造纸药品概论-乾强剂

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1、紙力增強劑,92,乾強劑各論,紙力增強劑,93,紙張的強度性質,紙張強度性質係由下列條件所產生 纖維本身的強度 ( 漿料品質 ) 纖維長度 長纖維 = 更多的接觸面積 = 更高的強度 纖維的可撓度 纖維間的鍵結強度-(材料) 鍵結的數目 鍵結的強度 纖維間的交織-(製程) 均勻分佈的程度,紙力增強劑,94,纖維結構對紙張性質的影響,Page 發表出如所示的公式顯示 紙張的抗張斷裂強度與數項基本的纖維性質，如纖維強度與抗張強度等的關係。,紙力增強劑,95,影響紙張乾強性質的操作因素 - 抄紙條件,高紙張基重 較多纖維 = 較高的紙張強度 挺度與厚度的平方成正比 不易脫水及乾燥 較高的纖維成本較高

2、纖維品質的來源 較佳的強度 較佳的脫水、較佳的乾燥及較低的沈積物問題 較高的纖維成本程度較高的磨漿處理 較佳的結合強度、破裂強度及其他的測試品質 撕力、耐摺力、伸長度會降低 (過當磨漿處理會傷害測試結果) 不易脫水、不易乾燥、較高的能源消耗,紙力增強劑,96,改善紙張乾強度的方法 - 機械處理,機械處理方法 磨漿處理 改變纖維的性質 增加纖維表面上可供結合的位置 增加纖維的可撓度 可使纖維被壓潰效果 可增加紙張強度，不透明度變差 但會降低漿料游離度 濾水性質會變差 但處理過當會傷害纖維長度及強度 會使纖維發生切斷的結果,紙力增強劑,97,添加乾強劑的效果,紙力增強劑,98,影響紙張乾強度的因素

3、 - 紙機的抄造條件,頭箱的濃度低 較佳的張力強度及交織 對所有紙張強度性質均有利 不易脫水及更多的排水量噴漿及網速的比例 使漿料可以呈四方均勻分佈的方式排列 改善紙張橫方向的強度 (環壓強度) 紙機方向的強度會下降 破裂強度下降網案上的動作 更均勻或增加纖維的排列品質 但有時動作過度會產生不良的影響,紙力增強劑,99,主要的乾強劑,乾強劑的添加主要目的是為了提昇乾燥狀態下紙張或紙板的強度。澱粉 陰離子性、陽離子性、兩性聚丙烯醯胺（A-PAM，C-PAM） 陽離子澱粉 植物性膠 羧甲基澱粉 聚乙烯醇（PVA） 羧甲基纖維素（CMC）,紙力增強劑,100,主要的乾強劑,澱粉、植物性膠或PAM等乾

4、強劑分子內帶有羥基（-OH）或醯胺基（-CONH2），這種官能基本身之間或與纖維上或半纖維素之羥基（-OH）間會形成氫鍵結合或加強氫鍵結合，因此添加乾燥紙力劑可增加纖維與纖維間之氫鍵結合再加上因高分子間分子凝聚力之作用而使紙張的乾燥強度因而的得到改善。尚因 PAM 的分子量大、分子鏈長、與纖維間的接著點較多，也是改善紙力的理由之一,紙力增強劑,101,乾強劑,紙力增強劑,102,乾燥紙力劑的性能比較,紙力增強劑,103,氧化澱粉,氧化澱粉主要是由氯或次氯酸鹽等氧化劑將澱粉氧化是最古典的變性澱粉之一，即是利用次氯酸鈉進行澱粉的低分子反應導入羧基（-COOH）或羰基（C=O）如下式: Starch

5、 + NaOCl St-COOH+ NaCl其製法簡單、用途寬廣，今日甚至今後之需求仍然很多。 氧化澱粉的製造上曾因改變氧化方式或改變氧化劑，其製造方法經過很多的變遷。 考量經濟性，目前最常用的製法是利用玉米澱粉或樹薯澱粉添加氧化劑次氯酸鈉，在鹼性的條件下進行玉米懸浮液的不均一系反應。,紙力增強劑,104,陽離子性澱粉,基本上陽離子性化作業是導入各種帶陽離子置換基如胺基（Amine）、胺鹽（Ammonia Salt）、亞胺（Imine）等，其中以三級胺鹽及四級胺鹽為最普遍。 以三級胺鹽進行澱粉陽性化的反應Starch-OH + Cl- CH2CH2N+H(CH3)2 + NaOH pH1112

6、 4050 Starch-OCH2CH2N+(CH3)2 + NaCl+ H2O,紙力增強劑,105,陽離子性澱粉,以四級胺鹽進行澱粉陽性化的反應Starch-OH+H2C-CHCH2N+(CH3)3Cl- + NaOH pH1112 4050starch-O-CH2CHOH-CH2N+(CH3)3+ Na Cl+ H2O,紙力增強劑,106,澱粉、陽性澱粉、兩性澱粉間性能比較,澱粉對乾強性質的改善,紙力增強劑,107,二、植物性膠（Vegetable Gums）1,常用的植物性膠主要 來自瓜爾豆（Guar Gum）及花豆（Loucast bean） 這種膠是來自上述二種多年生豆科植物的種子的

7、胚乳，其主要成分為甘露糖及半乳糖。分子構造為具甘露糖的長鏈及接在上的短的半乳糖側鏈所形成的半乳甘露糖（Galactomannan）。,紙力增強劑,108,二、植物性膠（Vegetable Gums）2,一般的添加量為 0.10.35 ，以凡得瓦稱力與氫鍵結合定著在纖維上，為了改善定著也有陽離子化的產品。植物性膠與纖維素或澱粉相同有多數的羥基（-OH基）都能在紙匹上形成氫鍵結合。陽性澱粉或PAM等的添加可以改善紙力但多少會影響到紙張的交織。但植物性膠能改善紙力而且同時也可改善紙匹的交織。,紙力增強劑,109,聚丙烯醯胺（PAM）類紙力增強劑,紙力增強劑,110,PAM 的合成,PAM以丙烯醯胺單

8、體經縮合反應，極容易得到水溶性之高分子化合物。PAM分子量的分布非常寬，由數千到數千萬， 平均分子量約數十萬，除了可以做為紙力增強劑外， 尚可以做為濾水/留存助劑，已被廣泛地應用。,紙力增強劑,111,的使用注意事項,PAM分子量過低則低分子量部分會崁入纖維的孔隙，則很難發揮紙力增強劑的效果。 但分子量過大則凝集作用過大，會影響紙張的交織，這樣也無法發揮紙力的改善效果。 一般PAM做為紙力改善劑最適當的分子量為2050萬左右。 PAM本身為非離子性，因此幾乎不能定著在纖維上，因此常進行陰離子化、陽離子化或兩性化作業，使紙力劑粒子荷電藉以改善定著性質。,紙力增強劑,112,PAM紙力改善劑的分子

9、量的大小對紙力的改善,但分子量過大則凝集作用過大，會影響紙張的交織， 這樣也無法發揮紙力的改善效果。一般PAM做為紙力 改善劑最適當的分子量為2050萬左右,紙力增強劑,113,離子性紙力增強劑的吸著模式,PAM本身為非離子性，因此幾乎不能定著在纖維上，因此常進行陰離子化、陽離子化或兩性化作業，使紙力劑粒子荷電藉以改善定著性質使用陰離子性紙力增強劑用加入Alum，使Alum吸著在紙漿上，陰離子性紙力劑再由Alum定著在紙匹上。 相反的，陽離子性紙力增強劑有關Alum的有無，進行自我吸著反應,紙力增強劑,114,A-PAM的合成,陰離子化PAM的製備，可利用丙烯酸共縮合製成之高分子PAM加水分解

10、度變成 A-PAM。,紙力增強劑,115,陽離子性PAM的合成,各種陽離子性PAM的製備也很簡單，PAM高分子經曼尼西（Mannich）反應或Hoffmann分解即可製成陽離子性PAM（C-PAM）。,紙力增強劑,116,陽離子性PAM的合成,紙力增強劑,117,陽離子性PAM的合成,紙力增強劑,118,PAM的合成之陽離子性基,紙力增強劑,119,CPAM的合成之陽離子性基,紙力增強劑,120,PAM在紙上之吸著方式及影響吸著之因子,白水中溶解物質對紙力增強劑定著的影響 紙漿纖維長度對紙力增強劑吸著性的關係pH 對紙力增強劑吸著性的關係 離子性及分子量對濾水性與網部留存的相關關係,紙力增強劑

11、,121,離子性紙力增強劑的吸著模式,PAM本身為非離子性，因此幾乎不能定著在纖維上，因此常進行陰離子化、陽離子化或兩性化作業，使紙力劑粒子荷電藉以改善定著性質使用陰離子性紙力增強劑用加入Alum，使Alum吸著在紙漿上，陰離子性紙力劑再由Alum定著在紙匹上。 相反的，陽離子性紙力增強劑有關Alum的有無，進行自我吸著反應,紙力增強劑,122,白水中溶解物質對紙力增強劑定著的影響,紙力增強劑,123,紙漿纖維長度對紙力增強劑吸著性的關係,紙力增強劑,124,pH 對紙力增強劑吸著性的關係,紙力增強劑,125,紙力增強劑的離子性及分子量對濾水性與網部留存的相關關係,為了提升網部留存或濾水性愈高

12、分子量，陽離子性基較陰離子性基顯示有較佳的改善效果,紙力增強劑,126,分子量對吸著性的影響,紙力增強劑,127,以A-PAM做為紙力增強劑Alum的添加量、pH等對紙力增強的表現的影響。,陰離子性PAM（A-PAM）的應用,紙力增強劑,128,顯示假使A-PAM與Alum在磨漿前填加則紙力改善效果不佳，Alum或A-PAM兩者之一先行存在漿液中，再行磨漿後，再加上另一藥劑則在磨漿效果低時可以發揮最大的紙力改善效果。但一般的紙廠常在磨漿後才行添加。,紙力增強劑,129,PAM耐水構造的形成 濕潤紙力的強度發現機制 2,以紙力增強劑所提升的紙力效果是由於紙力增強劑在纖維間所產生之架橋效果，或充填

13、了纖維間的空隙之原因增加了纖維間之接著點，而增加了結合的個數,紙力增強劑,130,PAM紙力增強劑 製造方法及應用方法的改善,1、自藥品本身製造方法上的改良2、應用方法的改善或修飾,紙力增強劑,131,PAM紙力增強劑製造方法及應用方法的改善,1、自藥品本身製造方法上的改良（1）、離子性因子紙力劑的離子性對藥品的吸著效 率有很大的影響A-PAM的吸著是利用硫酸鋁的吸著其荷電狀態很重要，但最適離子量 與抄紙 pH 有重大的影響。 陽離子PAM不需藉由硫酸鋁的助力定著，直接與纖維上的陰離子性基作用而達到自我定著的目的但一般陽離子性PAM隨著陽性基置換度（DS）的變大，其最佳定著性時的往高 pH 傾

14、向變化,紙力增強劑,132,PAM紙力增強劑製造方法及應用方法的改善,兩性 PAM 同時具有陰離子及陽離子的特性，其吸著的特性與硫酸鋁形態的變化有關一般以表面電位（ZP）來控制其定著性，在ZP0時高分子有最大的吸著性。因此依抄紙條件如 pH、Alum添加量、紙漿種類等的變化，ZP對高分子上的離子解離狀態影響都必須考量，依此調整到最適當的陽/陰離子的比例，或離子量才能發揮最大吸著效果。,紙力增強劑,133,PAM紙力增強劑製造方法及應用方法的改善,1、製造方法上的改良 2.高分子的構造因子 （1）分子量的大小 分子量愈大在紙漿上的吸著效果愈佳，但分子量大凝集作用隨之上升，而致紙匹的交織不良,紙力

15、增強劑,134,PAM紙力增強劑製造方法及應用方法的改善 1、自製造方法上的改良,（2）高分子的形態 高分子的鏈長的不同對 PAM 在紙漿上的吸著或對吸著的紙力發現效率都有極大的影響。 以往為了提升共縮合型紙力增強劑的分子量則高分子的直鏈變長，改善與紙漿纖維間的吸著，但遂而引起過強的凝集反應導致成紙之交織不良，而無法達到提升紙力的目的。,新型共聚合紙力增強劑的製品特性,紙力增強劑,135,共聚合紙力增強劑對紙力的提升效果,新型高密度型紙力劑紙料之濾水性雖較添加原有紙力劑為低， 但其交織較佳，而有較高的破裂強度。其高吸著率顯示因為新型 紙力劑的分子量雖較高，但較不受漿料的夾雜物影響。,PAM紙力

16、增強劑製造方法及應用方法的改善,紙力增強劑,136,應用方法的改善或修飾 （a）、紙力增強劑的混合處方,事先將陰離子性紙力增強劑與陽離子性紙力增強劑稀釋混合使其形成高分子量之離子性錯化合物後再添加入漿料。這種方法較以傳統紙力增強劑有較佳的紙力改善效果，並且可以改善紙匹的濾水性及網部留存,紙力增強劑,137,混合處方的紙力增強效果的改善,紙力增強劑,138,混合處方的紙力增強效果的改善,紙力增強劑,139,混合處方的定著率,紙力增強劑,140,應用方法的改善或修飾,2、PAM紙力增強劑的高濃度化 以往PAM紙力增強劑具高粘度，無論在輸送上或應用上均有相當之限制，無法提昇其濃度最高之使用濃度為1020左右。為了解決這種運輸水的不經濟性，及提昇PAM性能而開發成功高濃度使用可能之紙力增強劑。日本三井東壓化學公司以控制不同分子構造（具高度分歧構造）的不同，成功的開發高性能且低粘度的紙力增強劑，其開發成功的產品在濃度30以上也可應用,