制浆造纸助剂1

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1、制 浆 造 纸 助 剂 讲授：王代启第一章概论 一、制浆造纸助剂在制浆造纸中的 特点与作用l随着造纸工业的不断发展及造纸化学品的 不断开发和应用，目前在纸张生产的各个工 序中，几乎都有各种造纸助剂的应用。1.特点：l用量少，一般用量只有纸张总量的12 。l作用大，已成为不可缺少的一部分。2.作用： (1)优化制浆 缩短蒸煮时间、降低碱用量 提高浆得率、废纸脱墨 (2)改善抄造 助留、 助滤、防腐、消泡、分散、树脂障碍控 制，剥离、 起皱 (3)改善纸页的性能 增强干强、层间结合强度、表面强度 湿强度、施胶 、增白、抗水、防油、阻燃等 （4）提高纸产量，减少污染。 回收细小纤维与填料减少其他化学

2、品用量二、制浆造纸助剂的分类l1.制浆助剂l（1）蒸煮助剂，如蒽醌及醌类衍生物， 表面活性剂l（2）漂白助剂：如氨基黄酸，EDTA等l（3）废纸脱墨助剂（洗涤与浮选）l（4）消泡剂 如煤油、脂肪酸酯、正 辛醇、聚醚、硅油等 l2. 造纸助剂l（1）浆内施胶剂： 主要有松香胶、 强化松香、分散松香胶、中性施胶剂( 如阳离子松香胶)、AKD、ASA。l（2）助留、助滤剂：铝盐、聚丙烯酰 胺、聚乙烯亚胺、聚甘露糖半乳糖、阳 离子淀粉、壳聚糖及其改性物 等 （3）增干强剂 ：淀粉及各种变性淀粉， 聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺 、聚丙烯酰胺接 枝淀粉 等 三聚氰胺甲醛树脂、双醛淀粉、聚乙烯亚 湿强剂 胺、聚酰

3、胺多胺环氧氯丙烷 三聚氰胺甲醛树脂、双醛淀粉、聚乙烯亚 湿强剂 胺、聚酰胺多胺环氧氯丙烷 （4）湿强剂：三聚氰胺甲醛树脂、脲醛 树脂、聚乙烯亚胺、聚酰胺多胺环氧氯丙 烷 等 （5）浆内消泡剂：聚醚类、脂肪酸酯类、 有机硅类 （6）浆料染色剂、增白剂 （8）柔软剂：（7）分散剂：主要有聚氧化乙烯、聚丙 烯酰胺及海藻酸钠等 （9）表面施胶剂：包括改性天然高分子( 如改性淀粉、羧甲基纤 维素等)、合成高 分子(如聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、苯乙烯马 来酸酐共聚物)、蜡乳液、硬 脂酸盐配合 物等 3.加工纸助剂 (1)涂布粘合剂 :天然高分子(如阿拉伯树胶 、骨胶、明胶、酪素、皂荚、豆胶、淀粉 等)、改性天

4、然高分子(如羧甲基纤维素、氧 化淀粉、羟乙基淀粉等)、合成高分子(如丁 苯胶、丁腈胶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯 、聚丙烯酸酯、改性醇酸树脂、酚醛树脂 、聚氨酯等) （2）消泡剂：有机磷酸酯，硅酮、辛醇 、醋酸铵、脂肪酰胺与聚氧乙烯酯、醇、 醚等多种表面活性剂复配而成的消泡剂。 （3）光亮剂：如蜡乳液等。 （4）分散剂：包括： a.无机物：如聚磷酸盐类，硅酸盐类等。 b.有机物： 包括阴离子聚合物，如聚丙烯酸钠等；非离子聚合物，如聚氧乙烯醚类等。（5）防腐剂：有硫、卤、汞、锡等的 有机化合物；杂环酯类化合物等。 （6）交联剂(抗水剂）:甲醛、乙二醛、 氨基树脂 (三聚氰胺和脲醛树脂)、和金 属盐类

5、(硫酸锆酰胺等)。 （7）润滑剂：如硬脂酸钙，聚乙烯乳 液等。 （8）增白剂等三、制浆造纸助剂的现状及发展趋势1.国内外制浆造纸助剂的现状造纸工业的发展带动了制浆造纸助剂的发展 ，制浆造纸助剂开发与应用又进一步促进了 制浆造纸技术的进步。自二十世纪六十年代，国外先进的国家逐步 开始制浆造纸助剂的研发。我国于自二十世纪八十年代才逐步开始制浆 造纸助剂的研发。2003年全球造纸专用化学品的销售额为109. 98亿美元。其中美国、西欧和日木三地的销 售额合计为87. 46亿美元。中国约为3. 4亿美 元。 随着造纸工业向规模化、纸机高速化、企业追 求质量、效益和环境以及在造纸生产中回收纤 维和颜料用

6、量的不断增加，预计对专用化学品 的需求将以5%的年均幅度增长。2. 制浆造纸助剂的开发与应用水平造纸工业发达的国家也是制浆造纸助剂开发与 应用技术先进的国家。la.国外主要是美国、西欧及日本，制浆造纸助 剂的开发与应用较早，水平较高，品种较多（ 有76个品种，4500牌号）l国内开发与应用较晚，整体水平有差距，品 种较少（只有200多牌号）lb. 国外助剂生产厂家设备先进，生产 规模较大，生产条件控制严格，产品质 量较高且稳定。l 国内助剂生产厂家装备较差，生产规 模小，生产条件控制不太严格，产品质 量较低、稳定性较差。l国内高档纸种所用的中性施胶剂及涂布 助剂基本要采用国外公司的产品。lc.

7、 国内科研资金少、研制力量不足l国内制浆造纸助剂的研制与开发大多仿 制国外同类产品，而企业对新型制浆造 纸助剂的重要性认识不足，因而资金投 入较少。3. 制浆造纸助剂的发展趋势 （1）随着再生纤维回用率的提高，脱墨 助剂的开发与应用将得到较好的发展。 （2）纸机的高速化及白水系统的高封闭 程度，使得对湿部系统的留着、滤水及成 形有了更高的要求，将促进助留/滤剂及 成形剂的生产与应用。（3）在施胶方面，国外先进的国家已淘 汰皂化松香胶，而强化松香胶的用量逐 年减少。逐步由中性施胶剂代替，而中 性施胶剂仍然是AKD和ASA占主导地位 。（4）在涂布粘合剂方面，适用于高速涂 布的胶乳及改性淀粉的研制

8、将是涂布粘 合剂的发展方向。（5）我国是造纸大国，2005年纸和纸板总 产量为5600万t，消费量为5930万t，均居世 界第二位；2008年中国纸和纸板的生产量达 7980万吨,据世界首位 较大比例的非木材纤维原料及其二次纤维的 使用，使我们的产品档次受到了影响。非木材纤维原料在相当一段时间内仍是我 国重要造纸原料，解决因原料产生的纸张质 量问题，开发和使用制浆造纸助剂将是一个 重要途径。高效制浆造纸助剂的研究、开发与 生产高效制浆造纸助剂，则可以在制浆 过程中尽量减少对纤维的损伤； 在抄纸过程中，通过高效助剂抄制出高 档纸中。将会大大促进造纸工业的进步 。（6）生物助剂在造纸工业中的应用生

9、物技术的发展为造纸工业降低能耗、清洁生物技术的发展为造纸工业降低能耗、清洁 生产开辟了新的天地生产开辟了新的天地, ,是制浆造纸工业中的一个是制浆造纸工业中的一个 新的重大研究开发领域。主要应用为：新的重大研究开发领域。主要应用为： a.a.生物制浆生物制浆 ：用生物酶降解木素，结合化学及：用生物酶降解木素，结合化学及 机械法进行制浆。机械法进行制浆。 b.b.生物漂白：利用微生物或其产生的酶与纸浆生物漂白：利用微生物或其产生的酶与纸浆 中的某些成分作用中的某些成分作用, ,改善和提高纸浆的白度。改善和提高纸浆的白度。c.c.废纸的生物脱墨废纸的生物脱墨 ：利用生物酶改变纤维分 子的侧链结构,

10、剥离表面油墨。 d.d.造纸废水的生物处理造纸废水的生物处理 ：制浆造纸污染物主 要是有机物。利用微生物降解和转化有机物的 能力，达到处理制浆造纸废水 的目的。随着生物技术在造纸工业方面的深入研究 与逐步应用,将带来良好的经济效益，实现造 纸工业的清洁生产。因此,生物技术在造纸工 业上的应用将会有广阔的发展前景。第二章造纸用水溶性聚合物水溶性聚合物在造纸工业应用较广泛水溶性聚合物在造纸工业应用较广泛 ，主要用作：，主要用作： 助留剂、助滤剂、纤维分散剂、树脂助留剂、助滤剂、纤维分散剂、树脂 障制剂、消泡剂、防腐剂纸张增强剂障制剂、消泡剂、防腐剂纸张增强剂 及废水处理剂等。及废水处理剂等。 水溶

11、性聚合物按其来源可分为：水溶性聚合物按其来源可分为： 1.1.合成聚合物合成聚合物 2. 2. 天然及改性聚合物天然及改性聚合物图图2 21 1水溶性聚合物的分类水溶性聚合物的分类第一节合成聚合物l一、聚丙烯酰胺(PAM) 聚丙烯酰胺(PAM)又分为非离子聚丙烯酰 胺(NPAM)、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM ）、阴离子聚丙烯酰胺(APAM)及两性聚丙 烯酰胺。 （一）聚丙烯酰胺的制备1. NPAM以丙烯睛和水为原料先合成丙烯酰胺单 体，通过自由基链反应制备 可根据需要通过控制不同条件聚合出 不同分子量的NPAM。NPAM因不具离子性限制了使用 2.APAM 通常有3种方法制备APAM （1）水

12、解法水解率一般控制在2030（2）通过磺甲基化反应（3）丙烯酰胺与丙烯酸共聚3.CPAM 主要有以下方法： （1）利用Hofmann降解反应（2）利用Mannich反应 PAM与二甲胺、甲醛反应可看作丙烯酰胺二甲胺甲基丙烯酰 胺的共聚物（3）以丙烯酰胺为主要单体，与其它阳 离子单体共聚共聚单体较多，生成的CPAM的种类也较 多。4.两性PAM （1）利用单体共聚，将丙烯酸、丙烯酰 胺与N,N二甲氨基丙基丙烯酰胺在酸性 条件下共聚，得到如下两性PAM：（2）在APAM分子链上引入阳离子基（3）在APAM中加入NaOCl， 进行 Hofmann降解反应（二）PAM的性质应用PAM产品为白色粉末，或

13、无色透明 胶体，PAM不同的分子量使其具有不 同的作用： 50万以下（NPAM）：分散剂 50万200万：（CPAM，APAM）增 强剂 200万500万：（CPAM，APAM）助 留剂，及助滤剂（CPAM） 500万以上：（CPAM，NPAM）二、聚乙烯醇 1.聚乙烯醇的制备制备聚乙烯醇，是先由乙酸乙烯酯聚合 ，生成聚乙酸乙烯酯，然后将聚乙酸乙 烯酯醇解即生成聚乙烯醇。反应式如下l2.聚乙烯醇的性质（1）聚乙烯醇的外观为白色颗粒或絮状（ 2）聚乙烯醇的溶解性醇解度 99% 只溶于 95水 不溶于一般有机溶剂、油和脂类（3）聚乙烯醇的粘度 分子量的增加，其粘度增加。 产品有，低、中、高三种 用

14、于用于表面施胶及涂布的一般为中低 粘度，分子量10002000 （4）有较好的胶粘性能及成膜性能 3. 应用 主要用于表面施胶一般与改性淀粉配用 也可单独使用 作为涂布粘合剂No2 三、聚氧化乙烯 (PEO)1.制备 环氧乙烷在多相催化剂（粉状）作用下 ，开环聚合成聚氧化乙烯。加水中止反 应。此反应产品的分子量2.5万时为聚氧化乙烯。2.性质 （1）聚氧化乙烯为白色颗粒或粉末状， 熔点6570 ，易溶于水。 （2）造纸使用的PEO分子量一般300万 其1的水溶液即呈粘稠状。 （3）PEO在空气中，常温下易降解 如：分子量300万，在空气中放15天会下 降到150万。 在水溶液更易降解3.应用

15、（1）作为纤维分散剂，分子量300万 400万。 （2）助留剂及白水澄清剂，分子量 600万。四、聚乙烯亚胺（PEI)1.制备 PEI由乙醇胺与氯化氢反应先生成乙醇胺 盐酸盐，在与氯化亚砜得到乙烯亚胺， 然后在酸性条件下，聚合成聚乙烯亚胺2.PEI性质 外观：白色或淡黄色粘稠状液体，溶于水 及低级醇， 50的PEI 的pH：12.5 是阳离子聚合物分子量一般在30010万3.应用 （1）作为湿强剂，分子量一般1500 3500，可直接与带阴离子电荷的纤维作 用，它与其它湿强剂不同，下机即获湿 强度，一般用于未施胶纸。 （2）也可作为干强剂 （3）作为絮凝剂。五、聚酰胺多胺环氧氯丙烷（PAE)

16、（一） PAEPAE的制备的制备 PAEPAE的制备分两步进行的制备分两步进行 一是先合成聚酰胺，第二步是合成一是先合成聚酰胺，第二步是合成PAEPAE 1.1.聚酰胺的合成聚酰胺的合成 聚酰胺是由由二元脂肪酸与多元胺在较高的聚酰胺是由由二元脂肪酸与多元胺在较高的 温度（温度（150150170170）下缩聚而成，达到）下缩聚而成，达到 一定的缩聚度，加水并冷却即中止反应。一定的缩聚度，加水并冷却即中止反应。 常用的二元酸为己二酸，而多元胺通常是二常用的二元酸为己二酸，而多元胺通常是二 乙烯三胺或三乙烯四胺乙烯三胺或三乙烯四胺2.2.聚酰胺环氧氯丙烷的合成聚酰胺环氧氯丙烷的合成 . .聚酰胺再与环氧氯丙烷反应，在中碱性聚酰胺再与环氧氯丙烷反应，在中碱性 条件下反应，反应式如下：条件下反应，反应式如下：在达到所需的粘度后，加酸中止反应在达到所需的粘度后，加酸中止反应( (二）二）PAEPAE的性质的性质 PAEPA