精细化学品化学-助剂化学

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1、精细化学品化学应用化学教研室1第一篇 助剂化学第四章 造纸化学品p46( (造纸助剂化学造纸助剂化学) )2引 言目前造纸工业已是国民经济的一个重要组成部分 ，特别是近几十年，我国随着科学技术的发展和人类 对纸张功能的需要，化学助剂在造纸工业上的应用日 益广泛，从原料上的处理到成品的整饰，几乎遍及整 个生产过程。这主要是因为随着造纸行业生产技术和 产品质量的提高，新工艺新产品逐渐增多。如上个世纪以来，世界纸与纸板生产量已达 30101万吨，制浆生产量已达17553万吨，1949年我国 纸与纸与纸板生产量仅10.8万吨，到2002年已达3780 万吨，提高了350倍。 第四章第四章 造纸助剂化学

2、造纸助剂化学3目前，纸张的品种已在5000种以上，这样仍然 采用传统的方法造出的纸远远不能满足人们的需要 ，而广泛使用化学助剂则可以达到这一目的。在制浆造纸行业中使用化学助剂有什么好处呢 ？在造纸中使用化学助剂一般不需要特殊设备、用 量较小、简单易行、效果明显、许多化学助剂赋予 了 产品以特殊性能。可以说，研究应用化学助剂是制浆造纸行业技 术发展的一个重要标志，是 提高纸张质量。开发新 品种和增加经济效益的主要措施。所以世界各国都 在重视研究和开发造纸化学助剂。4第一节第一节造纸助剂的概况造纸助剂的概况1-1 制浆造纸工艺简介纸是什么？5纸是由纤维（包括植 物纤维和非植物纤维） 和非纤维添加物

3、交织而 成的多孔性网状结构薄 型材料。纸是一种特殊的材料6纸是由植物纤维为主体的纤维物质构成的l 据研究者考究 ，一张普通的 A4打印纸，大 致由2500万根左 右的植物纤维构 成。7纸的形成l 纸是由纤维悬浮液经滤网过滤得到的滤 层、再经压榨和干燥后形成的。纤维悬浮液滤网过滤压 榨干 燥制浆抄纸涂布加工8植物纤维原料的主要化学成分植物纤维原料 (以木材为主)炭水化合物萜烯 树脂酸 脂肪酸 非皂化物葡萄糖苯丙烷 C6-C3 葡萄糖 甘露糖 半乳糖 木糖 阿拉伯糖木素纤维素半纤维素抽提物1.制浆使植物纤维原料分离成纤维过程(p46)(少量)9101112化学法：碱法、亚硫酸盐法、硫酸盐法、氯碱法

4、制浆方法机械法：木段磨木法、木片磨木法、草类机械法化学机械法：半化学法化学机械法制浆（Pulping）：利用化学方法、或机械方法、或化学与机械相 结合的方法，使植物纤维原料中的纤维离解，成为本色纸浆（未 漂浆）或漂白纸浆的生产过程。13制浆造纸基本工艺流程原料备料蒸煮洗涤筛选 漂白 抄纸 烘干 原纸 加工 磨浆 浸渍 141.制浆使植物纤维原料分离成纤维过程(p46)(1)蒸煮: 以化学方法使纤维原料分离出纤维的过程.碱法:碱液处理原纤维的植物原料石灰法 烧碱法 硫酸盐法(NaOH/Na2S)亚硫酸盐法酸性、中性、碱性亚硫酸盐法(2) 洗涤:洗去除纤维素外的成分(木素 糖料 化学药品)(3)漂

5、白漂白剂处理,消除有色物质152. 造纸(抄纸)是由悬浮在流体中的纤维在网上形成错综复杂的均匀的纤维层，再经压榨和干燥之后所形成的产品。打浆:物理过程施胶:提高纸品质量加填料:无机或高分子添加剂,颜料抄纸(上网 抄造)3.涂布加工生产出的纸张和纸板，根据使用的需要，或 者满足某种特殊的需求，需要进行各种方式的加工，如：涂 料覆盖、浸渍吸收、机械加工、贴合加工等。162. 造纸助剂化学研究造纸助剂的组成、结构、性质、制备及用途的科学称 为造纸助剂化学。“造纸助剂”属于精细化学品范畴，工业上称作“添加剂”。1-2 造纸助剂的定义及分类1. 造纸助剂p47用以提高造纸生产效率，减少造纸原料的消耗，改

6、进成品 和半成品质量，控制或缓和生产过程中可能发生的障碍，或 使产品具有某些特殊性能和功能所使用的化学药品，统称为 造纸助剂。 不包括基础化工原料17二. 造纸助剂的分类(按加工工艺分类 p48表)（一）制浆助剂1.蒸煮助剂：用以加速蒸煮液对纤维原料渗透或加速脱木素 作用，从而缩短蒸煮时间或降低蒸煮温度，减少蒸煮药剂用 量。从而提高纸浆得率或强度的化学品，统称为蒸煮助剂。2.阻垢剂：阻止结垢化学品。3.制浆消泡剂：消除制浆过程中的泡沫。4.废纸脱墨剂：脱墨，以往用NaOH、碳酸钠、硅酸钠等，当 前主要用复合型：如双氧水、硅酸钠、氢氧化钠。螯合剂（ 三乙烯三胺五醋酸）、表面活性剂、硫酸镁、石灰水

7、。5.漂白助剂：在漂白过程中，提高漂白剂稳定性，减少无效 分解，或减少纤维素降解，以保持漂白强度的化学品称为漂 白助剂。 6.废水处理剂: 絮凝剂 生物处理剂18（二）造纸助剂1.施胶剂：用于延缓纸和纸板被水或水溶液渗透的化学品内施胶剂：包括两类，酸性施胶剂和中碱性施胶剂.表面施胶剂：用于处理纸面的胶料称为表面施胶剂。2.增强剂：提高纸和纸板物理强度得化学品干强度剂：用于增强纤维间的结合，以提高纸张物理强 度而不影响其湿强度的化学品。湿强度剂：用于提高纸张湿强度。湿强度指纸页完全被 水浸湿或被水饱和时，仍能保持其部分强度。 19树树脂名称优优点缺点阳离子型 脲醛树脲醛树 脂(UF)（1）成本低

8、 （2）损纸损纸 易于处处理（1）“下机”湿强固化率低 （2）半永久性湿强度 （3）需在低pH值值和明矾矾存在下使用 （4）有甲醛醛析出对对健康有害三聚氯氯胺 甲醛醛 树树脂（ MF）（1）对对pH值值敏感性低于脲醛树脲醛树 脂 （2） “下机”湿强固化效应应高 （3）永久性湿强度（1）SO42-离子125ppm时时，影响湿 强度效率 （2）需在工厂先用盐盐酸溶解成 510%胶体溶液后才能使用。操作比 较较麻烦烦 （3）有甲醛醛析出对对健康有妨碍聚乙烯烯 亚亚胺（ PEI）（1）粘度低，使用方便 （2）不需要明矾矾，可增进纸进纸 的柔软软 性，适于生活用薄纸纸和滤纸滤纸 等未施 胶纸纸 （3）

9、不需要高温固化处处理 （4）除可增进纸进纸 的湿强度外，兼有 助流助滤滤作用，白水中纤维纤维 易于凝 聚和回收（1）干湿强度效率较较低。一般为为提 高干强度约约1020%，湿强度20% （2）H+离子，OH-离子或其他阴离子 型聚合物的干扰扰影响较较大增强剂示例203.染色剂和调色剂：使纸张染色的化学品和调节纸张颜色的 化学品。如：二胺基苯4.助留剂和助滤剂：助留剂指提高浆料中微细颗粒在网上的 留着率的化学品。助滤剂指帮助过滤顺利进行的化学品（ 后面还有详细说明）5.造纸消泡剂：清除造纸机泡沫的化学品。6.防腐剂：用以抑制和消灭因微生物滋生繁殖引起的障碍的 化学品。7.树脂控制剂：在造纸过程中

10、能防止木浆中游离树脂析出或 废纸残留油墨凝集而生成的障碍的化学品。 21（三）涂布助剂（主要有11类涂布助剂）1.涂布胶粘剂：涂布加工中能使颜料颗粒相互粘合，并粘着于 原纸上，使涂布纸有良好光亮度和印刷性能的化学品 。 2.涂布助剂1）分散剂；2）润滑剂；3）阻溶剂；4）保水剂；5）粘度 调节剂；6）涂料消泡剂、阻泡剂；7）涂料防腐剂、防霉剂 。（四）其它助剂1.毛毯清洗剂；2.乳化剂；3.抗静电剂；4.柔软剂；5.再湿剂 、渗透剂；6.阻燃剂；7.防水剂；8.离子剂；9.絮凝剂；10.阻 絮剂。221-3 制浆造纸助剂的发展趋势（一）当前在造纸工业： 1. 我国造纸工业发展空间广阔，发展潜力

11、巨大 2001年我国纸和纸板的产量达到3200万吨，首次超过日本 居世界第二位。2002年我国产量达到3780万吨，总消费量达到4380万吨 ，与1978年相比，产量增长了8.1倍, 总消费量增长了8.9倍 。人均33公斤/年人，仅为世界平均消费水平54公斤/年人的 60%，为美国人均消费量324公斤/年人的十分之一。2010年总消费水平将到60007000万吨，年增长率为 6.6%，为全世界需求量增量的三分之一。 2 向着有利环境保护和能源节约方向3.纸张的用量和用途逐年增加，并向着多品种多样化高级化 发展4.特殊功能性纸张逐年增多: 防水 阻燃 光敏纸23二）我国造纸助剂的发展趋势1. 发

12、展数量和速度继续增加，发展潜力巨大我国上世纪80年代初，造纸化学品还几乎是空白，到“九五”末才达到30多万吨，到“十五”末高达60多万吨 2.高效、低毒、无污染和合成聚合物将有很大发展节约资源 减轻污染 和谐发展3. 功能型和过程型的助剂将有很大发展，并由一元 化单组分向着多品种复配型发展长纤维-短纤维 纸张质量要求24二）我国造纸助剂的发展趋势4.纸面处理和涂布加工助剂日趋增多浆内添加受生产条件影响(水质 温度 pH)5.向着规模化、专用化、系列化方向发展产量低、质量不稳定、品种少、专用性差、企业规模小 “ “软钢板软钢板” ”。反映国力和文化发展水平。反映国力和文化发展水平。 是是“ “朝

13、阳工业朝阳工业” ”，而不是，而不是“ “夕阳工业夕阳工业” ”。 国际上认为是六大支柱产业之一国际上认为是六大支柱产业之一25本节要点什么是造纸助剂(造纸化学品)？(P47)造纸助剂的发展趋势？ (P49)26制浆助剂:用以提高制浆生产效率，减少原料消耗,提高纸浆质量,控制与缓和制浆过程中可能发生的障碍时所用的辅助化学药品，统称为制浆用化学品,即制浆化学助剂。1.蒸煮助剂2.阻垢剂3.制浆消泡剂4.废纸脱墨剂5.漂白助剂6.废水处理剂第二节第二节制浆助剂制浆助剂p50p5027第二节第二节制浆助剂制浆助剂2-1 蒸煮助剂 蒸煮:以化学方法使纤维原料分离出纤维的过程.即在蒸煮 锅内控制T、P,

14、使含化学药品蒸煮液与纤维原料作用,使纤 维从原料分离出来的过程.28蒸煮液对原料片的浸透作用蒸煮过程中的脱木素（Delignification)1. 木素结构单元之间联结键断裂 木素大分子降解2. 木素分子内引进亲液基团 提高溶解性 总的结果：木素脱除，纤维分离成浆碳水化合物降解(Carbohydrate Decomposition)纤维素与半纤维素降解作用导致：糖基之间的苷键断裂;大分子聚合度降低; 纸浆得率与强度降低.蒸煮原理:纸浆得率（Yield）：蒸煮后所得绝干纸浆重量 对蒸煮前绝干原料重量的百分比。29纤维素的碱性降解主要有碱性水解和剥皮反应 碱性水解：甙键部分断裂，产生新的还原性末

15、端基， 聚合度下降，纤维素的机械强度下降.水解反应的程度 与用碱量、反应温度、反应时间等有关。当温度较低 时，水解反应甚微，温度越高，水解反应越剧烈。剥皮反应：在碱的影响下，纤维素具有还原性末端基的 葡萄糖基会逐个掉下来，直到产生纤维素末端基转化为 偏变糖酸基的稳定反应为止，掉下来的葡萄糖基在溶液 中最后转化为异变糖酸，并以钠盐的形式存在于碱液中。 在碱性溶液中，即使在很温和的条件下，纤维素也能发 生剥皮反应. 302-1 蒸煮助剂2.分类(化学组成)：无机多硫化物（NaSx ）:硫酸盐法亚硫酸钠(Na2SO3 ):硫酸盐法 烧碱法 硼氢化钠 (NaBH4):连二亚硫酸钠（Na2S2O4 ）;

16、1.蒸煮助剂定义(P50) ：用以加速蒸煮液对纤维原料的渗透或加速脱木素作用 ，从而缩短蒸煮的时间或降低蒸煮温度，减少蒸煮药剂的 用量，提高纸浆得率或强度的化学品。312-1 蒸煮助剂2.分类：有机（使用较早）氧化性还原性既有氧化性又 有还原性早期: 阴离子型和非离子型表面活性剂(强分散渗透性,且耐强酸强碱高温)缩短时间,节约药品和能源,提高纸浆收率.20世纪70初始:加蒽醌及衍生物,碱法加速脱木素作用,稳定碳水化合物,降低化学品及原料消耗,提高纸浆收率;硫酸盐法,通过降低硫化度,减轻环控压力. 目前,多方法普遍应用.硝基苯 甲醛烷基苯磺酸钠 烷基硫酸钠:破布脱色 废棉除脂 323.蒸煮助剂作用原理蒸煮目的：除去木素、树脂、蜡、脂肪、松节油和单宁等,得到纤维素和半纤维素