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瓜尔胶在造纸里的三个位置:助留、施胶、浆内增强

发布日期:2016-01-14 17:13:04

湿部助留助滤:留着率和滤水速度得一起看

速查结论:阳离子瓜尔胶在湿部管两件事,把细小纤维与填料留在纸页里,把水放出去。对绝干浆加量 0.05%–0.30%,折成吨浆 0.5–3 kg,加入点在冲浆泵之后、压力筛之前。做对了,首程留着率从 55%–65% 抬到 75%–85%,打浆度降 2–4 °SR,网部脱水时间缩短 15%–30%。

机理是两条腿走路。一条是高分子桥联:甘露糖主链配半乳糖支链,分子量 100 万–200 万,一条链能同时挂住几个颗粒,拉成絮团。另一条是电荷中和:纤维羧基与填料表面带负电,Zeta 电位常在 -20 至 -35 mV,阳离子基团贴上去把双电层压薄,颗粒才敢靠拢。缺一条都走不稳:非离子瓜尔胶有桥联、没吸附,大半随白水跑掉。

加量不是越多越好。0.05% 以下基本看不到留着率变化,0.10%–0.20% 增益较快,超过 0.30% 曲线走平而副作用显形:絮团过粗,匀度变差,压光后出云斑。加到 0.25% 还在追留着率,问题多半不在加量,在电荷没匹配上或阴离子垃圾太多。

纤维带负电,这就是必须做阳离子化的原因

天然瓜尔胶是非离子多糖,水里不带电,吸附到纤维上全靠氢键与范德华力。进清水勉强够用,进纸机白水就不够——钙镁离子、木素磺酸盐、施胶剂都在抢位置,非离子链段竞争不过。实测非离子瓜尔胶在纤维上的吸附率通常只有 20%–40%,其余随白水循环,既浪费又推高 COD。

阳离子化是在羟基上接季铵基团,工业上多用 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵醚化。接上后分子带正电,靠静电引力主动往带负电的纤维与填料表面走,同一加量下吸附率能提到 70%–90%。静电吸附是点吸附,链两端各挂一个颗粒,絮团松散、滤水好;非离子吸附平躺贴面,桥联弱。

取代度(DS)是选型的核心参数。湿部常用 DS 0.10–0.15,对应电荷密度约 0.6–0.9 meq/g;表面施胶与高加填体系用 DS 0.15–0.30,约 0.9–1.8 meq/g。DS 再往上,成本抬得快,对滤水边际贡献很小,还会因电荷过正与纤维排斥,出现"加了反而留着率下降"的反常现象。从吸附率看,DS 0.10 约 70%,DS 0.20 到 85% 上下,再往上趋于平缓。加到多少,要看白水滤液的阳离子需求量(PVSK 胶体滴定,mmol/L),不要照抄同行的 0.15%。

表面施胶:浓度、施胶量、印刷适性串在一条链上

湿部管留着与滤水,表面施胶管表面强度与印刷适性,胶液涂在已成形的纸幅上。胶液浓度通常 2%–5%,温度 40–50 ℃;低于 35 ℃ 容易凝胶结块,高于 60 ℃ 长时间保温会降解、粘度往下掉。

施胶量按绝干计 0.3%–1.2%,单面取下限,双面或高印刷要求取上限。低于 0.3% 胶膜不连续,表面强度提升有限;超过 1.2% 胶液向纸内渗透变浅,表面发亮发脆,压光时粘辊。效果落在三个指标上:表面强度,IGT 拉毛速度提升 20%–50%,胶版印刷掉毛掉粉明显减少;Cobb 值下降,尺寸稳定性改善;油墨吸收性变化,光泽度上去,但压得太狠会引起背面蹭脏。

实际配方很少单用。常见做法是用 10%–30% 的阳离子瓜尔胶替代氧化淀粉:淀粉便宜、成膜好,但保水差,高车速下胶液向纸内迁移快;瓜尔胶保水强、粘度稳定,少量掺入能把胶液抓在表面,减少两面差。全用瓜尔胶不经济,除非卷烟纸这类特种品种。

失效边界也在这里:施胶液循环使用时,未溶胀颗粒在辊面与计量棒上结垢,形成周期性条痕,一卷纸废掉几十米。所以表面施胶对水不溶物比湿部敏感,一般要求 1% 以下,上机前过 100 目筛。

浆内增强靠氢键,和阳离子淀粉的分工不一样

瓜尔胶加进浆里,除了助留还顺带提升干强度,机理是氢键。半乳甘露聚糖每个糖单元有两三个游离羟基,与纤维素表面羟基距离够近时成键,相当于在纤维交叉点焊了一层。结合面积变大,抗张指数通常提升 8%–15%,耐折度提升更明显,撕裂指数基本不变或略降。

撕裂指数略降是个信号:结合点变多、纤维拔出变难,纸页变脆。对需要高撕裂度的品种,比如伸性纸袋纸、电缆纸,加量要克制,宁可调长纤维浆配比来解决。

分工可以说得很直白:阳离子淀粉加量大、单价低,一天几十到上百公斤,主贡献是干强度与部分助留;阳离子瓜尔胶加量小、单价高,一天几公斤,主贡献是助留助滤与表面性能,增强是副产品。常见错法是把瓜尔胶当淀粉用,按 1% 往上加——那时絮团已粗到影响匀度。正确做法是淀粉保持原量或略降,瓜尔胶按 0.05%–0.15% 补进去,补上留着率的缺口。

瓜尔胶、阳离子淀粉、CPAM,三方的边界在哪

三种助剂常被拿来比价,其实解决的不是同一个问题,横比之前先说清比什么。成本:阳离子淀粉 3000–5000 元/吨、加量 1%–2%,吨纸 30–100 元;阳离子瓜尔胶 15000–25000 元/吨、加量 0.05%–0.30%,吨纸 8–75 元;CPAM 12000–20000 元/吨、加量 0.02%–0.05%,吨纸 2–10 元。单看吨纸成本 CPAM 便宜,另两者在同一量级。

功能。瓜尔胶在三者中增稠贡献较高,1% 溶液粘度 3000–6000 mPa·s,能明显改变纸料流变;淀粉增稠温和,主要进纸页;CPAM 几乎不增稠,加量太小。对滤水的作用:瓜尔胶靠电荷中和加桥联,作用直接;淀粉改善有限,高加量时因有机物负荷上升反而可能变差;CPAM 单用时絮团细密,滤水改善不如瓜尔胶,要配硅溶胶或膨润土微粒才发挥得出来。

替代边界。只缺留着、不缺强度与表面性能,CPAM 加微粒体系更经济;缺干强度且成本敏感,用阳离子淀粉;同时缺留着、滤水和表面施胶性能,或者纸机车速高、湿部脱水吃紧,瓜尔胶的一剂多能才划算。

糊网、泡沫、留着率波动:湿部故障怎么排

瓜尔胶用得好是助剂,用不好是故障源,成因往往不在产品本身。

糊网与糊毛布。来源之一是鱼眼:粉团外层已水化形成胶膜,内部还是干粉,搅拌多久也化不开,粘在网面形成胶斑。改法是粉料用文丘里或撒粉装置分散加入,不要整袋倾倒,母液过 80–100 目筛。来源之二是电荷过量:絮团带正电后粘附在带负电的网上,高压水针要提到 1.5–2.5 MPa 才冲得掉,长期下来网子寿命缩短。

泡沫。瓜尔胶粉含 3%–5% 蛋白,溶解时起泡,白水循环后泡沫在浆池表面堆积,流送不稳、泵抽空。先查消泡剂是否够,通常 0.1–0.3 kg/t 浆;再查是不是用了蛋白残留偏高的粗制粉。

留着率波动。先看计量泵有无脉冲,再看稀释水硬度——硬度突然升高,阳离子助剂会被钙镁消耗一部分。还要看 pH:瓜尔胶在 pH 6–8 吸附稳定,掉到 5 以下纤维羧基解离度下降,阴离子位点消失,留着率跟着掉。用硫酸铝调 pH 的,把铝盐与瓜尔胶的加入点拉开。断纸多因絮团过粗造成浆层厚薄不均,压榨时应力集中,多发在复合辊之后。

卷烟纸和烟草薄片,要求偏在哪

特种纸对瓜尔胶的要求与文化纸不是一回事,这里只点差异。卷烟纸的关键是透气度与燃烧性能:加填量高,碳酸钙常在 25%–35%,助留压力大,但助留不能把纸面微孔堵死,否则透气度掉下来,烟支燃烧速度就变了。选型上偏向较低分子量、较高电荷密度的阳离子型号,靠电荷中和而不是靠大絮团,加量上限比文化纸低。水不溶物与灰分也要严,杂质会在纸面形成灰斑。

烟草薄片即造纸法再造烟叶,瓜尔胶更多作粘结与保水组分,影响基片强度和涂布液流变,进而影响燃烧速率与灰分,粘度批间波动要控在 ±10% 以内。两类纸的共同点是对杂质与指标漂移敏感,价格敏感度反而低。

采购验收:四项指标怎么验,验到什么程度算过

规格书写得含糊,验收就没依据。造纸用途盯四项够用。其一,取代度与电荷密度。取代度靠元素分析测含氮量折算,或送第三方做核磁;电荷密度用 PVSK 胶体滴定,单位 meq/g。两项要对得上——按 DS 0.12 折算应在 0.7 meq/g 附近,偏差超过 ±0.15 就要问工艺。批间 DS 波动控制在 ±0.02 以内。

其二,水不溶物。配 1% 溶液充分溶胀,过恒重筛网或离心分离后烘干称重。湿部用 ≤2% 可接受,表面施胶用 ≤1%。这一项和透光率是一体两面,做不了离心就测透光,条件为 1% 溶液、550 nm、1 cm 比色皿。

其三,粘度及测试条件。报告只写"粘度 5000"没有意义,必须带浓度、温度、转子转速、水化时间。通行写法是 1% 溶液、25 ℃、Brookfield 转子、水化 2 小时。同一批粉换个转速能差 30%,跨厂家比粘度先统一条件。

其四,细度。写目数加通过率,例如 120 目通过率 ≥95%。细度影响溶解速度:粗颗粒溶得慢、易结鱼眼,过细则投料扬尘大、易抱团。湿部用 100–150 目较常见,表面施胶用 150–200 目;技术协议里再加水分(≤12%)、灰分、pH(6–8)与溶解时间(2% 溶液 30 分钟内无鱼眼)。

相关阅读:瓜尔胶用于浆内增强及助留助滤,以及工业级瓜尔胶选型参数与工业级瓜尔胶用途。

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造纸湿部与表面施胶常见问题

湿部助留的用量区间?

A:常规 0.05%~0.30%(对绝干浆),按浆料中阴离子垃圾量上下调整。

表面施胶加多少?

A:常规 0.3%~1.2%,按施胶辊压与目标吸水性指标确定。

电荷密度是否越高越好?

A:不是。要与浆料中的阴离子垃圾量匹配,过量会絮凝过度、纸页匀度变差。

和淀粉比怎么选?

A:用量低、增稠贡献大,成本高于淀粉,多用在电荷需求高或要求低添加量的工段。

以上为工业级通用说明,具体参数以实际供货指标表与每批次质检报告为准。需要按工况核算用量或索取检测报告,请联系工厂技术部:13280657534(王伟)。
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