白水回用對紙張性能的影響

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本文作者：史長偉、嵇巋然、龔真萍 單位：齊齊哈爾大學、Metso公司

紙張抄造過程中，短循環大量使用循環白水，導致水中的膠體物質（DCS）不斷的積累，積累的DCS物質帶有大量的負電荷，這是構成造紙白水中最主要的陰離子成分。這些陰離子型物質主要由木素及其衍生物、抽出物、碳水化合物、陰離子添加物等組成，它們是“陰離子垃圾”的主要成分。膠體類陰離子垃圾的不斷積累將造成樹脂障礙，同時消耗濕布化學添加的陽離子助劑。它們在白水回用時不斷富集，DCS富集到較高的濃度時，將削弱濕部化學陽離子添加助劑的效果。DCS物質脫穩后與填料聚集在一起，容易在紙機工藝備品及設備上產生沉積，導致工藝備品的局部濾水性降低，紙張局部強度變小引起斷紙。DCS富集過多，也會導致白水系統中陰離子電荷增多，需要消耗大量的陽電荷，增加了化學品的用量；白水回用次數的增加對于紙張的物理指標也有影響[1-3]。

1實驗

1.1漿料與回用白水

PRC-APMP漿，NBKP漿板，實驗室自制DIP漿。混合漿料組分（質量比）：PRC-APMPNBKPDIP=402040（漿料指標見表1）。回用白水：實驗室自制。

1.2化學添加劑

聚乙烯亞胺（PEI）：分子量5萬左右，電荷量為5.0mmol•g-1；陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）：分子量500萬左右，電荷量為1.2mmol•g-1；膨潤土、碳酸鈣（CaCO3）為工業品。

1.3儀器

WGZ-2000型濁度計；DDJ型動態濾水儀；pH200、EC200型便攜式測定儀；JH-722型可見分光光度計；DC-KZ300C型電腦測控抗張試驗機；ZQJ1-B紙樣抄片器。

1.4實驗方法

纖維留著率的測定：紙漿中的細小纖維含量用DDJ型動態濾水儀進行測定，參考的測定標準為TAPPIT261CM-94測定細小纖維的留著率[4-5]；混合漿料：將混合漿料（足夠n次制備回用白水的漿量）稀釋至濃度3%，加入PEI0.2%（對絕干纖維），攪拌90s，添加碳酸鈣8%（對絕干纖維），混合均勻后，在200r/min攪拌下加入CPAM0.1%（對纖維量），混合90s，最后加入膨潤土0.2%（對纖維量），繼續攪拌90s。回用白水：在漿料溫度50℃的抄造過程下，將3％的混合漿料用第1次白水（混合漿料脫出的第1次白水）稀釋到0.5%的濃度，在120r/min條件下攪拌2min，然后抄片，此時經過濾得到的白水為第2次白水，次數更高的回用白水（n次）可以將上述過程再重復n次而得到，用每次得到的白水稀釋混合漿料，制得回用白水（見圖1），備用[6]。

2結果與討論

2.1白水回用與白水性能指標的關系

對不同回用次數的白水進行吸光度、電導率、濁度進行檢測，結果見圖2、圖3、圖4。

2.1.1白水回用與吸光度的關系

從圖2可以得到白水回用次數與吸光度的關系呈現明顯的先下降后上升的規律。這是因為前期回用的白水中存在剩余的CPAM與PEI，其含量在逐漸累積，提高了抄造過程的助留效果，因此前期助留劑的累積占主導地位，細小物質在回用的白水中逐漸減少，吸光度下降。在白水回用的后期由于回用白水中陰離子物質（DCS）逐漸累積，陽離子助留劑的效果受到影響，吸光度開始上升，因此在白水循環的后期累積的陰離子物質占主導地位。回用白水的次數在70次時吸光度出現拐點，開始上升。

2.1.2白水回用與電導率的關系

由圖3可以得出白水回用次數與電導率的關系，即隨著白水回用次數的增加，前期電導率呈現緩慢上升，中期快速上升，后期逐漸趨于平緩的變化狀態。在白水回用的前期白水中能夠參與導電的離子很少，陽離子助劑還能正常發揮作用，白水回用次數增加電導率緩慢上升；到了白水回用的中期，由于漿料中的各種導電離子在白水中不斷富集，陽離子助劑受到的干擾在增加，不斷富集的離子使電導率快速增加；白水回用后期，系統中存在的陰離子干擾物質與其它離子在增多，但此時系統白水中與紙頁纖維中的離子趨于動態平衡狀態，因而此時電導增加的比較緩慢，電導率在白水回用60次前呈現下降，回用60次以上時開始增加，在白水回用到90次以后又趨于緩慢。

2.1.3白水回用與濁度的關系

由圖4可以看出初期白水濁度隨著回用次數的增加呈現下降趨勢后期又呈現上升趨勢，這是由于前期白水回用時白水中助留劑含量逐漸累積，提高了助留效果，前期過程化學添加助留劑的累積占主導作用，白水中細小物質被留在紙頁中，濁度下降。后期白水系統中各種陰離子干擾物質累積增加，使得助留效果變差，因此后期累積的陰離子物質占主導地位，致使濁度上升，白水回用次數在80次時出現拐點，濁度呈現上升趨勢。

2.2白水回用次數與抄造性能的關系

2.2.1白水回用與CPAM效果的關系

由圖5可以得出，隨著陽離子助劑CPAM添加量的增加，混合漿料中細小纖維留著率均增加。對系統中的白水回用為60次的漿料進行試驗時，隨著陽離子助劑CPAM添加量的增大，混合漿料纖維留著率呈現上升趨勢。但是當系統中白水回用次數為90次時，細小纖維的留著率變化出現在CPAM加入量為0.6％（對絕干漿）的位置，在CPAM加入量為0.6％之前為上升，在CPAM加入量為0.6％之后為緩慢狀態。

2.2.2白水回用與紙頁強度的關系

從圖6白水回用次數與紙頁裂斷長的關系可以看出，隨著白水回用次數的不斷增加，紙頁裂斷長呈現出單邊下降的狀態，其原因是膠體物質的不斷累積的結果，在膠體物質中含有大量的脂肪酸和樹脂酸，它們都有長的碳氫直鏈，這根長的碳氫直鏈存在極性末端基團，可以使水的表面張力降低，進而使纖維與纖維之間結合時形成氫鍵數量的能力受到阻礙，纖維表面氫鍵數量的減少，使得紙頁中纖維之間的結合力降低，紙頁強度主要來源于氫鍵的結合力，一次強度指標受到白水回用的影響，白水回用初期影響較小，回用到90次以后指標下降幅度開始變大。

3結束語

吸光度在回用白水的次數在70次時吸光度出現拐點，之前下降，之后上升；電導率在白水回用60次前為下降，回用60次以上開始增加，回用到90次以后趨于平緩；濁度在白水回用80次時出現拐點，之前下降，之后上升；系統中白水回用次數超過90次，CPAM加入量超過0.6％時，助劑效果不明顯；系統中白水回用次數增加，紙頁裂斷長呈現單邊下降，回用到90次以后指標下降幅度變大。