CN102154938A - 聚氧化乙烯-硅溶胶双元助留助滤体系 - Google Patents

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周小凡
权琤
马金霞
吴伟兵
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Abstract

本发明涉及一种用于降低浆料打浆度、提高浆料的细小组分留着率和填料留着率的非离子双元助留助滤体系，其特征在于：该助留助滤剂由聚氧化乙烯与硅溶胶组成，使用时先添加硅溶胶再加入聚氧化乙烯。硅溶胶的用量为0～10％，聚氧化乙烯的用量为0～0.1％，硅溶胶用量为PEO用量的0～100倍。该助留助滤体系可以大幅降低浆料的打浆度，提高浆料滤水性能；同时增加细小组分和填料留着率。一方面可加快纸机车速，提高生产效率；另一方面填料留着率提高有利于降低生产成本。且由于细小组分的留着率较高湿部系统更加洁净，为实现造纸工业白水封闭循环及零排放发挥更大的作用。

Description

聚氧化乙烯-硅溶胶双元助留助滤体系
一、技术领域：
本发明涉及一种造纸工业用的双元助留助滤体系，具体地说是涉及一种造纸用的非离子型双元助留助滤体系及其应用方法。
二、背景技术：
随着造纸工业的发展，二次纤维回用量和机械浆用量越来越大，纸机车速越来越快，白水循环率越来越高，湿部系统的洁净程度随之下降，对细小纤维和其它助剂的留着及浆料的滤水性能造成了一定的负面影响，对提高湿部的留着与滤水性能提出了新的要求。从经济角度考虑，脱水的最有效过程是在网部。改善细小组份的留着是利用化学方法帮助纸机以高速运行又不影响纸页性质的一个有效方法。细小纤维、填料和添加剂的良好留着是滤水过程中的一个主要因素，它们必须被有效的保留在纸之中，而不是随着多余的白水流失，或沉积在纸机和毛毯表面，这一点对抄纸系统白水高度封闭循环利用来说尤为重要。另外，细小纤维、填料和添加剂的良好留着可以减少原材料及辅料的用量，既降低原材辅料的消耗，同时，可以降低白水浓度，降低白水处理成本，提高经济效益。
造纸助留助滤剂种类繁多，各种助留助滤剂特性，效果和使用范围各不相同。通常助留助滤剂主要分为四类：(1)无机助留助滤剂。如硫酸铝，铝酸钠，聚合氯化铝和聚合氧化铝络合物等，主要起助留作用，助滤效果不明显。(2)天然有机助留助滤剂。如阳离子淀粉，羧甲基纤维素，改性植物胶等，这类产品效果也不明显且用量大，主要是助留作用，也可做助滤剂。(3)合成高分子聚合物机。主要是聚胺类，包括阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚胺(PA)，聚酰胺(PPE)等，兼具助留助滤作用，成为助留助滤剂。(4)微粒助留助滤系统。常见的微粒助留体系包括Compzil，Hydrocol，Hydrosil，Integra，以及近些年来开发的新型微利助留助滤剂阳离子微粒与阴离子聚合物复配的微粒助留系统及硅超微化学技术。
一般情况下，纸浆中随白水流失的细小纤维占造纸原料总量的2％以上，助留助滤剂/体系能够在一定程度上减少细小组分的流失，节约造纸成本，缓解环境压力。
三、发明内容：
本发明提供一种助留助滤体系，能够有效提高浆料滤水性能和细小组分留着率，它可克服浆料滤水性能差和细小组分及填料的留着率低的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
1、该助留助滤体系是由聚氧化乙烯(PEO)和硅溶胶配合使用。使用过程中先将硅溶胶加入浆料中，搅拌均匀后加入PEO，待浆料絮聚(约10s)测定浆料打浆度及细小组分和填料留着滤。
2、PEO选择分子量100万以上的高分子聚氧化乙烯。
3、硅溶胶的用量为PEO的0～100倍。
4、浆料滤水性能和细小组分及填料的留着率的测定。浆料滤水性能的变化用打浆度的变化来表征，打浆度越小滤水性能越好。浆料打浆度用肖伯尔式打浆度仪测定，细小组分和填料留着率用动态滤水仪(DDJ)测定。
四、具体实施方式
本发明中的助留助滤体系，使用非离子型的聚氧化乙烯(PEO)与硅溶胶在室温条件下，用动态滤水仪(DDJ)模拟纸机湿部系统来检测纸浆的滤水性能及细小组分和填料的留着情况，通过改变PEO与硅溶胶的用量、剪切转速等来考察该助留助滤体系的效果。具体实施方法如下：
打浆度的测定：
2g绝干浆调成1L(其中填料用量为25％)，用动态滤水仪在750r/min下搅拌均匀；如有需要加入稀盐酸调节pH值；20s后加入硅溶胶，搅拌20s；调节至一定转速(如无特殊说明，仍为750r/min)加入PEO，搅拌10s后转移至打浆度仪测定打浆度。
细小组分含量的测定：
采用与动态滤水实验相似的方法对纸浆进行筛分实验，筛分实验所用纸浆浓度为0.5％，搅拌转速定为1500rpm，以避免纤维之间产生絮聚物，并在高速搅拌下用水冲洗试样，再根据滤液中所含细小组分的量来计算纸浆中细小组分的含量。细小组分计算公式如下：
本实验所用纸浆的细小组分平均含量为24％。
细小组分及填料留着率的测定：
2g绝干浆调成1L(其中填料用量为25％)，用动态滤水仪在750r/min下搅拌均匀；如有需要加入稀盐酸调节pH值；20s后加入硅溶胶，搅拌20s；调节至一定转速(如无特殊说明，仍为750r/min)加入PEO。搅拌10s后开始接取滤液(在接取之前先放出10ml)，30s停止接取，随后称重、过滤、烘干(105℃的烘箱中4h)、测灰分(在800℃的马弗炉中灼烧3h)，按照TAPPI标准方法计算细料的留着率及填料的留着率。TAPPI标准方法为：
Figure BSA00000487528400022
其中：W-30秒内收集的滤液重，g
W1-500ml浆料中全部细小组分的量，g
W2-30秒内收集的滤液中细小组分的量，g
Figure BSA00000487528400031
其中：W-30秒内收集的滤液重，g
W3-纸灰的重量，g
W4-添加的全部填料重，g
实例1：
本例中用打浆度为55°SR的漂白针叶浆，与滑石粉作填料，用量为25％(对绝干浆)。浆料在动态滤水中以750r/min的转速搅拌均匀后，加入不同用量的硅溶胶(对绝干浆)，20s后加入PEO，搅拌10s后转移至打浆度仪测定浆料打浆度。上述PEO分子量为600万，其用量固定为0.008％(对绝干浆)。浆料打浆度的测定结果如表1所示：
表1硅溶胶用量对浆料打浆度的影响
从表1中看出：随着硅溶胶用量的增加，浆料打浆度先下降、浆料滤水性能逐渐得到改善；硅溶胶用量为0.08％时打浆度达到极小值34°SR；然后随着硅溶胶用量的增加，打浆度开始回升，浆料滤水性能下降。
实例2：
本例中所用浆料与实例1相同。浆料在动态滤水仪中以750r/min的转速搅拌均匀后加入用量为0.1％的硅溶胶，20s后加入不同用量的PEO，搅拌10s后测定浆料的细小组分留助滤及填料留着率。测定结果如表2所示：
表2PEO用量对细小组分留着率及填料留着率的影响
Figure BSA00000487528400033
由表2看出：随着PEO用量的增加，细小组分留助滤及填料留着率不断增大，当PEO用量为0.001％时，达到平衡状态，留着率不在增加。
实例3：
本例中所用浆料与实例1相同。浆料在动态滤水仪中以750r/min的转速搅拌均匀后加入用量为0.1％的硅溶胶，然后调节至不同转速，搅拌20s后加入用量为0.01％的PEO，搅拌10s后测定浆料的细小组分留助滤及填料留着率。测定结果如表3所示：
表3剪切转速对细小组分留着率及填料留着率的影响
Figure BSA00000487528400041
由表3看出：使用该助留助滤体系浆料絮团具有较强的抗剪切能力。在剪切转速为1000r/min时细小组分留着率和填料留着率仍能分别保持为80.2％和86.9％；剪切转速为1500r/min时，尽管细小组分留着率下降幅度较大，但填料留着率仍高达84.2％。
实例4：
本例中所用浆料与实例1相同。浆料在动态滤水仪中以750r/min的转速搅拌均匀后加入加入稀盐酸或稀氢氧化钠溶液调节浆料pH值。20s后加入用量为0.1％的硅溶胶，搅拌20s后加入用量为0.01％的PEO，10s后测定浆料的细小组分留助滤及填料留着率。测定结果如表4所示：
表4不同浆料pH值对细小组分及填料留着率的影响
从表4可以看出：PEO-硅溶胶体系具有很强的pH适应性，在pH3～10的范围内细小组分留着率能够保持在80以上，填料留着率能够保持在90％以上。因此PEO-硅溶胶体系可以应用于酸性造纸和中碱性造纸。
实例5：
本例中所用浆料与实例1相同。浆料在动态滤水仪中以750r/min的转速搅拌均匀后加入用量为0.1％的硅溶胶，搅拌20s后加入用量为0.01％的PEO，10s后转移至抄片机成型、烘干。然后测定纸张各项性能，并与不加入PEO-硅溶胶体系的空白纸样性能进行对比。测定结果如表5所示：
表5PEO-硅溶胶助留助滤体系对手抄片性能的影响
Figure BSA00000487528400051
从表5中看出，加入PEO-硅溶胶助留助滤体系的手抄片定量明显增加，说明了该体系具有良好的助留效果，而抗张指数下降幅度较大也说明填料的留着率大幅增加，因为填料填充在纤维之间阻碍了纤维之间的氢键结合，导致纸张强度下降。与空白样相比，成纸匀度、白度变化不大，不透明度明显增加，因此PEO-硅溶胶助留助滤体系可用于文化用纸的抄造。

Claims (6)

1.一种新型微粒助留做助滤体系，其特征在于：该体系由高分子量的聚氧化乙烯与硅溶胶配合使用，聚氧化乙烯用量为绝干浆重量的0～0.1％，硅溶胶用量为聚氧化乙烯用量的0～100倍。
2.根据权利要求1所述的助留助滤体系，其特征在于：聚氧化乙烯的分子量在一百万以上。
3.根据权利要求1所述的助留助滤体系，其特征在于：硅溶胶包括酸性硅溶胶和碱性硅溶胶以及各种改性硅溶胶。
4.根据权利要求3所述的酸性硅溶胶，其特征在于：酸性硅溶胶包括离子交换法、电解电渗析法、分散法、单质硅热氧化法、酸中和法制备的硅溶胶。
5.根据权利要求3所述的碱性硅溶胶，其特征在于：碱性硅溶胶包括硅溶解法、离子交换法、电解电渗析法、分散法、单质硅热氧化法制备的硅溶胶。
6.根据根据权利要求3所述的改性硅溶胶，其特征在于：改性硅溶胶包括锂改性硅溶胶、硼改性硅溶胶、钠改性硅溶胶、镁改性硅溶胶、铝改性硅溶胶、钙改性硅溶胶。
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