卫生纸机湿部化学&化学品.ppt

*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,卫生纸机湿部化学&化学品,湿部化学介绍,湿部化学是一个术语，业界用以描述造纸原辅料复杂的化学和物理特性以及相互作用,/,影响。,湿部化学研究中相当重要的内容是研究各种化学助剂与浆料各组分之间的作用及其对纸机运转性能和产品质量的影响。,在湿部化学中，比表面积、润胀行为、离子吸附能力是几个重要的特性,原 辅 料,化学品添加剂,浆料,水,结构,分子量,反应性,电荷,纸浆类型,羧基基团,纤维长度,细小纤维含量,pH,碱度,可溶性无机物,可溶性有机物,头箱,浓度,细小纤维含量,电位,原辅料间的相互作用、影响决定了头箱处的化学,/,物理条件，从而直接影响网部脱水,/,成形，扬克烘缸上的涂层，浆料,/,化学品成本，能耗和最后的成纸质量,浆料,所有的造纸浆料可通过尺寸大小分成,纤维,和,细小纤维,组分。,在业界，把浆料组分中能通过,200,目,(,相当于直径,76um,的小孔,),筛的部分，定义为细小纤维。,纤维表面电荷及来源,纸浆纤维表面电荷影响纤维对各种化学添加剂的吸附作用，并由此影响各种添加剂的使用效果。纤维表面电荷特性是纤维很重要的湿部化学性质之一。,纤维和细小纤维表面带有微弱的负电荷,，主要来源于其酸性基团的电离。,这些酸性基团主要是羧基,(COOH),同时还含有木素磺酸基、木素酚羟基等等。,纤维表面电荷及来源,羧基为弱酸基团，在水中可部分电离，其电离式如下,:,Cell-COOH,H,+,+Cell-COO,-,羧基的电离平衡受系统,pH,值的影响，提高,pH,值，羧基的电离平衡向右移动，从而,Cell-COO,-,含量增加，纤维表面负电性增强。,酸性抄纸的,pH,值一般为,4.56.5,，,中性或碱性抄纸,pH,值一般为,79,。因此不同的抄纸系统由于纤维上羧基电离程度差异很大，纤维所带负电荷量的差异也很明显。,这些离子化的羧基基团、磺酸基团与阳性的金属离子、阳离子化学品的阳性基团进行离子吸附反应。,浆料组分的比表面积测量,(70%,阔叶木与,30%,针叶木混合浆,),浆料组分,BET-N,2,(,经溶剂抽提,),纤维,细小纤维,Hydrodynamic(,流体力学,),混合浆，,410CSF,纤维,细小纤维,(16.5%),比表面积,(m,2,/g),9.9,46.8,2.1,1.2,8.0,细小纤维的比表面积是纤维比表面积的,58,倍,细小纤维比表面积,&,对湿部助剂的吸附,由于比表面积强烈影响到对助剂的吸附，而助剂只有被吸附才能起作用，所以细小纤维在湿部的留着是各种助剂充分发挥其作用的重要一环。,阳离子湿强剂的吸附,浆料组分,混合浆,(26.8%,细纤,),纤维,细纤,氮基浓度,(ppm),2623,1236,6420,细小纤维的管理,/,控制,使用纤维回收等装备，将细纤从纸机系统中移除,或者,选用合适的助留剂，提高细纤在纸中的保留,研究湿部化学的任务,湿部化学的任务是近可能地提高浆料和功能性化学品的效率，同时维持合适的纸机清洁度、车速和能耗等。,几个重要的考虑因素：,功能性化学品在纤维和细纤上的吸附,功能性化学品的保留 和 细纤的保留,纤维和细纤的凝聚,/,絮聚,化学品间的反应,.,湿部化学监控方法,&,工具,首程留着率,(First Pass Retention,）,首程细纤留着率,(First Pass Fines Retention),湿部电荷,-,阳电荷需求量，阴电荷需求量,(PCD),-Zeta,电位,残余氯含量、,pH,、导电率、水硬度、温度,湿部化学监控方法,&,工具,FPR=,头箱浓度,集水盘白水浓度,*,100,头箱浓度,FPFR=,头箱浓度*细纤含量,集水盘白水浓度*细纤含量,*100,头箱浓度*细纤含量,湿部化学监控方法,&,工具,湿部电荷的测定可被使用于,解决湿端化学所导致的问题,由良好或不佳的湿端环境来预测纸机运转性的情况,优化化学品的添加点,监测化学品处理的效果及优化添加量,其需要下述条件,要了解所测定的内容是什么,趋势分析及历史纪录,其它的测定方法及资料,。,例如,：,pH,值及纸机其它的操作条件,取样点：头箱,单位:ueq/L,总电荷,细纤电荷+溶解电荷,纤维电荷,PM8,-2,-18,16,PM7,-114,-80,-34,PM3,-65,-60,-5,湿部化学品,湿部化学品分类,功能性化学品,湿强剂,干强剂,柔软剂,染料,制程化学品,消泡剂,树脂控制剂,杀菌剂,助留助滤剂,湿部化学品,的添加原則,所有的添加物添加前最好能加以稀释,所有的添加物在加后能够有良好的混合,不同电荷的物质必须分别使用混合器（如泵、浆槽、具有弯头的管线等）,电荷密度较弱的阳性添加物应优先加入,添加物在加入系统前最好经过滤处理,聚合的,水溶性的,阳性的,可反应的,为热固性,商用湿强树脂都是水溶性的、阳离子聚合物。这些聚合物是,热固性的,，,依赖热量来产生交联,。这个交联作用提供了纸页的湿强性能。,所有湿强树脂的特征,湿 强 剂,pH,UF,MF,GPAM,Polyamide-epi,Polyamine-epi,Polyamide-epi-epoxide,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0,湿强树脂的有效应用,pH,范围,（下机后湿强度）,占完全湿强度的,百分比,持久性湿强剂,vs.,暂时性湿强剂,持久性,阳性的,水溶性的,共价键,自我交联,热固性的,暂时性,阳性的,水溶性的,共价键,可逆的,优化湿强剂的效能,湿强剂与阴离子促进剂的配合使用,(,如,CMC,APAM),湿强剂,/CMC,系统的添加次序建议,配制,12%,稀释液,在添加点处用清水进一步稀释至,0.5%,湿强剂加于浓浆,CMC,在湿强剂后加于稀浆,化学平衡是关键,典型用量：,0.30.4,份,CMC,对,1,份湿强剂（以绝干计）,湿强剂的添加容易在系统中产生泡沫,影响泡沫产生的因素,湿强剂和细纤的较差保留,过量添加,系统电荷失衡,添加点,湿强剂对于泡沫产生的影响,干 强 剂,淀粉,(,天然聚合物,),合成类聚合物,淀粉作为干强剂被普遍使用，但同时正被合成类干强剂取代，有以下几个原因：,节约成本,延长毛毯使用寿命,降低,BOD/COD,含量,降低微生物处理成本,改善滤水,改善纸机清洁度,干强剂,需要电荷以便保留到纸上,增加纤维间结合键数量,构建更强的纤维间结合键,干强剂技术,干强剂产品,两性的,阳离子的,需要纤维带负电荷,.,也可与阴离子产品协同使用,阴离子的,与阳离子产品共同使用,干强剂技术,干强剂产品,两性,氢键和离子键结合,阳离子,阴离子,GPAM,氢键、离子键结合,+,共价键结合,PVAM,氢键、离子键结合,+,共价键结合,Synthetic PAM,氢键和离子键结合,CMC,氢键和离子键结合,Polyamide,氢键和离子键结合,解键剂,/,柔软剂,/,乳霜产品,纸厂为使用低价的浆料，或进一步提升现有纸品品质，所以这些产品的使用正日益增多。,这些产品可用于：,湿部,喷淋毛毯上的湿纸匹,与剥贴缸剂一起喷涂于扬克烘缸上,后加工,沉积物控制剂 产品系列,有机沉积物控制,无机物结垢控制,辊面和网毯处理,表面清洗,网毯清洗,消 泡 剂,类型,水基型,浓缩型,乳液型,(,水延展型,),油基型,消泡剂 产品选择,通常原则：,水基，浓缩型，或是油基？,系统温度范围？,沉积倾向？,单位成本？,系统封闭程度？,需要除气 或是 消除表面泡沫？,使用专用仪器进行产品性能测试、筛选,微生物控制剂,(,杀菌剂,),微生物导致的问题,生产,断纸、非计划停机、清洗,品质的降低,因为菌泥所产生的斑点、破孔、味道等。,微生物的腐蚀,会对设备产生损害，就连不锈钢材质亦不能避免,添加物的用量增加,因为微生物会在任何位置生长，并且会造成管道堵塞、产生味道等问题，会降低添加物的效果，或导致纸机上更多微生物的生长：涂料、损纸、填料、保留助剂及淀粉中。,产生有害的气体,H,2、,H,2,S、,产生沼气，可能会引起爆炸。,不良产品,回抄品多，导致成本的增加。,造纸厂,微生物,的种类,细菌（单细胞细菌、丝状细菌）,外形有圆形、杆状、螺旋状、链状、束装；环境不良时会形成孢子以抵抗高温，强酸，染料等，孢子可存在很长时间，但当环境适合又开始繁殖。,真菌,(,霉菌,酵母菌,),单细胞真菌（酵母菌），体积比细菌大,525,倍。喜生长于酸性条件，以芽孢方式无性繁殖。,无脊椎动物（线虫类、轮虫）,出现于清水，废浆料，污泥及使用废纸原料的纸厂，如果发现有无脊椎动物，原生动物，显示清水可能被污染。,藻类（丝状菌，,矽藻,类）,只存在于清水，非常普遍存在于碱性抄纸系统（清水若无有效的处理），喜在中碱性抄纸系统生长，沉积物有各种色泽，沉积物具有胡须状外观。,原生,动物,归类为动物，体积大,(100-1000 microns),，大多数能移动，细胞内部结果复杂。,造纸厂微生物来源,清水,回收纤维,辅料,损纸,白水,商品浆,影响微生物生长的因素,水,水提供微生物成长的环境，因为水为运送营养物的介质、水控制微生物生长的环境，例如温度。水会带着控制微生物生长的药品到达微生物生长的地方。,食物,由水所带来的食物可使微生物成长，因此在水中添加的任何物质均会对微生物生长产生影响。例如淀粉的添加会使微生物迅速的生长。,溫度,温度是控制微生物成长的一项重要的因素。当纸机温度改变时对微生物的生长影响是相当大，微生物控制在,3045,最适合成长，因此在此温度范围纸机会产生菌泥的机会也会增加。,pH,值,系统中的酸度及碱度影响微生物的生长相当大，大部分的真菌喜欢生长在酸性环境中，大部分细菌则喜欢生长在中性环境下。,氧,气,大部分的微生物为好氧性，但厌氧菌则无法在高氧气含量的环境下生长，一般而言纸机系统是充满氧气，但氧气并不存在浆槽中搅拌效果不是很好的区域，在此区域中厌氧菌就会较活跃，厌氧菌一般会产生味道，因此浆槽中不良搅拌区域或纸张产品中有时有味道的存在，有些厌氧菌会对纸机设备产生腐蚀问题及不好的气体的发生。诸如：沼气、硫化氢及氢气，有时会造成人员中毒及爆炸情况。,造纸厂需要控制的微生物,细 菌,-单细胞微生物,真 菌,-单细胞,(酵母,菌,)或多,细胞,(霉,菌,),微生物,.,真菌细胞比细菌大和结构更复杂,.,在生产实际上的控制对象,附着在表面生活的微生物：,腐浆,浮游的微生物,变质,杀菌剂的分类,各供应商自己专有的或共有的各种（有机型）,殺菌剂,Quat,DGH,Isothiazolin,DBNPA,Peracetic acid,Carbamates,Benzothiazole,Glutaraldehyde,Methylenebisthiocyanate(MBT),氧,化,型,殺菌剂,（普通的和专利性的）,NaOCL,HOBr,BCMDH,AmBr,腐,漿,的形成过程,纸机上所主要关心的是腐,漿,的控制,Stage 1:,Conditioning,Layer,Stage 2:,Bacterial,Attachment,Stage 3:,Biofilm,Formation,Stage 4:,Biofilm,Maturation,Stage 5:,Detachment,厌氧部分,脱落,杀菌剂的作用模式,能渗透,（,穿透,）,進沉积物(,deposits),里面,能溶解细胞膜,造成细胞破裂,通常為阳离子性,因具有能渗透進入沉积物的能力,常與其他殺菌剂成分混合使用,作用時間,较快：,表面反应型殺菌剂通常需要30分钟至一個小時,通常,应,用,于,白水,系统,稀浆,表面反应型,杀菌剂的作用模式,和细胞壁的組成份作用或產生交,联,反,应,抑制代謝產物(,metabolites),传輸進入或排出细胞,体,.,原理：,使细胞窒息,表面交联型的殺菌剂成分通常作用比表面反,应,型,还,稍快,通常,应,用,于,於白水,系统,稀浆,表面交,联,型,杀菌剂的作用模式,会干扰,制,造能量之呼吸作用所必須的酶(,enzymes),這些酶通常位於细胞膜內面,這些成分通常需要進入细胞內才能開始作用,。,通常需要一個小時或更久的時間來作用,這些成分也叫做代謝毒药(,Metabolic Poisons),通常,应,用,于,浓浆,損纸,酶,抑制型,杀菌剂的作用模式,会干扰细胞分裂/繁殖所需的酶,一般僅用這種机制的殺菌剂,通常被称為防腐剂(,preservative),必須進到细胞內才可作用,需要数個钟头的時間作用,通常用於損纸,添加剂或塗料,繁殖抑制型,系统,微生物,最常用监,測方法,Petrifilm,用,3M,培养,基,试,片來定菌落數,Biotrace,用,试剂,萃取微生物中腺票呤核甘三磷酸,（,ATP),來定,菌体,活性,微生物其它监控手段,检查,纸机,TTC,小瓶试验,显微镜检查,毒性研究/杀菌力研究,微生物图片,细菌 丝状菌,酵母菌 霉菌孢子,