杭州富阳图书馆

1 湿部化学及其进展
  随着现代化造纸工业在高速纸机、双网成形、封闭白水系统、废纸利用和中性造纸等新技术领域方面取得的成功，造纸湿部化学也以日新月异的速度得到了迅速发展。
  同时在这种发展趋势下，制浆造纸工业正面临着三大突出的问题：原料、能源和污染。由于针叶木资源缺乏，阔叶木和草类原料使用量增加，废纸的回收利用率也越来越高，因此浆料中的微细组分含量增加，浆的质量降低，浆中有害物质含量增加。另外，由于防止污染的要求，水系统封闭循环又造成了水温升高，水质下降，进一步危害纸料的质量。不仅如此，原料短缺带来的另一个问题是要求纸张定量低，这就意味着，要用低质量的浆料生产出高强度高质量的纸张。而且从节约资源，减少浆耗，减少排水处理负荷的角度出发，必须力争提高浆中微细组分的留着；从节约能源的角度出发，在微细组分含量高的情况下，又要尽量强化纸机湿部脱水。为了解决上述各种矛盾，近年来造纸助剂及其湿部化学的发展十分迅速。湿部化学在造纸工业中的重要地位越来越受到广大造纸工作者的重视。
  湿部化学一词是造纸过程中的一个专用名词，通常用来描述在造纸机网部滤水、留着成形以及白水循环过程中纸料中各种不同组分（如纤维、水、填料、化学添加剂等）之间相互反应与作用的规律。其反应结果直接影响到造纸机的运行是否正常及纸产品的最终质量状况。很多纸厂的周期性运行问题是由于湿部化学不平衡所致，以前一般是通过清洗来解决，这些运行性问题降低了生产效率并引起产品质量下降。而现在通过在成形过程中使用化学助剂，来解决这些问题，既方便又经济。1993年北美的造纸工业在造纸添加剂上的花费大约7.25亿美元，这个惊人的数字说明了在造纸配料中非纤维性物质即化学助剂的重要性。
  近年来湿部化学的主要发展趋势是高档纸的抄造从酸性向碱性转变。现在这一转变还在进行中，直至近85％的涂布纸和其他的高档纸由碱法制成。这种变化已引起彻底评价抄纸所使用的化学助剂的问题。其中之一是用碳酸钙代替滑石粉、粘土和二氧化钛 ——可增加添加量。
  湿部的另一发展趋势是回收纤维使用量的增加。一般回用纤维会被脱墨化学品和其他物质损伤，会增加沉积问题，由于杂质使化学助剂用量增加。一般回用纤维强度较差，所以要增加干强剂的用量。
  湿部化学的另一发展是化学助剂在各种不同的纸种中的应用增加，不仅仅是用于高档纸。例如助留剂一样也用于磨木浆；化学添加剂在挂面纸板中的用量也在增加 ——尤其是在回用纤维量大时。
  湿部化学相关行业的未来发展是湿部化学的过程控制。正在研制一种新型的在线检控器，造纸工作者可试用这种新的控制方法并结合其他的控制系统应用于湿部化学过程控制中。
  2 湿部化学助剂的应用现状和前景
  湿部化学助剂一般可分为两大类，第一类是以促进和改善成形过程效率为主，防止生产波动和干扰，即控制型助剂或过程助剂，如助留剂、助滤剂、消泡剂、防腐剂、树脂控制剂、毛毯清洗剂等；第二类是以提高最终纸产品使用性能与质量为主，即功能型助剂，如干强剂、湿强剂、施胶剂、填料、染料、增白剂、柔软剂等。从广义讲，添加湿部化学助剂有以下两方面的目的：
  ●获得纸张的某些性能
  ●提高纸机的操作性能
  第一个目的是为了满足用户的特殊需要，因而首要的问题是使用功能型助剂。第二个目的是为了提高纸机的生产率 ——关键是经济效益，为此即使用化学控制型助剂。其中应用最广泛、用量最大的当属施胶剂、助留助滤剂和增强剂。
  纸页成形过程是湿部化学最重要的领域，近几年大量的研究工作集中在微细颗料的留着、湿纸页的滤水方面。在这方面，一般使用助留剂、助滤剂。有时，助留剂同时也起助滤作用，这种助剂称为助留助滤剂。
  助留剂通常被分成三大类：无机助留剂、天然的有机聚合物和合成的水溶性有机聚合物助留剂。最常用的无机助留剂是硫酸铝（A12（SO4）3·18H2O），一般称为造纸明矾，主要与松香胶一起使用，作为酸性施胶的沉淀剂，在一些情况下也可改善滤水和留着率，并减少树脂障碍的产生，另外还有聚合氯化铝、聚合硫酸铝、膨润土和胶体二氧化硅等。天然的助留助滤聚合物一般是阳离子性的，如阳离子淀粉和两性淀粉（兼有增强作用）。合成的水溶性有机聚合物种类很多，按离子性分为非离子、阳离子、阴离子和两性四种类型，最常用的是聚丙烯酰胺聚合物系列，另外还有聚胺、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯。非离子型助留剂的留着效果随分子量的增加而增加。Tay指出使用相对分子质量高于400万的非离子聚氧化乙烯，对新闻纸非常有效。阴离子聚合物一般在聚合物链上引入羧基而产生阴离子特性。阴离子聚合物一般用在预先用明矾或低分子量、高电荷密度的阳离子聚合物处理过而具有阳离子性质的表面才有效。阳离子聚合物由于自身具有阳离子性，可以直接与带阴离子电荷的纸料组分结合，产生絮聚作用，而起助留作用。两性聚合物助留助滤剂是近几年才出现的新型助剂，既有阳离子聚合物的特性，又带有部分阴离子基团，能捕捉纸料中的阳离子杂质，特别是在硬水条件的情况下，能有效地改进留着和滤水，用量少效果明显，因而开发两性聚合物助留助滤剂具有十分重要的意义和广阔的应用前景。
  近年来，由于造纸机速度的提高，以及由于从酸性抄纸向中性抄纸的转变，单一助留助滤剂已满足不了现代抄纸的需要，因而对助留助滤剂提出了更高的要求。新的多组分微粒助留助滤技术的出现，给造纸工业带来了新的技术革命。如（1）微粒絮凝作用的海德罗科尔（hydrocol）系统，该系统是由英国联合胶体公司开发，先如高分子阳离子型聚合物，然后加特殊的无机填料，形成复式控制系统（dualsystem）。（2）康波季尔系统，该系统由瑞典埃卡诺贝尔公司开发，是利用阳离子淀粉和阴离子胶体二氧化硅的复式控制系统。这些系统的作用机理相当复杂，加入聚合物组分后，先由系统的作用机理相当复杂，加入聚合物组分后，先由架桥作用形成的大絮聚体，之后这些絮聚体在体系的剪切部位被分散，上网前加入阴离子的微粒，这些微粒与被分散的带正电的絮聚体反应，形成小而紧密的絮聚体，这种小絮聚体易脱水，从而使体系同时可以获得高留着率、好的滤水性能及好的纸页匀度。
  世界造纸工业在从酸性造纸向中性或碱性造纸转变过程中得到了迅速发展。纸张在pH值较高条件下抄造，减少了设备、管道的腐蚀，纤维获得了较好的润胀，强调大大提高，并且可用碳酸钙加填，其对纸页强度的影响小，这样可以多用填料，使纸页容易干燥，产量提高，能耗降低，并提高了纸的耐久性能。世界各国纷纷将酸性施胶改为中性或碱性施胶，欧洲的高级纸50％为中性纸，日本和美国也在20％～30％以上。用于中性施胶的化学品有：（1）反应型胶料 AKD（烷基烯酮二聚体）和ASA（烯基琥珀酸酐）。（2）阳离子自定型胶料，不需另加沉淀剂，用量为反应型胶料的2倍，对纸张强度有不利影响。（3）阴离子强化分散松香胶，用PAC（聚合氯化铝）作沉淀剂，也有用硫酸铝作沉淀剂另加PAM（聚丙烯酰胺）作助留剂，实现中性施胶。（4）阳离子强化分散松香胶，不需另加沉淀剂，但加CPAM（阳离子聚丙烯酰胺）或PAC均可促进施胶。（5）阳离子乳化石蜡胶，与助留剂配合使，用，也能取得好的施胶效果。在合成中性胶料中，AKD占50％，为ASA的3倍。但由于AKD、ASA在使用中存在很多操作方面的问题，目前世界各国，都把注意力放在开发松香类中性施胶剂上。
  我国松香资源丰富，造纸工业施胶以白色胶为主，但近年来分散松香胶发展很快，有取代白色胶的趋势。从酸性造纸向中性或碱性造纸转变刚刚起步，进口 AKD胶料价格高，国产AKD有时产品不太稳定，ASA尚未正式使用，中性抄纸工艺还不太成熟，碳酸钙填料较贵，助留剂只用必不可少的阳离子淀粉或阳离子聚丙烯酰胺，因而抄纸成本较高，限制了中性或碱性造纸的发展。在中性条件下，很少使用甚至不用硫酸铝，中性或碱性造纸成功与否与助留剂关系甚大，这样中性条件下的助留助滤显得更为重要。
  如何改革造纸工艺技术和利用化学助剂来弥补草浆的先天不足，实现“草浆升级”，并适应高速纸机的抄造，是制浆造纸工业面临的重大课题，因而开发草浆增强剂是非常必要的。增强剂尤以两性聚合物两性淀粉和两性聚丙烯酰胺，用量少效果最好。
  3湿部化学过程控制
  现代造纸新技术的发展，要求建立起一套与之相适应的湿部化学途径。当前市场上供应的化学助剂复杂多样，如何正确地选用湿部添加剂，以及确定其最佳的应用效果和最佳的用量，来保证湿部化学的平衡，以提高纸的质量、纸机的运行性和经济效果，成为当务之急。
  我国湿部化学的研究起步较晚，但近几年发展十分快，新型添加剂层出不穷，但复配应用和过程控制（如ζ电位的控制）方面的研究较少而且不深入，只停留在经验手工控制阶段，缺乏必要的自动控制和调节，因而在这方面研究有广阔的前景，有待于科研单位和造纸企业共同努力去开发。