用新型絮凝分析系統(tǒng)研究DCS對(duì)填料絮凝的影響

趙光磊 李 威 烏日娜 何北海

（華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州，510640）

以往的新聞紙生產(chǎn)中很少或不加填料，但隨著新聞紙定量的降低，越來(lái)越多的廠家開(kāi)始采用加填的方式來(lái)提高新聞紙的不透明度、白度和印刷適應(yīng)性。目前，新聞紙一般采用機(jī)械漿和脫墨漿抄造，機(jī)械漿和脫墨漿中含有大量的溶解和膠體物質(zhì)（DCS），DCS富集對(duì)填料絮凝有著十分重要的影響［1-3］。本研究利用基于透光脈動(dòng)原理研制的新型絮凝分析系統(tǒng)，分析了DCS含量對(duì)不同助留系統(tǒng)中滑石粉和沉淀碳酸鈣（PCC）絮凝的影響并對(duì)其絮凝機(jī)理進(jìn)行探討。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料及藥品

TMP漿料濾液，取自華南某新聞紙廠；滑石粉，400目，取自華南某新聞紙廠；PCC，平均粒徑3～5μm，取自華南某紙廠；去離子水，自制；陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM），相對(duì)分子質(zhì)量700萬(wàn)～900萬(wàn)，電荷密度1.2mmol/g，CI BA；聚氧化乙烯（PEO），相對(duì)分子質(zhì)量600萬(wàn)～800萬(wàn)，EQUIP technologies，加拿大；改性磺化酚醛樹(shù)脂（PFR），EQUIP technologies，加拿大；聚乙烯亞胺（PEI），相對(duì)分子質(zhì)量5萬(wàn)～7萬(wàn)，電荷密度5mmol/g，BASF；稀硫酸，0.1mol/L，自制。

1.2 儀器

絮凝分析系統(tǒng)，自制；pH計(jì)，sension100，HACH，美國(guó)；冷凍離心分離機(jī)，JOUAN MR23i，法國(guó)；精密電子分析天平，AB064，METT LER TELOED公司，瑞士。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備與絮凝指數(shù)的測(cè)量

新型絮凝分析系統(tǒng)（該分析系統(tǒng)的原理及開(kāi)發(fā)在“采用NILabVIEW平臺(tái)的新型絮凝分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)”中做了詳細(xì)的介紹［4］）用R值來(lái)表示絮團(tuán)的絮凝指數(shù)，即反應(yīng)絮團(tuán)的大小。

將滑石粉或PCC預(yù)先均勻分散到一定量的蒸餾水中，備用。打開(kāi)自制絮凝分析系統(tǒng)的電源，預(yù)熱30min，打開(kāi)循環(huán)系統(tǒng)，取一定量的去離子水連續(xù)加入到自制的絮凝分析系統(tǒng)中，進(jìn)行系統(tǒng)清洗，并排盡系統(tǒng)中的殘留水。取一定量已分散好的滑石粉或PCC，加入約1000mL的去離子水，并使滑石粉或PCC的質(zhì)量濃度為1％，即待測(cè)的滑石粉或PCC用量為10g。按絮凝條件的要求，用稀硫酸調(diào)節(jié)pH值（滑石粉分散體系pH值6.5，模擬酸性造紙條件；PCC分散體系pH值為7.2，模擬堿性造紙條件）后加入到自制絮凝分析系統(tǒng)中。打開(kāi)絮凝分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和顯示軟件，等待輸出R值穩(wěn)定后，加入不同的助留劑進(jìn)行測(cè)試，按記錄鍵進(jìn)行記錄，一般取200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)即可，記錄的數(shù)據(jù)自動(dòng)被保存到文件。

1.3.2 助留劑的用量及添加順序

在PEO/PFR系統(tǒng)中，先加入PFR（1.6mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2％），15s后加入PEO（2mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02％）；CPAM/PEI系統(tǒng)中，先加入PEI（3mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2％），30s后加入CPAM（3mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05％）；單組分PEO系統(tǒng)的PEO加入量2mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.02％；單組分CPAM系統(tǒng)的CPAM加入量2mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05％。

1.3.3 DCS含量測(cè)定

采用離心的方法去除TMP磨后洗漿水中的細(xì)小纖維和填料等得到含DCS的水樣，經(jīng)測(cè)定DCS的含量為3.67g/L。采用0、20％、40％、60％、80％來(lái)表示DCS含量的變化，如80％表示該體系中DCS含量為80％×3.67g/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 DCS含量對(duì)不同助留系統(tǒng)中滑石粉絮凝的影響

DCS含量對(duì)不同助留系統(tǒng)中滑石粉絮凝的影響如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)DCS含量為0時(shí)，PEO/PFR助留系統(tǒng)中滑石粉絮團(tuán)明顯大于與其他助留系統(tǒng)的，這是因?yàn)樵赑EO/PFR助留系統(tǒng)中，有“協(xié)同因子”（PFR）的輔助作用，有助于滑石粉產(chǎn)生良好的絮凝［4-7］；單組分助留系統(tǒng)PEO、CPAM及雙元助留系統(tǒng)CPAM/PEI對(duì)滑石粉的絮凝作用，隨著DCS含量增加整體上呈增強(qiáng)的趨勢(shì)。這是由于DCS在滑石粉絮凝過(guò)程中可能起到類(lèi)似于“協(xié)同因子”的作用，即呈負(fù)電性的DCS吸附于滑石粉表面，為滑石粉顆粒提供了與PEI、CPAM以及PEO等產(chǎn)生作用的“位點(diǎn)”，從而增強(qiáng)了對(duì)滑石粉的絮凝作用。

2.2 DCS含量對(duì)不同助留系統(tǒng)中PCC絮凝的影響

在DCS含量變化下，不同助留系統(tǒng)對(duì)PCC絮凝的影響見(jiàn)圖2。由圖2可知，當(dāng)DCS含量為0時(shí)，PEO/PFR系統(tǒng)中的絮團(tuán)大小明顯高于其他3種絮凝系統(tǒng)的，且隨著DCS含量的變化，PCC分散體系中絮團(tuán)大小變化較穩(wěn)定。單組分助留系統(tǒng)PEO、CPAM及雙元助留系統(tǒng)CPAM/PEI對(duì)PCC的絮凝作用，隨著DCS含量增加整體上呈增強(qiáng)的趨勢(shì)。

2.3 助留系統(tǒng)對(duì)填料絮凝影響的機(jī)理探討

本研究選擇了目前應(yīng)用較為普遍的雙元助留系統(tǒng)PEO/PFR、CPAM/PEI，采用自制的絮凝分析系統(tǒng)對(duì)整個(gè)絮凝過(guò)程進(jìn)行研究，并對(duì)相關(guān)絮凝機(jī)理進(jìn)行推測(cè)和探討。

2.3.1 CPAM/PEI助留系統(tǒng)對(duì)滑石粉絮凝的機(jī)理

上述研究表明，一定范圍內(nèi)，DCS含量的增加有助于CPAM/PEI助留系統(tǒng)提高滑石粉絮團(tuán)的大小，這可能是因?yàn)镈CS在滑石粉表面吸附樹(shù)脂以及DCS中陰離子垃圾使滑石粉表面性質(zhì)有較大的改變。滑石粉與PEI和CPAM發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出不同的絮凝作用。當(dāng)DCS含量為80％時(shí)，在滑石粉分散體系中先后加入PEI和CPAM后R值的變化見(jiàn)圖3。由圖3可知，在加入PEI后，滑石粉產(chǎn)生了一定程度的絮凝，而當(dāng)加入CPAM后，絮團(tuán)有了較大程度的增大。結(jié)合上述對(duì)滑石粉絮凝行為的分析，在DCS含量影響下，滑石粉絮凝機(jī)理推測(cè)見(jiàn)圖4。

2.3.2 PEO/PFR助留系統(tǒng)對(duì)PCC絮凝的機(jī)理

當(dāng)DCS含量為80％時(shí)，分別添加PFR和PEO后，PCC分散體系R值的變化見(jiàn)圖5。由圖5可知，加入“協(xié)同因子”（PFR）后，PCC分散體系的R值沒(méi)有發(fā)生改變；而當(dāng)加入PEO后，PCC分散體系產(chǎn)生了較大程度的絮聚，而且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，絮聚所產(chǎn)生的絮團(tuán)尺度變化曲線也在不斷地波動(dòng)。根據(jù)該助留系統(tǒng)絮凝過(guò)程中的表現(xiàn)，推測(cè)其絮凝機(jī)理如圖6所示。

3 結(jié)論

采用自主開(kāi)發(fā)的絮凝分析系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量反應(yīng)絮團(tuán)大小的R值，分析了DCS含量對(duì)不同助留系統(tǒng)中填料絮凝的影響及其絮凝機(jī)理。

3.1 一定程度上，DCS含量的增加可以提高陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）、聚氧化乙烯（PEO）及CPAM/PEI（聚乙烯亞胺）這3種助留系統(tǒng)對(duì)填料絮聚所產(chǎn)生絮團(tuán)的大??；由于PFR的“協(xié)同因子”作用，即使在DCS含量為0時(shí)，PEO/PFR（改性磺化酚醛樹(shù)脂）助留系統(tǒng)也會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的絮凝能力。

3.2 對(duì)于CPAM/PEI助留系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，滑石粉分散體系在加入PEI時(shí)會(huì)形成一定程度的絮聚，當(dāng)加入CPAM后可再形成較大尺度的絮團(tuán)；而對(duì)于PEO/PFR系統(tǒng)，“協(xié)同因子”P(pán)FR的加入對(duì)PCC不起絮凝作用，只有在PEO加入后PCC才會(huì)產(chǎn)生較大絮團(tuán)。

以上研究結(jié)果表明，新型絮凝分析系統(tǒng)對(duì)于研究助留系統(tǒng)對(duì)填料的絮凝行為及絮凝機(jī)理是一種有效的工具。

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