树脂障碍及化学控制.ppt
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第六节树脂沉积及化学控制,本节重点:
树脂及其沉积物的危害。
滑石粉控制树脂沉积的机理、加入地点及优缺点。
用硫酸铝控制树脂沉积时,应控制的关键因素。
阴、阳、非离子型表面活性剂控制树脂沉积的机理。
用表面活性剂控制树脂沉积时,应考虑的主要问题。
高分子量助留剂控制树脂沉积的机理。
本节难点:
硫酸铝、表面活性剂控制树脂沉积的机理。
课时分配:
4学时。
第六节树脂沉积及化学控制,一名词术语1树脂(resin)植物纤维原料或纸浆中能被中性有机溶剂(丙酮、苯醇)抽提出来的憎水性有机化合物。
针叶木的树脂:
游离的树脂酸、游离的脂肪酸、甘油三酸酯和不皂化物等。
由于机械或化学作用,树脂会释放出来,并以多种方式沉积在设备表面,产生一系列的树脂问题。
2树脂沉积物(Pitchdeposits)沉积在设备或产品表面的粘性有机或无机化合物。
有机化合物除木材的树脂成分外,还可能包括消泡剂、松香胶、涂料和碱性施胶剂中的某些成分等。
无机物主要是一些不溶性的金属盐,如碳酸钙等。
3树脂障碍(Pitchtrouble)由于树脂的沉积,造成制浆造纸过程受到影响,产品质量和产量下降的状态。
4有害树脂(harmfulpitch)容易发生沉积而引起树脂障碍的那部分树脂。
树脂的有害性受其化学成分和物理状态影响。
5白树脂(whitepitch)涂布损纸回收过程中所发现的白色沉积物。
主要来源于涂料粘合剂。
6树脂控制(Pitchcontrol)采取措施防止树脂的沉积和沉积物的形成。
树脂控制的方法:
化学控制、机械控制、生物控制和工艺控制等。
二树脂的化学组成对树脂沉积性能的影响,1、非极性分子更容易与疏水性的金属表面形成范德华力,引起树脂的沉积。
甘油三酸酯(triglycerides,TG)是引起树脂沉积的关键物质。
用脂肪酶处理纸浆。
可降低纸浆中TG含量。
2、不皂化物:
黏性较高,也是引起树脂沉积的重要化合物。
松木:
皂化物:
不皂化物=10:
1杨木:
皂化物:
不皂化物=(1.4-2):
1皂化物:
不皂化物3:
1,才能使树脂得到良好的去除。
硫酸盐法蒸煮阔叶木时,添加塔罗油可减少树脂问题。
二树脂的化学组成对树脂沉积性能的影响,3、脂肪酸:
在树脂沉积中起两种不同的作用:
(1)硫酸盐蒸煮时,脂肪酸的存在有利于树脂的溶解与去除。
(2)脂肪酸本身也可发生沉积。
系统中含有较高浓度的钙离子或碳酸钙时,会形成不溶性皂化物而发生沉积。
脂肪酸黏性较小。
4、树脂酸:
没有粘性,危害最小。
不同组分具有不同的沉积性能,不能仅用抽出物总量衡量树脂的沉积性。
当各种组份混合存在时,大大增加粘性,造成树脂沉积。
三影响树脂组成及含量的因素,1、原料种类针叶木树脂含较多的游离树脂酸和脂肪酸;阔叶木树脂含较多的不皂化物,几乎不含树脂酸。
阔叶木在硫酸盐制浆时,会产生比针叶木更严重的树脂问题。
2、树木的不同部位心材比边材高,晚材比早材高,树皮比木质部高得多。
不同部位的树脂组成也有所不同。
3、树木的生长季节冬季最高,春季开始减少,夏季最低。
三影响树脂组成及含量的因素,4、木材的贮存方法及时间陆地贮存可使抽出物含量下降,木材风化可降低TG和不皂化物含量,减少树脂问题。
原木陆地贮存时间最好6个月。
挥发性组分减少;TG在酶作用下,水解成脂肪酸和甘油;不饱和脂肪酸发生氧化;蜡在酶作用下,发生水解断裂。
5、制浆方法树脂问题严重程度:
亚硫酸盐浆高得率浆碱法浆碱法蒸煮会使树脂酸和脂肪酸生成皂化物,洗涤时易于除去,树脂问题较少。
洗涤是去除树脂的有效方法。
四树脂沉积将成为造纸业日益突出的问题,1、系统用水的封闭循环是树脂沉积恶化的重要因素。
2、二次纤维用量的增加。
3、纸机车速的提高。
4、制浆用材种类的扩展。
5、碱性抄纸技术的应用。
6、纸种的低定量化和造纸助剂的多样化。
五制浆造纸厂常见的树脂问题及危害,
(一)制浆车间1、磨浆机内、探头或管道、浆池内壁沉积脱落下来的沉积物会形成斑点和尘埃,降低浆料质量。
2、硫酸盐浆厂最后一台洗浆机和筛选工段沉积大大降低筛选、净化效率。
(二)进入废水系统增加废水毒性,树脂酸是非漂白废水毒性的主要来源。
五制浆造纸厂常见的树脂问题及危害,(三)抄纸车间1、浆池、蓄水池和网下白水坑水面上、白水池内壁;2、案板或吸水箱、造纸网、伏辊、压榨辊、压榨毛毯、烘缸、压光辊。
降低脱水效率;引起纸幅断头,增加设备的清洗和维修时间,导致产量下降;形成树脂斑点和孔洞,使成品质量下降;降低纸页匀度和强度;影响绒毛浆的吸水性能。
六树脂沉积的机理,1、树脂酸、脂肪酸+Ca2+钙皂,粘性剪切力球形或线形树脂沉积2、系统化学平衡遭到破坏,各种组分的表面电荷发生变化,导致树脂的聚结和沉积。
白水的封闭循环是导致系统化学平衡破坏的主要因素。
七树脂沉积的化学控制,滑石粉是硫酸盐浆厂用于控制树脂的一种有效添加剂。
硫酸铝是使用磨木浆生产新闻纸的纸厂最常用和最有效的树脂控制剂。
表面活性剂,
(一)滑石粉1.化学组成及性质3MgO.4SiO2.H2O,63.4%SiO2、31.9%MgO,是一种憎水性片状晶体,两边亲油,中间边缘亲水,羟基,氧,四面体“硅”亲油性,八面体的“Mg(OH)2”亲水性,亲油,亲水,pH中性化学惰性,滑石粉最软的矿物,摩氏硬度=1,1,10,100,1000,10000,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,Mohs,硬度,相对硬度,Talc=,Talc=,Gypsum=3,Gypsum=3,Calcite=9,Calcite=9,Quartz=100,Quartz=100,Diamond=1600,Diamond=1600,2.滑石粉控制树脂和胶粘物机理,吸附小颗粒的树脂和胶粘物,每个片晶的表面可吸附14个树脂粒子。
(1)吸附作用滑石粉具有亲油性,能够吸附憎水性的胶状树脂,使树脂失去粘性,抑制树脂的粘附、聚集和沉积。
(2)防粘作用,包裹大颗粒的树脂和胶粘物,已经发生聚结的树脂大颗粒表面包裹上滑石粉,降低树脂表面的粘性,避免进一步的聚结和沉积。
剪切力存在时,已聚结的胶状树脂可能发生分裂,重新暴露出新鲜的粘性表面,再次发生聚结和沉积。
滑石粉应在树脂未发生聚结时加入。
3滑石粉的性质对树脂沉积控制的影响
(1)结构,与纸张加填用的滑石粉有很大的差别。
用于控制树脂的滑石粉应是微晶体结构,具有更多的比表面积,吸附能力更强。
若结构为片状,需很高的加入量。
在新闻纸中,如果加入量太大就会在印刷时产生灰尘问题,影响印刷机的高速运行及高档印刷。
不同产地的滑石粉,结构有很大区别。
滑石图片,片状滑石,微晶体滑石,
(2)纯度,纯度越高,效果越好。
(3)粒度粒度越小,比表面积越大,吸附能力越大。
4滑石粉的加入地点和加入量,
(1)不能在洗浆机内或洗浆机前加入。
?
(2)应避免滑石粉与消泡剂同时使用。
?
(3)在白水贮存池的白水泵进口处加入,可有效避免白水引起的树脂问题。
?
(4)若在未漂浆的筛浆工段出现树脂问题,可在此处或以前的位置加入滑石粉。
(5)未漂浆最后一段洗浆机的出口处是一个理想的加入点。
(6)在漂白工段,应在纸浆pH值、温度和浓度变化大的地点加入。
滑石粉的加入量:
取决于树脂问题的严重程度。
添加量为4.5kg/t绝干浆左右时,可达到良好的控制效果。
5.滑石粉在树脂和胶粘物控制中的作用效果,
(1)失去粘性的胶粘物颗粒可以充当填料保留在产品里取代纤维。
可以增加得率约1-2%,提高经济效益。
(2)白水浊度会明显降低,在水系统高度封闭的情况下,不会产生胶粘物的累积,属于良性循环。
(3)纸机保持长久清洁,减少停机和清洗时间。
(4)产品质量得到改善(减少了尘埃点,透明点和孔洞,提高纸页的平滑度和不透明度)。
优缺点:
其本身为化学惰性,不影响纸机的湿部化学添加量较多,对设备有磨损,计量较困难。
6.滑石粉的阳离子化,N+,R,R,R,N+,R,R,R,阳离子聚合物联接在滑石的边缘,保留其憎水性的表面,阳离子滑石粉(MistronPlus)的优点,优化的粒径及细度阳离子化的边缘zeta电位+30mv适用于所有树脂及胶粘物控制,更高的效率减少阴离子拉圾对zeta电位没有显著影响更容易分散更高的留着率更好的性价比,阳离子滑石粉(MISTRONPLUS)的作用机理,1、吸附树脂颗粒,使树脂失去粘性,阻止树脂的粘附、聚集和沉积。
2、包裹大颗粒的树脂和胶粘物,使树脂失去粘性,阻止树脂的粘附、聚集和沉积。
3、捕捉阴离子垃圾。
阳离子滑石粉(MISTRONPLUS)的作用机理,高效率的树脂及胶粘物控制,-30,-20,-10,0,10,20,30,40,空白,未处理滑石粉,阳离子滑石粉,树脂沉积(mg)Gustafsson方法,Zeta-电位,更强的树脂及胶粘物吸附能力,0,200,400,600,800,1000,1200,普通滑石粉,阳离子滑石粉,树脂吸附能力mg/g,更好的胶粘物处理效果,0,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,1800,2000,ohneTalkum,Malusil75-6,Malusil75-6K,更强的胶粘物控制能力,5000,单次值均值(12次测试),空白普通滑石粉阳离子滑石粉,胶粘物面积mm/m,CTP-PIRA-Methodwithacrylicbasedadhesivelabels,阳离子滑石粉更高的留着率,60,65,70,75,80,85,75-6,75-6K,灰分%,+16%,普通滑石粉阳离子滑石粉,阳离子滑石粉减少了DIP浆的阴离子垃圾,阳离子滑石粉加入时间(周),阳离子需求(ml)/pH值,Zeta电位mV,0,2,4,6,8,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,-25,-20,-15,-10,-5,0,pH值,阳离子需求量,zeta电位,阳离子滑石粉的使用情况,MISTRONPLUS已在浆纸行业使用了20多年。
在欧洲与美国,80-90%新闻纸生产者在使用MISTRONPLUS滑石处理胶粘物及树脂。
而且大多是处理DIP浆。
新闻纸机车速越来越快,对于胶粘物控制的要求也越来越高。
减少纸品的尘埃点、孔洞,提高产品一级品率。
MISTRONPLUS滑石至少有50%留着在纸张中,提高产品灰分。
因为小胶粘物可以保留在纸品里,白水中的胶粘物相对降低,在水系统比较封闭的情况下,可以起到促进良性循环的作用。
提高胶粘物密度以提高除渣效率,提高除渣器胶粘物去除效率,胶粘物150m,mm/m,0,2000,4000,6000,8000,10000,进浆,良浆,一段渣浆,-63%,0%,+576%,+259%,空白,阳离子滑石粉,进浆,良浆,一段渣浆,降低断纸次数(新闻纸),改善纸机的运行(生活用纸),空白,Mistron滑石粉,-68%,减少树脂和胶粘物的沉积,纸机运行更干净,增长毛毯寿命(生活用纸),
(二)硫酸铝是用磨木浆生产新闻纸纸厂最常用和最有效的树脂控制剂。
1控制机理铝的络离子化合物主要有五种形态:
Al3+、Al(OH)2+、Al8(OH)204+、Al(OH)4和Al(OH)3。
pH3,以Al(H2O)63+的形式存在。
pH值在35或6范围时,Al(H2O)63+浓度下降,Al(OH)2+、Al8(OH)204+的浓度增加。
在更高的pH值条件下,会形成固态Al(OH)3沉淀。
pH10,主要形成Al(OH)4,对于树脂酸粒子:
pH值=3时,粒子表面不带电荷或仅带有很少量的负电荷,此时树脂容易沉积;pH值增到4.8,树脂酸粒子表面带负电荷。
当pH值增到4.8时,硫酸铝水解形成的Al8(OH)204+吸附在树脂酸粒子的表面,使粒子表面变成正电性,使树脂粒子重新变得稳定。
当系统中存在纸浆纤维时,带正电性的树脂粒子就会强烈地吸附在带负电荷的纤维上,留在湿纸页中,不会发生树脂聚结和沉积。
pH=4.8时,Al8(OH)204+浓度最高,高于Al(H2O)63+和Al(OH)3,使树脂粒子的正电性最强,控制树脂的效果最好。
加入一定量的NaOH或铝酸钠调控pH值。
2硫酸铝的加入量和加入地点,硫酸铝控制树脂沉积的效果取决于系统中的铝离子浓度和纸料pH值。
加入量:
当系统中铝离子浓度高于20mg/L时,pH值4.04.5最佳;铝离子浓度低于20mg/L,pH值在56最佳。
铝离子浓度增加,纸张白度、撕裂指数、耐破指数会下降;加入地点:
纸机浆池、磨木机喷水管、混浆池、浓缩浆池和白水池等。
在纸机浆池中加入硫酸铝最有效。
3硫酸铝控制树脂沉积的优缺点,优点:
(1)树脂粒子最终留着在成纸中。
有助于降低树脂在白水中的浓度。
(2)操作和计量比较方便。
缺点:
(1)部分硫酸铝和树脂会沉积在毛毯和吸水箱中。
(2)需要严格控制系统的pH值和温度。
(3)pH值较低,增加了设备的腐蚀。
(4)会导致纸张某些性能的下降。
(三)表面活性剂,阴离子型和非离子型表面活性剂已广泛用于制浆造纸厂树脂沉积的控制。
1控制机理显著降低树脂粒子的表面或界面张力。
表面活性剂起到润湿、乳化、溶解和稳定树脂粒子的作用。
(1)阴离子型表面活性剂控制树脂沉积的机理,疏水基团吸附在憎水的树脂粒子表面上,使树脂粒子表面的负电荷增加,Zeta电位增加,从而增大树脂粒子之间的排斥力,避免树脂粒子之间的聚结。
阴离子表面活性剂可改变树脂液滴的粘度或粘性,降低树脂的沉积趋势。
(2)非离子表面活性剂控制树脂沉积的机理,疏水基团吸附在树脂粒子的表面,亲水基团伸向水中,降低了树脂粒子的表面张力,使树脂粒子稳定而不易聚结沉积。
吸附了非离子表面活性剂后,树脂粒子的粘性得到降低,避免树脂粒子间的聚结。
树脂粒子被非离子表面活性剂包围增大了空间位阻,抑制树脂粒子间的聚集。
(2)非离子表面活性剂控制树脂沉积的机理,软化和溶解已形成的树脂沉积物,使树脂沉积物转变成较小体积的树脂粒子,并进一步使这些小的树脂粒子乳化。
(3)阳离子表面活性剂控制树脂沉积的机理,阳离子表面活性剂吸附在树脂粒子上,使树脂粒子表面带上阳电荷,吸附在纤维上,留在纸页中。
阳离子表面活性剂能使树脂粒子之间产生聚结,增大树脂粒子尺寸,使其易于截留在纤维介质中。
阳离子表面活性剂中的某些聚合物可以吸附在设备的表面上,增加设备表面的亲水性,并形成一层空间位阻,从而避免树脂粒子与设备表面之间范德华力的形成。
与滑石粉一起使用,可降低树脂粒子的黏性,抑制树脂粒子的聚结沉积。
2表面活性剂控制树脂沉积的效果,
(1)非离子表面活性剂的控制效果是最有效的。
生产溶解浆粕时,非离子表面活性剂获得广泛的应用。
?
在碱处理段,常采用非离子表面活性剂去除树脂。
温度、碱、HLB值、用量等都能影响其效果。
有无搅拌可使树脂的去除率相差640%。
(1)非离子表面活性剂的控制效果,HLB值对树脂控制效果有较大的影响。
HLB值10的非离子表面活性剂不适宜作为树脂控制剂。
在一定范围内,HLB值越大,控制效果越好。
(1)非离子表面活性剂的控制效果,用量受许多因素的影响,取决于纸浆中的树脂含量。
用量20mg/kg,树脂沉积量减少75%,用量40mg/kg,树脂沉积量减少88%。
(1)非离子表面活性剂的控制效果,
(2)阴离子表面活性剂的控制效果,比非离子表面活性剂差。
(3)阳离子表面活性剂的控制效果,用量20mg/kg,树脂沉积量减少83%以上,用量40mg/kg,树脂沉积量减少92%左右。
3表面活性剂的加入点及加入量,加入点:
C段、E段洗浆机出口处是最常见的加入点。
若白水中含较多树脂,在白水槽中加入。
筛浆工段:
若木素浓度高于0.2g/L,不需要加入。
在利用洗涤法除去树脂时,洗涤工序前不加阳离子表面活性剂,否则会影响洗涤对树脂的去除。
加入量:
取决于树脂的含量、物质状态及树脂障碍的程度等。
0.51.5kg/t纸浆。
4表面活性剂控制树脂沉积应考虑的问题,
(1)纸浆用材种类针叶木浆:
添加非离子表面活性剂可能有更好的效果。
阔叶木浆:
选用价格较便宜的阴离子与非离子表面活性剂一起使用。
(2)纸浆的要求对树脂含量有严格规定的纸浆(如溶解浆、绒毛浆):
不能使用阳离子表面活性剂,应使用非离子或阴离子表面活性剂。
?
4表面活性剂控制树脂沉积应考虑的问题,(3)环境保护(4)白水封闭循环系统具有完善的白水封闭循环系统的纸厂应考虑使用滑石粉、硫酸铝和表面活性剂一起控制树脂。
(5)价格,5.表面活性剂控制树脂沉积的优缺点,优点:
用量少;操作和计量方便;不需要严格控制系统的pH值和温度。
缺点:
(1)更高用量的表面活性剂对施胶会带来潜在的不利影响.
(2)导致泡沫的形成.(3)由于大快沉积物的脱落而导致纸页中产生针眼、孔洞或断头.(4)会导致白水封闭系统中树脂的积累.(5)不利于环境的保护。
(四)螯合剂,1控制机理螯合剂螯合系统中的钙、铜、铁和锰等金属离子,防止它们和系统中的阴离子皂结合成不溶性皂化物。
六偏磷酸钠不仅能够螯合金属离子,也对树脂具有分散作用。
2控制效果EDTA在pH值7条件下,效果非常明显,足够量的螯合剂可获得和非离子表面活性剂相同的效果。
2螯合剂树脂沉积的效果,DTPA用量少于20mg/kg,几乎没有效果,用量40mg/kg,树脂沉积量减少82%以上。
磷酸盐是最常用的,六偏磷酸钠最为有效。
通常情况下,磷酸盐和表面活性剂一起使用,,2螯合剂树脂沉积的效果,3螯合剂控制树脂沉积应注意的问题,
(1)只有当系统中树脂的沉积是由于含有较多的钙等金属离子引起时,才最为有效。
(2)要在形成不溶性钙皂以前加入,否则会大大降低效果。
(3)只有和其他控制剂混合使用,才能发挥各自的优势。
(4)磷酸盐不能和硫酸铝同时使用。
(五)助留剂控制树脂沉积的机理及效果,1、低分子量高阳电荷助留剂的控制机理助留剂吸附带有负电荷的树脂粒子,使树脂粒子带正电荷而吸附沉积在纤维表面,避免树脂粒子发生聚结或沉积。
聚酰胺-聚胺、聚胺、聚乙烯亚胺。
2、高分子量助留剂的控制机理聚合物吸附在树脂粒子表面,然后又吸附在另一树脂粒子或纤维上,最终使树脂粒子互相连接并最终附着在纤维表面上。
“搭桥”机理。
聚合物的分子链必须足够长,电荷并不是先决条件,但阳离子的效果更好。
2助留剂对树脂沉积的控制效果,聚氧乙烯醚(PEO)效果最好。
低分子量阳离子助留剂,聚合物用量低于2%,效果不明显。
为何树脂问题将成为造纸工业中日益突出的问题?
树脂及其沉积物的危害有哪些?
滑石粉控制树脂沉积的机理、加入地点及优缺点?
用硫酸铝控制树脂沉积时,应控制的关键因素是什么?
阴、阳、非离子型表面活性剂控制树脂沉积的机理?
用表面活性剂控制树脂沉积时,应考虑的主要问题有哪些?
什么情况下,用螯合剂来控制树脂沉积?
高分子量助留剂控制树脂沉积的机理?
哪些树脂障碍控制剂能使树脂留着在纸张中?
而哪些树脂障碍控制剂能使树脂进入白水系统中?
举例说明各种树脂障碍控制剂的应用对象。
思考题,助剂添加点,二次蒸汽冷凝器,干燥部,网部,锥形除砂器,冲浆泵,碎浆机,白水过滤机或水处理池,清水收集槽,稀白水,浓白水,碎浆机,排放,冷缸水,纸浆,清水,配浆池,水硬度控制剂,阳离子增强剂,内施胶剂,树脂控制剂,助留助滤系统,
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- 树脂 障碍 化学 控制