废纸制浆造纸过程中胶粘物的性状研究

论文摘要

随着造纸工业原料结构的调整,废纸的回用受到越来越多的重视。在废纸回用制浆造纸过程中,纸张的生产、加工和使用过程中引入的各种胶黏剂、涂布粘合剂以及油墨粘结料等杂质连同木材中的天然树脂等都大量释放到浆水系统中。这些物质在生产过程中会形成胶粘物沉积到成形网、压榨部、烘缸表面以及纸张表面上,大大影响纸机运行性和纸品质量。胶黏物进入废纸循环系统后的尺寸、形状和黏性等特点也变得多种多样,废纸回用系统所面临的胶黏物问题日益严峻。鉴于此,本文对造纸厂胶粘物的性状进行了研究,在确定了胶粘物基本来源的基础上,分别选取了合适的模型物研究了影响胶粘物沉积的各种因素,并对亚太地区部分纸厂的胶粘物问题进行了系统的分析和统计,结果表明,纸病,无机沉积物和有机沉积物在胶粘物沉积问题中位居前列。首先,对箱板纸厂干部的胶粘物进行了分析,结果显示,以聚二-乙基己基丙烯酸酯和聚乙烯基醋酸酯为代表的人工合成聚合物是产生胶粘物的基本来源,但它们在沉积胶粘物中的含量不到十分之一,其余大部分是无粘性的碳酸钙和细小纤维。其次,以水性聚丙烯酸树脂压敏胶和塔罗油分别作为胶粘物中人工合成胶粘剂和天然树脂组分的模型物,研究了影响树脂/胶粘物沉积的各种因素。结果表明,钙离子对树脂/胶粘物沉积有重要影响。纸浆中细小组分对树脂/胶粘物沉积也有重要影响,纤维中的细小组分能够吸附更多的树脂/钙皂粒子,阻止了树脂/钙皂粒子之间进一步相互絮聚,降低了它们的粘性,避免了更多的沉积。再者,对浆水系统中的微胶粘物的凝聚行为进行研究的结果发现,EMMA在浆水系统中表现出周期性变化的行为,并且与树脂或胶粘物引发的沉积和运行问题有一定关系,EMMA值可通过测定浆水中的胶体状有机物浓度来确定;当工厂过程水及白水中的微胶粘物含量在临界值之上时,就会产生周期性的树脂/胶粘物沉积现象。β-环糊精可通过增加其可润胀性能来降低胶粘物的黏性,减轻了过程水中微胶粘物粒径和数量的易变性倾向,同时也减轻了微胶粘物凝聚的倾向。另外,随着工业包装纸中无机填料加填的广泛应用,研究了无机填料如重钙、轻钙和滑石粉对胶粘物沉积的影响,结果表明,无机填料都会与粘性大的胶粘物一起沉积而导致胶粘物沉积量的增加,特别是阳离子聚合物加入量较低情况下,由于填料和失稳的胶粘物在纤维上的吸附较少而导致胶粘物沉积更加严重。加入填料后,沉积物增加量远远大于沉积物中所含的填料的量。不同的填料对胶粘物沉积的影响不同。在阳离子聚合物加入量较大的条件下,轻钙加入后产生的胶粘物沉积比滑石粉少。最后,本研究中引入了具有粒子分选功能的流式细胞仪对浆水系统中胶粘物粒子的数量及大小做了研究。结果表明,经不同定着剂处理后的浆水体系中,通过流式细胞仪可以较全面地了解胶粘物粒子大小和数目不同的变化情况,有助于判断胶粘物的生成趋势和选用正确的胶粘物控制剂,避免胶粘物沉积的发生;并在实际生产中成功验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 废纸胶粘物的定义、分类、危害及其来源
• 1.1.1 废纸胶粘物定义
• 1.1.2 废纸胶粘物的分类
• 1.1.3 废纸胶粘物的危害
• 1.1.4 废纸胶粘物的来源
• 1.2 浆水体系或白水中的溶解与胶体物质
• 1.2.1 DCM 及其来源
• 1.2.2 DCM 物质对湿部和产品质量的影响
• 1.3 胶粘物沉积的机理
• 1.3.1 胶体稳定和失稳理论
• 1.3.2 造成 DCM 或次生胶粘物失稳沉积的其他原因
• 1.4 废纸浆水中胶粘物的凝聚理论
• 1.5 胶粘物的分析及检测
• 1.5.1 胶粘物的定量及其化学组成的测定
• 1.5.2 次生胶粘物沉积潜力的测定
• 1.6 胶粘物的控制工艺及技术
• 1.6.1 胶粘物控制的物理方法
• 1.6.2 胶粘物的化学控制法
• 1.6.3 胶粘物（树脂）沉积控制的生物方法
• 1.7 纸厂白水系统中 DCM 的去除技术
• 1.8 流式细胞仪的原理及其应用
• 1.8.1 流式细胞术
• 1.8.2 流式细胞仪的组成和工作原理
• 1.8.3 流式细胞仪的应用领域
• 1.9 本论文研究的目的意义及主要内容
• 1.9.1 研究的目的和意义
• 1.9.2 研究内容
• 第二章 废纸浆胶粘物主要组分的分析及其来源
• 2.1 实验原料与方法
• 2.1.1 胶粘物和白水样品的选取
• 2.1.2 胶粘物化学组分的分离
• 2.1.3 胶粘物化学组分的分析和条件
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 胶粘物各组分所占比例
• 2.2.2 丙酮不溶解物的FT-IR
• 2.2.3 四氢呋喃抽出物的FTIR 和Py-GC-MS 分析
• 2.2.4 固相萃取四氢呋喃洗出物的GC-MS 分析
• 2.2.5 胶粘物样品的扫描电镜观察
• 2.2.6 胶粘物样品抽提残余物灰分的分析
• 2.2.7 白水中无机组分的分析
• 2.3 亚太地区纸厂沉积物分析统计
• 2.4 本章小结
• 第三章 次生胶粘物模型物沉积的机理及影响因素
• 3.1 实验原料与方法
• 3.1.1 次生胶粘物乳液的配置
• 3.1.2 阳离子电解质
• 3.1.3 沉积装置和测定原理
• 3.1.4 沉积方法
• 3.1.5 未漂CTMP 的洗涤
• 3.1.6 漂白针叶木浆的打浆
• 3.1.7 显微镜照相
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 树脂沉积和钙离子加入量
• 3.2.2 树脂沉积和钙离子添加速度
• 3.2.3 树脂沉积量和pH
• 3.2.4 树脂沉积量和沉积时间
• 3.2.5 纤维的加入对树脂沉积的影响
• 3.2.6 树脂粒子在纤维上吸附的显微镜观察
• 3.3 本章小结
• 第四章 废纸回用浆水系统中胶粘物凝聚行为的研究
• 4.1 实验原料和方法
• 4.1.1 白水和浆料
• 4.1.2 胶体粒径测定
• 4.1.3 胶体颗粒数目的测定
• 4.1.4 β-环糊精
• 4.1.5 EMMA 测定方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 EMMA 与粘性的关系
• 4.2.2 EMMA 和胶体状有机物浓度
• 4.2.3 EMMA 的测定
• 4.2.4 玖龙纸业过程水中微胶粘物的凝聚行为
• 4.2.5 广州造纸厂过程水中微胶粘物的凝聚行为
• 4.3 本章小结
• 第五章 无机填料对废纸浆胶粘物沉积的影响
• 5.1 实验原料和方法
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 滑石粉和轻质碳酸钙形态的扫描电镜观察
• 5.2.2 325 目滑石粉对树脂沉积的影响
• 5.2.3 钙离子对加入滑石粉树脂体系沉积性能的影响
• 5.2.4 超细滑石粉的加入对树脂沉积的影响
• 5.2.5 几种无机填料对树脂沉积影响的比较
• 5.2.6 无机填料加入顺序对树脂沉积的影响
• 5.2.7 填料对水性丙烯酸树脂的吸附
• 5.2.8 滑石粉和轻质碳酸钙对二次胶粘物沉积的影响
• 5.2.9 胶粘物沉积中的无机填料
• 5.2.10 填料和阳离子电解质加入顺序对胶粘物沉积的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 流式细胞仪用于判断次生胶粘物数量和粒径大小的应用研究
• 6.1 实验原料与方法
• 6.1.1 浆料及其处理
• 6.1.2 阳离子定着剂
• 6.1.3 胶粘物粒子染色
• 6.1.4 浊度的测量
• 6.1.5 流式细胞仪分析
• 6.2 结果和讨论
• 6.2.1 浊度仪分析原理
• 6.2.2 浊度仪分析结果
• 6.2.3 流式细胞仪分析
• 6.3 流式细胞仪对实际生产的指导应用
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢