非离子助留助滤体的凝胶絮凝机理的研究

论文摘要

本论文在大量实验事实的基础上提出了凝胶助留助滤机理,建立了机理模型。用聚氧化乙烯（PEO）-酚醛树脂助留助滤体系验证凝胶助留助滤机理,沿着凝胶助留助滤机理这一思路成功开发了PEO-硅溶胶新型双元助留助滤体系。最后对凝胶助留助滤机理进行了总结和推广,使其具有更广泛的应用范围,并为未来的研究提供了参考方向：1.实验证明能够形成凝胶的物质在相应条件下都对浆料有一定的絮聚作用。只是由于受到各种因素的影响絮聚效果各有不同,如PEO-酚醛树脂凝胶体系、PEO-硅溶胶凝胶体系、PEO-膨润土凝胶体系具有良好的絮聚效果,能够或已经开发成为有效的助留助滤体系；聚丙烯酸钠（PAAS）-PEO体系和甲基纤维素（MC）尽管对浆料也有明显的絮聚效果,但由于PAAS对金属离子敏感、MC在其凝胶温度（63℃左右）以上才产生絮聚效果,因此这两种体系实际应用时可能存在较大困难；而PAAS-聚乙二醇（PEG）凝胶体系的絮聚效果则较差。2.PEO-酚醛树脂体系的助留助滤效果与PEO-酚醛树脂凝胶的自身性质存在千丝万缕的联系：当PEO用量一定时,酚醛树脂用量在约为该量的5倍时获得做大的凝胶量,而当酚醛树脂用量为PEO用量的5倍时,浆料可获得最大的细小组分留着率;在酸性条件下,PEO-酚醛树脂凝胶的强度较差,而此时PEO-酚醛树脂助留助滤体系的抗剪切性能也比中碱性条件下差。3.根据凝胶助留助滤机理这一思路发现PEO-硅溶胶体系对浆料具有明显的絮聚效果,进一步的研究表明该体系在较低的用量下具有良好的助留助滤效果,能够成为一种新型双元助留助滤体系。当PEO用量为0.01%、硅溶胶用量为0.1%时,浆料打浆度可由54°SR下降至31°SR左右,细小组分留着率和填料可达到90%左右。除此之外,该助留助滤体系对纸张匀度、强度和白度影响较小,可用于文化用纸的抄造。4.已知外部环境变化是引起凝胶收缩脱水的根本原因,也是凝胶助留助滤机理的根本原因。但研究发现在外部环境既定的情况下凝胶助留助滤机理则与助留助滤体系产生的凝胶量（凝胶量与凝胶各组分浓度、配比及分子量等有关）、凝胶的收缩脱水时间、凝胶的强度和弹性等因素有直接关系。从这一角度考虑造纸湿部较适用于温度和pH敏感型凝胶,即会响应温度或pH值变化而收缩脱水的凝胶体系,如羟丙基纤维素（HPC）的凝胶温度为40～45℃,可能产生与甲基纤维素相似的絮聚效果；聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）在中性或酸性条件下可与多种物质作用形成络合物。这些凝胶体系构成了凝胶助留助滤机理新的研究方向。5.凝胶助留助滤机理认为阳离子助留助滤剂及微粒助留助滤体系是通过静电耦合作用或螯合作用与纤维和填料共同形成了一种特殊的三维网状结构而实现助留助滤目的的,拓宽了凝胶助留助滤机理的应用范围。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 造纸湿部的现状
• 1.2 常见助留助滤体系
• 1.3 助留助滤剂的作用机理
• 1.3.1 助滤机理
• 1.3.2 助留机理
• 1.4 典型非离子助留助滤体系—PEO/CF体系的经典助留助滤理论
• 1.4.1 网络絮凝机理
• 1.4.2 复合桥联絮凝机理
• 1.4.3 诱导缔合桥联机理
• 1.4.4 上述理论的缺陷
• 1.5 凝胶
• 1.5.1 凝胶的分类
• 1.5.2 凝胶的制备方法
• 1.5.3 凝胶的特性
• 1.5.4 高分子凝胶的溶胀和收缩行为
• 1.6 课题的研究内容、目的和意义
• 1.7 论文的创新点
• 第二章 凝胶助留助滤机理的提出
• 2.1 实验原料及设备
• 2.1.1 主要原料及试剂
• 2.1.2 主要仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 凝胶或络合沉淀的制备方法
• 2.2.2 絮聚效果的观测
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 PEO-凹凸棒粘土、钠基膨润土凝胶助留助滤体系
• 2.3.2 PEO-酚醛树脂凝胶体系
• 2.3.3 PEO-硅溶胶凝胶体系
• 2.3.4 PEO-聚丙烯酸钠（PAAS）凝胶体系
• 2.3.5 PAAS-钙离子凝胶絮聚
• 2.3.6 PAAS-聚乙二醇（PEG）凝胶体系
• 2.3.7 甲基纤维素（MC）
• 2.4 提出凝胶机理模型
• 2.5 影响凝胶助留助滤机理的因素分析
• 2.5.1 收缩脱水时间的影响
• 2.5.2 凝胶量的影响
• 2.5.3 凝胶强度和弹性的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 PEO-酚醛树脂助留助滤体系的凝胶机理研究
• 3.1 主要原料与仪器
• 3.1.1 原料与试剂
• 3.1.2 主要仪器设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 溶液配制
• 3.2.2 凝胶制备
• 3.2.3 助滤效果的测定
• 3.2.4 助留效果的测定
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 凝胶测定结果
• 3.3.2 PEO-PF凝胶絮凝机理的应用研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 聚氧化乙烯-硅溶胶助留助滤体系
• 4.1 实验原料与设备
• 4.1.1 原料与试剂
• 4.1.2 仪器与设备
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 溶液配制
• 4.2.2 滤水性能的测定
• 4.2.3 留着率的测定
• 4.2.4 纸页成型方法
• 4.2.5 纸张性能检测方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 PEO用量与硅溶胶用量比例的影响
• 4.3.2 PEO-硅溶胶体系的用量对助留助滤效果的影响
• 4.3.3 pH值对PEO-硅溶胶体系助留助滤效果的影响
• 4.3.4 抗剪切能力
• 4.4 PEO-硅溶胶体系对纸张性能的影响
• 4.5 机理推论
• 4.6 本章小结
• 第五章 凝胶助留助滤机理的推广
• 5.1 凝胶助留助滤体系的新方向
• 5.1.1 pH敏感型助留助滤剂/体系
• 5.1.2 温度敏感型助留助滤剂/体系
• 5.2 传统助留助滤剂及微利助留助滤体系的絮凝机理新解释
• 5.2.1 对阳离子助留助滤剂的解释
• 5.2.2 对微粒助留助滤体系的解释
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract