由于長(zhǎng)纖維原料短缺,人們正從各個(gè)方面努力地去發(fā)展新的纖維資源,使用廢紙、枝椏材、闊葉木、機(jī)木及其它廉價(jià)的草類纖維制成紙漿替代針葉木漿生產(chǎn)高級(jí)紙。因此,非木材植物纖維將毫無(wú)疑問(wèn)地在全球的漿與造紙工業(yè)擔(dān)任越來(lái)越重要的角色。事實(shí)證明:只要正確地選擇非木材植物纖維原料的配比及制漿工藝,大多數(shù)等級(jí)的紙或紙板均可生產(chǎn)出來(lái),如果環(huán)境允許,所有等級(jí)的紙張都可以在不加任何木漿的情況下抄造出來(lái)。然而,在大多數(shù)情況下,非木材植物纖維原料仍需要與少量的木漿配合使用。主要是因?yàn)槭褂梅悄静睦w維原料會(huì)給抄紙帶來(lái)如下的問(wèn)題:

　　(1)濕紙頁(yè)易被壓潰,易粘輥易斷頭。

　　(2)纖維短、雜細(xì)胞多、濾水困難。(3)抄造紙張撕裂度低。這些均不利于造紙,而在紙機(jī)濕部添加助劑因能明顯地改善上述問(wèn)題,而成為近幾年來(lái)廣為世界所關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。隨著國(guó)內(nèi)外化學(xué)助劑的不斷開(kāi)發(fā),造紙行業(yè)應(yīng)用助劑面越來(lái)越廣。各類漿內(nèi)施膠劑、干濕增強(qiáng)劑、助留助濾劑、消泡劑、樹(shù)脂控制劑、纖維分散劑以及廢紙脫墨劑廣泛應(yīng)用于紙張抄造中。這些助劑的應(yīng)用改善了紙頁(yè)抄造條件,減少漿耗和能源負(fù)荷,并改善了紙頁(yè)的物理性能,適應(yīng)了當(dāng)今紙機(jī)高速化、紙張輕定量化、品種用途多樣化和紙機(jī)用水封閉循環(huán)化的各種要求。添加各種聚合物使紙?jiān)鰪?qiáng)尤其是當(dāng)今造紙的一大熱點(diǎn)。

　　早期主要是淀粉、植物膠等天然產(chǎn)品,后發(fā)展為淀粉衍生物、羧甲基纖維素等半合成產(chǎn)品。隨著高聚物引入造紙工業(yè),聚丙烯酰胺以及以其為基礎(chǔ)的一系列單雙組分系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這些產(chǎn)品大多經(jīng)胺甲基化或季胺鹽化改性,具有強(qiáng)陽(yáng)電荷能更好地為纖維吸附。近年來(lái),助留助濾成為造紙工業(yè)共同關(guān)心的問(wèn)題,淀粉類、聚丙烯酰胺類除具有增強(qiáng)效果外,還可加速紙料濾水,使其易干燥,并可增加細(xì)小纖維和填料的留著,促進(jìn)施膠,減少白水污染等一系列問(wèn)題。目前經(jīng)常使用的助劑有陽(yáng)離子淀粉和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。

　　1　淀粉系列

　　淀粉是一種復(fù)雜有價(jià)值的原料。造紙工業(yè)上應(yīng)用的淀粉主要為改性淀粉,常用的有:氧化淀粉、陽(yáng)離子淀粉、陰離子淀粉、磷酸酯淀粉和雙醛淀粉等。應(yīng)用于四個(gè)方面:濕部添加、層間噴淋、表面施膠和涂料涂布。濕部應(yīng)用是它在造紙過(guò)程中應(yīng)用的一個(gè)重要部分。就濕部添加劑而論,使用淀粉衍生物將使其污染減至最小。

　　淀粉衍生物有以下特點(diǎn):①本身留著好并且還能增加填料和細(xì)小纖維的留著率;②由于起著沉淀劑的作用而不干擾污水的一次澄清;③無(wú)毒;④能高度地生物降解。淀粉的離子衍生物廣泛地用于涉及強(qiáng)度、留著率及濾水的應(yīng)用,這里討論幾種常用的類型:

　　1 1 陽(yáng)離子淀粉陽(yáng)離子淀粉已應(yīng)用于很多紙張品種中,大部分是加填的白紙,是由于對(duì)強(qiáng)度、留著率及濾水的效應(yīng)。這些產(chǎn)品具有高分散性(由于帶電取代基的斥力效應(yīng))及高留著率(高效率及污染小)的好處。陽(yáng)離子淀粉雖然價(jià)格高但較之未變性淀粉的更高留著率因此具有經(jīng)濟(jì)效益。此外,降低紙機(jī)廢水中細(xì)小纖維及填料的含量,其經(jīng)濟(jì)效益強(qiáng)烈地刺激了這種產(chǎn)品的應(yīng)用。陽(yáng)離子淀粉也應(yīng)用于其它方面。對(duì)于堿性施膠劑,ＡＫＤ和ＡＳＡ與陽(yáng)離子淀粉一起使用,起助留劑及乳液穩(wěn)定劑的作用,Ｓｐｅａｋｍａｎ建議使用陽(yáng)離子淀粉代替天然未變性淀粉或陰離子淀粉的粒子以改進(jìn)在濕部添加的留著率。其它用途包括通常所說(shuō)的雙組份系統(tǒng),例如陽(yáng)離子淀粉及水解的聚丙烯酰胺,可以獲得比在使用單一聚合物可能達(dá)到的更高留著率水平。順序地添加電荷相反的高分子電解質(zhì)到含有填料的漿料中生成絮凝物,對(duì)這種絮凝物Ｂｒｉｔｔ稱之謂“硬絮凝物”,因?yàn)樗鼈冊(cè)诟呒羟邢戮哂袃?yōu)良的抗反絮凝作用。

　　與其它濕部添加的高分子相比,陽(yáng)離子淀粉的一個(gè)顯著特點(diǎn)是在紙漿中的高用量。這是由兩方面原因造成的,一方面是陽(yáng)離子淀粉的添加量高,通常為1%～2%;另一方面陽(yáng)離子淀粉的保留率并不是100%,尤其在含雜質(zhì)較多的紙漿中,在濕部循環(huán)累積,其中很多淀粉的正電荷已被紙漿中的高活性“雜陰離子”所中和,保留更加困難。但用量過(guò)多會(huì)造成逐步積累直至過(guò)剩的陽(yáng)離子造成系統(tǒng)電荷反轉(zhuǎn),將帶來(lái)不利的影響。

1 1 1　陽(yáng)離子淀粉對(duì)造紙生產(chǎn)的影響

　　(1)對(duì)紙漿濾水和脫水的影響陽(yáng)離子淀粉的助濾作用與增強(qiáng)作用有很大的不同,增強(qiáng)作用隨淀粉在紙漿中用量的增加而增加,但助濾作用只有在低用量下才會(huì)發(fā)生,在高用量下淀粉反而會(huì)阻礙濾水。在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)陽(yáng)離子淀粉達(dá)到最佳的增強(qiáng)效果時(shí),其用量往往早已超出助濾的范圍,并可能會(huì)造成陽(yáng)離子體系,使紙機(jī)操作困難,填料留著率下降,效果反而降低。陽(yáng)離子淀粉在高用量下還會(huì)增加紙漿的保水值,因而對(duì)脫水也有不良影響。此作用對(duì)于紙板生產(chǎn)非常重要,因?yàn)榧埌遢^厚,紙機(jī)車速大都受到干燥能力的限制,紙漿的結(jié)合水增加,勢(shì)必會(huì)降低干燥部的干燥效率。另外,紙漿保水值過(guò)高對(duì)層間結(jié)合也有不利的影響。

　　(2)對(duì)造紙操作的影響陽(yáng)離子淀粉在造紙網(wǎng)部流失,然后隨著白水回用在造紙系統(tǒng)中。因系統(tǒng)陽(yáng)離子性增強(qiáng),電荷反轉(zhuǎn),尤其在中、堿性抄紙中離子電荷的平衡敏感度較大,會(huì)造成濕部失控,紙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不良。

　　(3)對(duì)造紙污水BOD和COD的影響造紙污水主要是紙機(jī)白水,殘留在其中的淀粉會(huì)成為BOD和COD的主要來(lái)源,使污水處理的負(fù)荷加重,導(dǎo)致絮凝劑用量增加,當(dāng)污水處理能力不足時(shí),容易造成污水排放的BOD和COD超標(biāo)。

　　1 1 2　陽(yáng)離子淀粉的保留陽(yáng)離子淀粉的保留受到紙漿性質(zhì)和淀粉性質(zhì)的影響。紙漿PH愈高,負(fù)電雜質(zhì)愈少,陽(yáng)離子淀粉保留率愈高;淀粉陽(yáng)離子取代度愈高,陽(yáng)離子淀粉保留率愈高;通常用量范圍下,淀粉添加量愈高,保留率愈低;硫酸鹽添加量愈高,保留率愈低;聚丙烯酰胺在陽(yáng)離子淀粉之前加入紙漿也導(dǎo)致淀粉的保留率下降。

　　1 1 3　陽(yáng)離子淀粉的應(yīng)用及影響因素(1)紙料中細(xì)小組分和填料含量高時(shí),陽(yáng)離子淀粉取代度高,助留助濾效果較好,但強(qiáng)度可能有所下降。而對(duì)填料少的紙料,使用取代度低的陽(yáng)離子淀粉可使紙頁(yè)增強(qiáng)。(2)PH值對(duì)陽(yáng)離子淀粉的助留效果影響不大,而紙頁(yè)強(qiáng)度在PH值高時(shí)強(qiáng)度提高。(3)硫酸鋁用量增加,留著提高,紙頁(yè)強(qiáng)度也提高。

　　1 2　陰離子淀粉陰離子淀粉包括磷酸酯淀粉、帶羧基又帶磺酸基的淀粉、黃原酸酯淀粉及既帶羧基又帶羰基的氧化淀粉。這些衍生物比起未變性的淀粉有較低的膠化溫度,良好的分散性能,高的粘度及抗退減作用,其溶液具有良好的透明度等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)濕部添加,工業(yè)上使用的有效的唯一的陰離子淀粉是磷酸酯淀粉。磷酸酯淀粉對(duì)造紙系統(tǒng)中的添加要求在打漿機(jī)漿料中至少有1%的明礬(對(duì)干的纖維)及PH在4 3～6 0的范圍。磷酸酯淀粉在濕部添加中能得到較好的紙頁(yè)強(qiáng)度和較好的填料留著率及那些陽(yáng)離子淀粉的傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)。1 3　兩性淀粉兩性淀粉比陽(yáng)離子淀粉更能有效地提高紙頁(yè)強(qiáng)度、填料和細(xì)小纖維的留著以及紙機(jī)的濾水,從而提高紙機(jī)的車速,大大減少了白水負(fù)荷,適合當(dāng)今從酸性抄紙向中性、堿性抄紙轉(zhuǎn)變。

1 3 1　兩性淀粉對(duì)濕部影響

(1)兩性淀粉的陰離子基團(tuán)有助于清除干擾淀粉對(duì)纖維吸附的體系中的雜陽(yáng)離子。(2)兩性淀粉的陰離子可排斥“雜陰離子”減少陽(yáng)離子基團(tuán)過(guò)早被中和。(3)循環(huán)使用白水不會(huì)失去電荷平衡。

　　1 3 2　兩性淀粉應(yīng)用及影響

　　(1)PH值7～7 5的兩性淀粉1%用量,助留效果好。(2)硫酸鋁用量少時(shí),填料留著提高,過(guò)量時(shí)反而下降。(3)陰離子取代度的增加,填料留著先增加后減少,建議陰離子取代度為0 026時(shí)較好。(4)陽(yáng)離子取代度的增加,填料留著逐步增加,建議陽(yáng)離子取代度為0 047時(shí)較好。

　　2　聚丙烯酰胺類

　　由于針葉木資源的缺乏,闊葉木和草類原料的用量不斷增加,廢紙的回收利用率和填料的用量也越來(lái)越高,因此,漿料中的微細(xì)組分含量增加。又由于世界范圍的水資源短缺和防止污染的要求,造紙必須封閉循環(huán)用水。在這種情況下,從節(jié)約能源、減少漿耗、減少造紙排水及處理負(fù)荷方面考慮,要盡量留著漿中的細(xì)小組分和填料,同時(shí)盡量強(qiáng)化紙機(jī)濕部的脫水,因此,最經(jīng)濟(jì)的辦法是使用高效的助留助濾劑,而兩性聚丙烯酰胺在此方面有較好的功效。

　　2 1　天津輕工業(yè)學(xué)院對(duì)這方面的研究結(jié)果(1)兩性聚丙烯酰胺對(duì)漂白麥草漿和木漿有良好的助留助濾作用,當(dāng)用量是0 05%,分子量為202萬(wàn),陽(yáng)離子胺化度為21 8%時(shí),水解度4%效果更好。(2)上述兩性聚丙烯酰胺隨PH值增高,紙料濾水與留著下降,而隨硫酸鋁用量的增加而增加。

2 2　陽(yáng)離子聚丙烯酰胺-淀粉接枝共聚物(簡(jiǎn)稱CAS)CAS屬于陽(yáng)離子高分子絮凝劑,其分子鏈中既含有非離子官能團(tuán),也含有陽(yáng)離子官能團(tuán),這些官能團(tuán)廣泛嵌布在高分子聚合物的鏈節(jié)內(nèi),使之既能靠非離子官能團(tuán)間的范德華力在連續(xù)分散于水相中的微粒、短纖維間“架橋”,使它們相互連接成團(tuán)而絮凝;又可靠其陽(yáng)離子官能團(tuán)的電性破壞這些微粒、短纖維的雙電層及ζ電位,使它們相互聚集而凝聚。因而它既具有高分子絮凝劑作用,又有電介質(zhì)類凝聚作用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究,CAS性能穩(wěn)定,使用方便,在紙的抄造過(guò)程中有明顯的助留、助濾和增強(qiáng)效果。可明顯降低漿料、填料的消耗,降低生產(chǎn)成本,減少白水對(duì)環(huán)境污染,是一種有推廣應(yīng)用前景的造紙助劑。

　　3　聚氧化乙烯(ＰＥＯ)

　　近年來(lái),ＰＥＯ越來(lái)越受到人們的重視,其主要原因是許多混合廢紙廠使用常規(guī)的助留助濾劑毫無(wú)效果,新聞紙廠也面臨類似的問(wèn)題。ＰＥＯ是一種高分子量非離子型聚合物,其留著機(jī)理是借橋聯(lián)和成鍵起作用,ＰＥＯ通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與存在于紙漿中的懸浮固形物起作用。它的分子量、用量、加入位置和增效劑使用都影響助留效果。通常ＰＥＯ中加入某些第二添加劑如:磺化酚類聚合物及木素衍生物可顯著提高其助留效果。PH值4～10時(shí)這些活化劑可與ＰＥＯ中醚氧之間形成氫鍵結(jié)合,發(fā)生協(xié)同效應(yīng),產(chǎn)生共聚物聯(lián)接,可使留著上升。PH值大于10時(shí),由于羧基的離解使其失去了聯(lián)接作用,留著率又隨之下降。另外,ＰＥＯ少量加入可有良好的分散效果,常作分散劑使長(zhǎng)纖維在低打漿度下抄造又薄又勻并有良好吸水性的紙張。這在抄造衛(wèi)生紙、餐巾紙等生活用紙時(shí)發(fā)揮其良好的作用,使抄造的紙張獲得優(yōu)良的柔軟效果和豐滿滑膩的手感。

　　4　結(jié)束語(yǔ)

　　造紙工業(yè)中,造紙助劑的使用不僅可以提高紙的質(zhì)量,開(kāi)發(fā)紙的品種,而且在消除生產(chǎn)障礙、提高設(shè)備效率及降低原材料消耗等方面都有著顯著的作用。近幾年來(lái),隨著造紙助劑應(yīng)用的增多,有關(guān)造紙助劑的研究工作也越來(lái)越多。正如前述,一些增強(qiáng)、助留、助濾及分散、柔軟性能好的產(chǎn)品脫穎而出。但這些研究工作大都局限于探索某種助劑較好的使用條件,而對(duì)造紙助劑在使用過(guò)程中的一些規(guī)律特點(diǎn)研究較少。另外,助劑的另一個(gè)可預(yù)期發(fā)展是從原來(lái)的單組分系統(tǒng)到多組分系統(tǒng)。如上述的CAS絮凝劑,淀粉與ＰＡＭ可以組合起來(lái)獲得更好的效果。最佳紙張性質(zhì),包括最佳紙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),常常通過(guò)合宜的選擇和組合濕部添加劑而得到,也就是說(shuō)還沒(méi)有單一的全能的添加劑。我相信,如果能對(duì)濕部化學(xué)能有更深層次的研究與認(rèn)識(shí),一定能開(kāi)發(fā)出更適合于非木材植物纖維造紙的助劑。