粘合劑時需更多的分散劑，使陰離子雜質濃度迅速增加。

　　就普通化學漂白漿而言，草漿比木漿含有更多的陰離子雜質。而不論何種紙漿，紙漿的洗凈度低是引起漿中陰離子雜質濃集的最直接原因。

　　在紙頁的抄造中，使用碳酸鈣作填料和涂布顏料時，即在中性或堿性條件下抄紙時，由于不能使用硫酸鋁作固著劑，使陰離子雜質得不到中和;

　　此外在堿性pH下陰離子雜質會電離出更多的陰離子基團;

　　而堿性條件下低分子量的半纖維素也可能從纖維細胞壁中溶解出來(這類物質包括木糖和阿拉伯糖基的聚糖);

　　酸性條件下封閉在纖維細胞內的一些膠體物質在堿性條件下由于細胞壁的潤脹，也可能被釋放出來。

　　堿性條件下抄紙會使可溶性陰離子雜質濃度更高。

　　近年來，由于紙機白水體系封閉程度越來越高，而陰離子雜質并不吸附在紙漿上，因此這些陰離子雜質隨著白水的循環越積越多，封閉循環白水所造成的陰離子雜質問題遠比紙漿本身嚴重。

　　陰離子雜質對抄紙的影響

　　陰離子雜質可以多種方式影響紙頁的抄造，如：

　　(1)影響紙機運轉：形成的附聚物(樹脂、白樹脂、粘附物)降低紙機運轉性能，增加斷頭次數。

　　(2)影響助劑效能：對施膠劑、干強劑、濕強劑、助留助濾劑、染料等的作用效果均有不利影響。

　　(3)影響紙頁質量：降低紙頁勻度，降低紙頁不透明度和亮度，引起小孔和暗點，降低紙頁強度。

　　總之，陰離子雜質是以兩種機理影響抄紙的，一是其高陰電性使紙漿的陽電荷需要量非常高，加入陽離子助劑，如助留助濾劑、增強劑等，陰離子雜質首先與這些聚合物發生中和反應，消耗大量陽離子助劑(一般陽離子助劑并非有效的電荷中和劑)，有可能使陽離子應用技術生產工藝助劑完全失效，其高陰電性也影響紙漿中細小纖維的絮聚，從而影響到紙漿的留著和濾水。

　　因此陰離子雜質含量常用漿料濾出液的陽電荷需要量表示。再就是陰離子雜質隨著不斷積累，與其它物質或自身結合形成附聚物或配合物而從水溶液中沉積出來，如果沉積在填料、細小纖維和纖維上,會減少纖維間的氫鍵結合，因而降低了纖維間的結合強度和紙頁亮度，如果在紙頁抄制中留在網部、管道及毛毯中，則會堵塞抄紙網、毛毯，在壓榨部引起粘輥，增加紙頁斷頭次數，并在紙頁上出現暗點，同時也會干擾紙頁的施膠、染色等。

　　紙機濕部的陰離子雜質的解決辦法

　　解決陰離子雜質問題的最好方法是減少或避免陰離子雜質的出現，如：

　　(1)優化制漿工藝，尤其是控制漂白終點pH值和漂損。

　　(2)強化紙漿的洗滌。

　　(3)縮短紙漿在堿性條件下和高溫階段的貯存時間。

　　(4)提高紙料中各組分的留著率。

　　(5)對白水進行處理。

　　但如果陰離子雜質的出現不可避免，那么目前最可行的辦法就是：在紙漿中加入其它陽離子助劑之前先加入陰離子雜質捕捉劑(簡稱ATC)進行電荷中和，將之絮聚之后固著在纖維和填料的表面上(僅僅絮聚但沒有固著機理的陽離子物質是不能將陰離子雜質從循環體系中除掉的)。

　　一般陽離子聚合物都可與可溶性陰離子雜質形成配對物而進行電荷中和，但只有高陽電荷密度的線性聚合物與可溶性陰離子雜質形成的體積很小的配對物才能沉積到纖維和填料上，分支的或低陽電荷密度的陽離子聚合物與親水的陰離子雜質形成的體積寵大的配對物有很強的貯水能力，不能沉積到纖維和填料上。

　　因此ATC應為高陽電荷密度的線性低分子量聚合物(選擇低分子量聚合物是因其高遷移率)。如果紙機在酸性條件下運行，較好的陰離子捕捉劑是硫酸鋁。

　　在中性或堿性抄紙體系中由于硫酸鋁將逐漸失去其正電荷，不適于作ATC。但發現聚合氯化鋁(PAC)很有效，對PAC進行的實驗表明：用PAC作TAC時陰離子雜質在細小纖維之前被中和，漿料留著率比只加助留劑時大大提高。說明PAC是一種優良的TAC。

　　PAC的缺點是降低體系pH值，然而體系pH值不變時(通過加入氫氧化鈉控制)進行的實驗表明，結果不變或更好。而且也有酸性不大的PAC，對pH值影響很小并且非常有效。

　　除PAC外，還有有機陰離子雜質捕捉劑，如聚二烯丙基二甲基氯化銨、陽離子雙氰胺，有時聚乙烯亞胺也用作陰離子捕捉劑。

　　這些有機陰離子雜質捕捉劑的最大優點是不受pH影響，對體系pH也無影響，酸、堿體系都可應用，而且用量少，效果也不錯。但其對陰離子雜質反應的選擇性可能不如聚合氯化鋁，且有機陰離子雜質捕捉劑分子量越高，陽電荷密度越低，其效果越差，選擇性也越低。

　　除采用陰離子雜質捕捉劑外，還可以通過選用合適的助留劑來排除陰離子雜質的干擾，如在含有大量陰離子雜質的高得率紙漿體系中可采用聚氧化乙烯作助留劑。

　　聚氧化乙烯是一種很獨特的助劑，是非離子型的，它引起絮聚不是依賴于電荷的中和，而是在纖維和細小纖維之間進行吸附橋聯。而聚氧化乙烯在纖維和細小纖維上的主要吸附位置很可能是酚羥基，因此漿料中大量陰離子雜質的存在，通常不會對聚氧化乙烯的效能構成影響。

　　相反，一些可溶性陰離子雜質的存在，如白水體系中積累的木素衍生物，反而會提高聚氧化乙烯的效能。因此，酚醛樹脂和黑液常用作聚氧化乙烯的增效劑。

　　但應注意的是聚氧化乙烯僅僅吸附在未被其它聚合物或其它物質如明礬覆蓋的纖維和細小纖維表面上，因此聚氧化乙烯單獨使用時，體系中若存在其它陽離子聚合物或明礬，效果反而不好。

　　無機吸附劑膨潤土也可用于清除體系中的陰離子雜質。如在膨潤土和陰離子聚丙烯酰胺結合使用的助留體系，其中改性的膨潤土就是一種吸附劑，它吸附白水體系中大量的有機和無機物質，并為陰離子聚丙烯酰胺提供活化點，使之通過某種形式的氫鍵結合完全地吸附在膨潤土表面，從而產生助留效能。因此膨潤土和陰離子聚丙烯酰胺也常用于提高高得率紙漿的留著和濾水。