廢涂布紙回用過(guò)程中膠黏物的分析和控制

黃 聰 周明華 李 德 封彥鵬 丁 麗

(民豐特種紙股份有限公司,浙江嘉興,314000)

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·廢涂布紙回用·

廢涂布紙回用過(guò)程中膠黏物的分析和控制

黃 聰 周明華 李 德 封彥鵬 丁 麗

(民豐特種紙股份有限公司,浙江嘉興,314000)

以真空鍍鋁原紙為原料制備廢涂布紙漿,通過(guò)SEM、紅外光譜、電荷需求量等表征手段,研究了大膠黏物、微膠黏物和DCS(溶解和膠體物質(zhì))的來(lái)源、形態(tài)、成分、陰離子垃圾貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明,丁苯膠乳是膠黏物的主要來(lái)源,大膠黏物包覆顏料形成大膠黏物混合物,碳酸鈣對(duì)微膠黏物吸附沉積,而DCS穩(wěn)定分散于白水中,具有最大的陰離子垃圾貢獻(xiàn)率。大膠黏物可通過(guò)紙張抄造脫離白水,而微膠黏物和DCS可通過(guò)添加0.2%用量的陽(yáng)離子聚乙烯亞胺進(jìn)行控制，具有較好的效果。

涂布紙；膠黏物；DCS；陰離子垃圾；聚乙烯亞胺

涂布類紙張的涂層中含有膠乳、顏料、分散劑等組分,在回用過(guò)程中,涂層分解形成一些固體和溶解性的膠黏物,分散在漿料、白水中,稱為白樹(shù)脂。這類膠黏物往往呈較強(qiáng)負(fù)電性,且具有很強(qiáng)的凝聚和沉積趨勢(shì)。實(shí)際生產(chǎn)中廢涂布紙漿或混合漿在流經(jīng)管道、紙機(jī)設(shè)備時(shí),因溫度、pH值及助劑添加等條件變化,漿料中的膠黏物容易失穩(wěn)、沉積,從而增加設(shè)備清洗頻率，導(dǎo)致紙病,影響生產(chǎn)效率[1- 4]。真空鍍鋁原紙是民豐特種紙股份有限公司生產(chǎn)加工的一類重要的涂布紙產(chǎn)品，基紙定量約為51 g/m2,涂布量約為14 g/m2,涂層中主要含有高嶺土、碳酸鈣、丁苯膠乳等成分。膠黏物問(wèn)題的研究和解決，同樣是實(shí)現(xiàn)真空鍍鋁原紙廢紙回用的關(guān)鍵所在。

要研究漿料中的膠黏物,對(duì)膠黏物含量的測(cè)定表征尤為重要。一般地,膠黏物根據(jù)其尺寸大小可分為大膠黏物(尺寸大于150 μm)、微膠黏物(尺寸小于150 μm的不溶物)以及溶解和膠體物質(zhì)(DCS)。大膠黏物由于尺寸較大,在紙張成形過(guò)程中脫離白水直接進(jìn)入紙張；而微膠黏物則對(duì)紙機(jī)直接產(chǎn)生膠黏物障礙[4]。DCS則在紙機(jī)條件變化時(shí),有可能轉(zhuǎn)化為微膠黏物,成為潛在的膠黏物危害。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

主要材料為民豐特種紙股份有限公司生產(chǎn)的真空鍍鋁原紙，作為實(shí)驗(yàn)用廢涂布紙材料。

（4）要注重平時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng)工作，保證相關(guān)設(shè)備不發(fā)生故障，尤其是要做好潤(rùn)滑和涂油工作，使得設(shè)備能夠高效工作，提高處理效率[2]。

主要試劑包括：次氯酸鈉溶液(有效氯約10%),濕強(qiáng)解離劑A(主要成分過(guò)硫酸鈉),玻纖濾紙(whatman GF/C,孔徑1.2 μm),質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的改良型陽(yáng)離子聚乙烯亞胺溶液(電荷需求量為5.28×104μmol/L)等。

由此可知,真空鍍鋁原紙?jiān)谑杞夥稚r(shí),機(jī)械剪切力僅將涂層切成的較大膠黏混合物,與纖維相分離,而其中的顏料(高嶺土、碳酸鈣)和膠乳并未分散釋放,依然相互黏結(jié)在一起,分散在整個(gè)漿料系統(tǒng)中。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 真空鍍鋁原紙的分散疏解

取10 g真空鍍鋁原紙,撕成尺寸1 cm×1 cm的碎紙片,加入150 mL蒸餾水,80℃下恒溫浸泡10 min。再加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至10左右,加入次氯酸鈉溶液,攪拌10 min后,加入濕強(qiáng)解離劑A,繼續(xù)攪拌10 min。然后用高速分散機(jī)以3000 r/min的轉(zhuǎn)速對(duì)其進(jìn)行分散疏解,得到廢涂布紙漿料。

添加濕強(qiáng)解離劑的目的,在于解除真空鍍鋁原紙內(nèi)PAE樹(shù)脂的濕增強(qiáng)效果,使紙張易于分散疏解。

以涂層中高嶺土、碳酸鈣和丁苯膠乳的含量為100%時(shí)，根據(jù)圖3所示的特征峰,對(duì)各成分中的高嶺土、碳酸鈣和丁苯膠乳進(jìn)行半定量分析,整理得到各成分的組成與含量如表2所示。

1.2.2 膠黏物的分析

采用Nicolet 6700紅外光譜儀,通過(guò)KBr壓片法對(duì)上述各成分的固體干燥物進(jìn)行紅外透射率掃描,掃描波長(zhǎng)4000～400 cm-1,掃描步進(jìn)每分鐘120 cm-1。采用Hitachi TM-1000掃描電子顯微鏡,分別對(duì)手抄片、截留物、濾液Ⅱ干燥物進(jìn)行掃描拍攝,觀察其表面形貌,加速電壓1.5 kV。Oxford能譜儀對(duì)顏料高嶺土、碳酸鈣以及廢紙漿中各成分進(jìn)行能譜分析,加速電壓1.5 kV,采集時(shí)間100 s,處理時(shí)間4 s。采用BTG公司的PCD- 04顆粒電荷測(cè)定儀,測(cè)定廢涂布紙漿、濾液I和濾液Ⅱ的電荷需求量。

馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“毫無(wú)疑問(wèn)，在理論上把現(xiàn)實(shí)中隨時(shí)都要遇到的矛盾撇開(kāi)不管并不困難?！盵1]616而這些在進(jìn)行理論抽象時(shí)所“撇開(kāi)不管”的“矛盾”，卻是人類在現(xiàn)實(shí)的歷史發(fā)展過(guò)程中，要一步一步地經(jīng)歷其形成、發(fā)展和解決的全部過(guò)程，因而這必然是一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。人類生活現(xiàn)實(shí)中社會(huì)發(fā)展取向的偏離，人與社會(huì)及自身的協(xié)調(diào)嚴(yán)重失衡，產(chǎn)生人類困境和生存危機(jī)，就是忽視個(gè)人之為個(gè)人的特殊性、具體性和獨(dú)立性，就是離開(kāi)個(gè)人的發(fā)展空談社會(huì)，實(shí)際上就是背離了馬克思的社會(huì)發(fā)展理論。

用刀片輕輕刮取真空鍍鋁原紙的涂布面,得到涂層粉末(即大膠黏物、微膠黏物和DCS的來(lái)源，即膠黏物混合物)。將廢涂布紙漿料稀釋至漿濃0.5%,以100目(孔徑約150 μm)篩網(wǎng)過(guò)濾,得到濾液Ⅰ(含有微膠黏物與DCS)。移取50 g濾液Ⅰ,再以孔徑1.2 μm的玻纖濾紙真空抽濾,分別得到濾紙截留物(含有微膠黏物)、濾液Ⅱ(含有DCS)。分別干燥涂層粉末、濾液Ⅰ、截留物、濾液Ⅱ,得到固體干燥物。

分散疏解后的廢涂布紙漿料,經(jīng)紙頁(yè)成型器抄成60 g/m2的手抄片,用于觀察大膠黏物的形態(tài)分布。

1.2.3 膠黏物含量的控制

在濾液Ⅰ中,添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的陽(yáng)離子聚乙烯亞胺溶液。其用量為0、0.05%、0.20%、1.00%(相對(duì)于絕干漿),混合均勻。稱取50 g該混合液,以孔徑1.2 μm的玻纖濾紙真空抽濾,得到濾紙截留物和濾液Ⅲ。電子天平精確稱取截留物,精確到0.0001 g。通過(guò)HACH 2100P濁度儀,測(cè)定濾液Ⅲ的濁度。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢涂布紙漿料中膠黏物的形態(tài)分析

2.1.1 大膠黏物的形態(tài)

分散疏解后的廢涂布紙漿料,經(jīng)紙頁(yè)成型器抄成60 g/m2的手抄片,通過(guò)掃描電子顯微鏡放大50倍觀察，發(fā)現(xiàn)尺寸在150 μm以上的大膠黏物呈現(xiàn)片狀，大量分散在手抄片中。對(duì)大膠黏物進(jìn)行能譜分析,元素組成見(jiàn)表1。由表1可知,其中的Al、Si元素的比例與高嶺土很接近,表明其來(lái)源于顏料高嶺土；而Ca元素則來(lái)源于碳酸鈣。

圖1 廢涂布紙漿手抄片SEM圖

為提高計(jì)算效率, 后續(xù)計(jì)算中選取中等密度網(wǎng)格. 圖3給出了中等密度計(jì)算網(wǎng)格全局視圖及噴口/凹腔附近的局部網(wǎng)格視圖.

表1 顏料和廢涂布紙漿料中各成分的元素含量 %

2.1.2 微膠黏物、DCS的形態(tài)

圖2 廢涂布紙漿中截留物的SEM圖

圖2示出了掃描電鏡下截留物干燥后的表面形貌,截留物主要由部分規(guī)則晶體和不規(guī)則粗糙顆粒所組成。結(jié)合表1中截留物的元素組成可知,其中的規(guī)則晶體主要為碳酸鈣和少量的高嶺土,來(lái)源于涂布紙涂層顏料和部分紙內(nèi)填料。而其中的部分形貌呈現(xiàn)不規(guī)則,主要是碳酸鈣填料等吸附膠乳物質(zhì)所致。苗顯慶等人[5]報(bào)道過(guò)沉淀碳酸鈣表面帶有微弱的陽(yáng)電荷,可以有效吸附這些陰電性膠黏物。尤其是沉淀碳酸鈣具有的偏三角面體結(jié)構(gòu),晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有較大的存儲(chǔ)空間,可以有效吸附并存儲(chǔ)細(xì)小的膠黏物,影響微膠黏物的沉積。

經(jīng)測(cè)定，濾液Ⅱ的濁度高達(dá)21.5 NTU,結(jié)合表1中濾液Ⅱ的元素組成可知,濾液Ⅱ中的DCS完全與高嶺土和碳酸鈣等顏料分離,均勻分散于漿料中。

因此,大膠黏物和微膠黏物都呈現(xiàn)陰電性,具有較高的陽(yáng)電荷需求量,構(gòu)成陰離子垃圾,勢(shì)必會(huì)消耗系統(tǒng)中的陽(yáng)性添加劑的電荷。

2.1.3 膠黏物的組成

圖3為廢涂布紙漿料中各成分的紅外光譜圖,分別表征了涂層粉末、濾液Ⅰ、截留物、濾液Ⅱ的干燥物中的官能團(tuán)。

由此推知,大膠黏物主要包覆著最多的顏料高嶺土和碳酸鈣,形成大膠黏物混合物，而微膠黏物也吸附于少量小粒徑的高嶺土和碳酸鈣；而濾液Ⅱ中含有的DCS則基本與高嶺土、碳酸鈣等顏料相分離,以膠體粒子的形式,均勻分散于漿料中。

圖3 廢涂布紙漿料中各成分的紅外光譜圖

圖4 廢涂布紙漿中各成分的電荷需求量

文獻(xiàn)表明，丁苯膠乳的特征峰[6]：2919 cm-1和2848 cm-1,歸屬于甲基、亞甲基的伸縮振動(dòng)。高嶺土的特征峰[7]：3697 cm-1,歸屬于表面—OH伸縮振動(dòng)；3616 cm-1,歸屬于硅氧四面體、鋁氧八面體—OH伸縮振動(dòng)；1100～1000 cm-1、800～400 cm-1,歸屬于伸縮振動(dòng)。碳酸鈣的特征峰[8]：1425 cm-1,歸屬于碳酸根反對(duì)稱伸縮；876 cm-1,歸屬于面外彎曲振動(dòng)。

本文采用Gerhards等(2008)提出的多通道探測(cè)方法，利用空氣波對(duì)反射波傳播時(shí)間進(jìn)行校正，模型如下：

一個(gè)課時(shí)很難完成所有教學(xué)任務(wù)，因此教師可在課前錄制微視頻（如攝像軟件的使用和spss軟件使用方法）來(lái)提高上課效率。另外，教師也可通過(guò)培訓(xùn)興趣小組，讓興趣小組成員在上課期間充當(dāng)每組的“小組長(zhǎng)”來(lái)幫助帶動(dòng)其他同學(xué)更快完成本節(jié)實(shí)驗(yàn)拓展課的教學(xué)任務(wù)。

由表2可知,廢涂布紙的涂層中含有較多的高嶺土、碳酸鈣以及較少的丁苯膠乳,濾液Ⅰ中丁苯膠乳稍有減少，高嶺土、碳酸鈣則大量減少；截留物還有少量的高嶺土、碳酸鈣和丁苯膠乳,而濾液Ⅱ依然含有丁苯膠乳,但幾乎不含高嶺土和碳酸鈣。

表2 廢涂布紙漿中各成分的組成與相對(duì)含量 %

(2)初步接觸設(shè)計(jì)工作。安排1位專業(yè)技術(shù)過(guò)硬的專冊(cè)作為導(dǎo)師，帶領(lǐng)參加至少1個(gè)項(xiàng)目的可研、初步設(shè)計(jì)工作，掌握本專業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)重點(diǎn)，同時(shí)了解主要站前專業(yè)及接口專業(yè)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2.1.4 廢涂布紙中膠黏物的陰離子貢獻(xiàn)率

分別測(cè)定廢涂布紙漿、濾液Ⅰ和濾液Ⅱ的電荷需求量,結(jié)果分別為-244 μmol/L、-176 μmol/L和-168 μmol/L(見(jiàn)圖4)。忽略無(wú)機(jī)填料的電荷因素影響,大膠黏物、微膠黏物和DCS的電荷需求量依次為-68 μmol/L、-8 μmol/L、-168 μmol/L。由此可知,漿料中的這3種膠黏物均能成為陰離子垃圾,而且貢獻(xiàn)的程度不一。本文給出一個(gè)陰離子垃圾貢獻(xiàn)率的定義為：某一成分電荷需求量占全部成分電荷需求量的百分比。據(jù)此定義,這3種膠黏物的陰離子垃圾貢獻(xiàn)率大小依次為：DCS(68.9%)>>大膠黏物(27.9%)>微膠黏物(3.2%)。

通過(guò)對(duì)吉林省應(yīng)用型院校大學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)工作進(jìn)行深入研究，尋求教育方法改革，創(chuàng)新培養(yǎng)模式，研究實(shí)施策略，真正實(shí)現(xiàn)“以素質(zhì)為本位、以能力為核心、以知識(shí)為基礎(chǔ)”的人才培養(yǎng)新思路，切實(shí)提高學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)。

而DCS以膠體粒子形式分散于水中,具有強(qiáng)陰電性,是廢涂布紙漿中陰離子垃圾的最主要來(lái)源。一方面,DCS粒子表面帶有較大的負(fù)電荷,吸附附近的相反電荷,形成擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu),使得DCS粒子之間同時(shí)存在著引力和斥力作用,從而促使DCS粒子能夠大量地穩(wěn)定分散于水介質(zhì)中。另一方面,膠體粒子還受布朗運(yùn)動(dòng)和電荷轉(zhuǎn)移等影響,一旦發(fā)生諸如溫度、pH值和表面電荷等變化,膠體粒子的穩(wěn)定狀態(tài)就會(huì)打破,從而發(fā)生凝聚,沉積到造紙網(wǎng)和毛毯表面,形成膠黏物障礙。

2.2 廢涂布紙漿中微膠黏物和DCS的控制

質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的陽(yáng)離子聚乙烯亞胺溶液的電荷需求量為5.28×104μmol/L。表3所示為陽(yáng)離子聚乙烯亞胺用量對(duì)微膠黏物和DCS含量的影響。從表3可見(jiàn)，當(dāng)陽(yáng)離子聚乙烯亞胺用量增加到0.2%時(shí),濾液Ⅲ的濁度由21.5 NTU下降到19.4 NTU,這表明漿料中游離的DCS大幅度減少；截留物質(zhì)量由0.0294 g下降到0.0127 g,下降幅度為56.8%,漿料中微膠黏物的含量也有大幅下降；當(dāng)陽(yáng)離子聚乙烯亞胺用量達(dá)到1.0%時(shí)，漿料出現(xiàn)絮聚現(xiàn)象。故陽(yáng)離子聚乙烯亞胺用量以0.2%為最佳用量。

表3 陽(yáng)離子聚乙烯亞胺用量對(duì)微膠黏物和DCS含量的影響

由此可知,在廢涂布紙漿中添加陽(yáng)離子聚乙烯亞胺對(duì)DCS的控制效果十分顯著,對(duì)微膠黏物的控制也較好。一方面,在漿料中添加陽(yáng)離子聚乙烯亞胺后,纖維表面陰電基團(tuán)先與陽(yáng)離子聚乙烯亞胺高分子長(zhǎng)鏈相連[9-11],然后吸附帶陰電性的DCS、微膠黏物,達(dá)到纖維對(duì)DCS和微膠黏物吸附的目的,經(jīng)過(guò)紙機(jī)的抄造,使DCS和微膠黏物脫離濕部進(jìn)入紙張,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)膠黏物的去除。另一方面,陽(yáng)離子聚乙烯亞胺的添加,與助留系統(tǒng)協(xié)同配合,可以提高留著率和保持良好的紙張勻度。另外,由于陽(yáng)離子聚乙烯亞胺帶強(qiáng)陽(yáng)電性,所以對(duì)漿料的電荷控制也有一定作用。

2.2.1 塊存儲(chǔ)。塊存儲(chǔ)分為傳統(tǒng)塊和彈性塊存儲(chǔ)。以成本低廉的彈性塊存儲(chǔ)為主，使用基于通用X86服務(wù)器的彈性塊存儲(chǔ)系統(tǒng)，為虛擬機(jī)系統(tǒng)提供共享存儲(chǔ)，并為用戶虛擬機(jī)提供可按需擴(kuò)展的容量型存儲(chǔ)空間塊級(jí)別存儲(chǔ)服務(wù)。使用少量FC SAN存儲(chǔ)作為集中存儲(chǔ)為應(yīng)用提供塊存儲(chǔ)服務(wù)，主要用于部署關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)及IO性能要求較高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

3 結(jié) 論

3.1 在真空鍍鋁原紙疏解分散形成的廢涂布紙漿中,丁苯膠乳是膠黏物的主要來(lái)源。廢涂布紙漿中原有的無(wú)機(jī)顏料和填料,與膠乳有吸附或包覆作用。其一,大膠黏物包覆大量的無(wú)機(jī)顏料成為大膠黏物混合物,在抄紙時(shí)能夠較好地留著于紙張中。其二,碳酸鈣等對(duì)微膠黏物有吸附作用,增加了微膠黏物的沉積,陰離子垃圾貢獻(xiàn)率較小。其三,DCS以膠體粒子的形式,穩(wěn)定分散于白水中,其陰離子垃圾貢獻(xiàn)率高達(dá)68.9%,是陰離子垃圾的最主要來(lái)源。

3.2 在廢涂布紙回用過(guò)程中,其中的大膠黏物可直接脫離白水進(jìn)入紙張得以去除,而微膠黏物和DCS可以通過(guò)添加陽(yáng)離子聚乙烯亞胺進(jìn)行去除。陽(yáng)離子聚乙烯亞胺起到了“架橋”作用,使微膠黏物和DCS被吸附連接到纖維上,從而有效降低了廢涂布紙漿料中陰離子垃圾的含量。在實(shí)際生產(chǎn)中,綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本以及過(guò)量使用可能導(dǎo)致的纖維絮聚作用,陽(yáng)離子聚乙烯亞胺用量達(dá)0.2%(對(duì)絕干紙漿)左右,即可對(duì)廢涂布紙漿中的微膠黏物和DCS的控制產(chǎn)生良好的效果。

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(責(zé)任編輯：常 青)

·消息·

芬蘭Kotkamills紙業(yè)公司的Flying Eagle紙廠已于2016年7月成功開(kāi)機(jī)

圖1 用戶和奔馬公司團(tuán)隊(duì)之間的良好合作(中間為Kotkamills紙業(yè)公司的首席執(zhí)行官M(fèi)arkkuH?m?l?inen先生)

芬蘭Kotkamills紙業(yè)公司的Flying Eagle紙廠將一臺(tái)5.4 m寬生產(chǎn)雜志紙的紙機(jī)改造成了紙板機(jī)BM2。奔馬瓦哈托造紙?jiān)O(shè)備有限公司(BellmerVaahto)是改造項(xiàng)目的主要供貨商。改造后的紙板機(jī)已按照計(jì)劃于2016年7月成功開(kāi)機(jī)。這臺(tái)紙板機(jī)為全球優(yōu)質(zhì)用戶提供高品質(zhì)的包裝紙板產(chǎn)品，包括各種定量等級(jí)的AEGLE牌折疊箱紙板和ISLA牌食品包裝紙板。

奔馬公司(Bellmer)在這個(gè)項(xiàng)目中的供貨設(shè)備分別在德國(guó)和芬蘭的生產(chǎn)基地制造。全新的串聯(lián)式雙靴壓壓榨部，TURBOPressTM，由奔馬公司位于德國(guó)Niefern的主要生產(chǎn)基地制造交貨。奔馬瓦哈托公司位于芬蘭Hollola的生產(chǎn)基地則負(fù)責(zé)全部三層網(wǎng)部，包括3臺(tái)TURBOVaahtoJetterTM流漿箱