流式细胞仪在造纸涂布损纸控制中的应用

严丽（凯米拉（上海）管理有限公司，上海　201112）



流式细胞仪在造纸涂布损纸控制中的应用

严丽
（凯米拉（上海）管理有限公司，上海201112）

摘要：该文介绍了利用流式细胞仪表征造纸涂布损纸中疏水性颗粒的情况，并评价了化学品对于涂布胶乳（俗称白树脂）控制效果；同时将流式细胞仪测试结果与传统的湿部测试如浊度、电荷需求量进行了对比。结果显示，流式细胞仪是一种可以用来更好地反映造纸系统中疏水性颗粒的真实分布及相应化学品控制剂对于其控制效果的工具。

关键词：流式细胞术；涂布损纸；白树脂；胶粘物控制

流式细胞术是一种在流体状态中通过特定荧光染料进行着色并对细胞或颗粒进行分类及计数的方法，被广泛应用于细胞生物学、病理学及临床检验等领域。基于流式细胞术的原理，结合制浆造纸纤维和水的悬浊液系统，造纸工作者将流式细胞术应用拓宽到造纸系统中疏水性颗粒的控制[1]，主要包括原生树脂控制、回收纤维中胶粘物控制和生产过程中产生的黏性沉积的控制。

涂布纸的生产过程中会在原纸上进行涂布。在生产过程中涂布损纸进行回用时，需要对涂布损纸进行再碎浆并以一定配比配成浆料用于后续抄纸。来源于涂布损纸涂层中的黏结剂及表面活性剂等组分也会有固体或溶解的污染物[2-3]。现有文献提到有方法可以对损纸中白树脂进行控制[4]，但对于如何评估其作用效果，并没有特别明确及通用的方法。

本实验以某碱性文化纸厂纸机系统的浆料为原料，首先通过纸机系统中疏水性颗粒进行表征，然后通过加入不同的损纸控制化学品对控制效果进行评估；同时与传统的湿部测试，如浊度和电荷需求量进行了对比。

1　实验

1.1实验原料

浆料：取自某碱性文化纸厂纸机系统的浆料样品。

化学品：尼罗红荧光染料（sigma-aldrich）；甲醇（thermo-fisher），色谱纯级别；阳离子聚胺，市售；Fennofix K97，凯米拉。

1.2实验仪器

DDJ动态滤水仪，美国；Partec流式细胞仪，德国；哈希2100P浊度计，美国；Mutec PCD-03电荷测试仪，德国；布氏漏斗。

1.3实验方法

取300 mL浆料，加入动态滤水仪。打开搅拌，转速为1 500 r/min。搅拌15 s后加入一定量的化学品，再以1 500 r/min的速度混合45 s。混合结束，将处理好的浆料倒入布氏漏斗进行真空抽滤。得到的滤液用哈希2100P浊度计、Mutec PCD-03电荷测试仪和Partec流式细胞仪分别检测浊度、电荷需求量、疏水性颗粒浓度及平均粒径。

2　结果与讨论

2.1用流式细胞仪测定纸机系统浆料的疏水性颗粒的分布

该碱性文化纸厂纸机的浆料流程简图如图1所示。收集到的损纸进入损纸塔存贮，再打到损纸浓缩机进行浓缩；经过除渣、筛选和净化后，进入疏解机进行疏解；之后送到损纸中间槽用于与长短纤一起配浆，最后用于除渣、筛选、净化及脱气等工段进入流浆箱抄纸；从网部滤下来的白水经过回收处理在纸机系统循环使用。

图1　纸机浆料流程

取该纸机系统中浆料及白水样品，用于流式细胞仪分析。结果如图2所示。

图2　纸机系统疏水性颗粒的浓度及平均粒径

从图2可以看出：在整个纸机流程中，损纸中疏水性颗粒浓度明显高于长短纤及流送系统；相对较低点中，混浆槽疏水性颗粒浓度相对较高，这可能与配浆过程中损纸浆的加入有关，从而引起了该处疏水性颗粒浓度的增加；对比平均粒径的变化，随着系统浆料稀释的程度增加，白水中的疏水性颗粒平均粒径最大，而损纸取样点则相对较低；相比造纸过程中的其他助剂，涂料平均粒径较小。所以，损纸中平均粒径都较低；涂布量增加时，也会导致疏水性颗粒的浓度增加。因此对于涂布损纸中疏水性颗粒的有效控制显得极为重要。

2.2不同类型的损纸控制剂对于损纸疏水性颗粒的控制效果

取压力筛出口的损纸浆料，加入不同种类的损纸控制剂，对比其在相同用量下对损纸中疏水性颗粒的处理效果。结果见图3。

从图3可以看出，不同剂量的损纸控制剂加入后，疏水性颗粒的浓度与空白样品有明显变化。加入阳离子聚胺后，疏水性颗粒浓度都比空白样品明显下降。当加入量增加到2 kg/t（纸），疏水性颗粒浓度下降到最低；而由于化学机理的不同，K97对于疏水性颗粒控制情况与阳离子聚胺不同，加入K97后，疏水性颗粒浓度先增加再降低，当用量增加为1.5 kg/t（纸）后，浓度又开始增加。

图3　不同损纸控制剂及其用量对疏水性颗粒浓度的影响

图4为不同损纸控制剂及其用量对疏水性颗粒平均粒径的影响

从图4可以看出，不同损纸控制剂的加入对损纸中疏水性颗粒的平均粒径也有影响。加入阳离子聚胺，平均粒径明显增加；而加入K97后，颗粒平均粒径先是增加趋势，当用量增加到1.5 kg/t（纸）时，平均粒径下降；继续增加用量，平均粒径虽有所上升，但还是低于空白样品。对比2种化学品对于疏水性颗粒平均粒径的影响，相同用量下，阳离子聚胺比K97对于平均粒径的增加要明显。说明在使用阳离子聚胺的过程中，疏水性颗粒浓度虽然得到有效控制，但平均粒径增加，发生了絮聚。

综合疏水性颗粒浓度和平均粒径可以知道，K97对于该损纸样品在1.5 kg/t（纸）的添加量下，控制效果较好，不仅有效降低了颗粒的浓度，同时并没有引起平均粒径的增加，进而避免了造成沉积的可能性。

2.3不同损纸控制剂对于损纸滤液浊度和电荷需求量的影响

在上述实验中，取DDJ滤液进行传统的浊度和电荷需求量测定，用以评价其作用效果。结果分别见图5和图6。

从图5和图6可以看出：加入2种均为阳电荷的损纸控制剂后，原来损纸的电荷需求量都呈现下降趋势，但阳离子聚胺下降趋势更为明显，这种区别来源于产品本身电荷密度的差异；浊度则表现出了不一样的趋势，加入阳离子聚胺后，浊度显著下降，加入量的增加并没有导致浊度继续下降，而加入K97后，浊度是先增加后下降。

按照传统对于湿部化学理解，由于浊度下降非常明显，加入阳离子聚胺对于损纸的控制效果要优于K97；但结合流式细胞仪测试结果，该样品中实际疏水性颗粒浓度在加入阳离子聚胺后虽然得到显著下降，但是平均粒径升高。这会引起疏水性颗粒再次絮聚和沉积的风险。以1.5 kg/t（纸）的加入量加入K97来控制损纸，可以有效降低疏水性颗粒的浓度，同时不会引起颗粒平均粒径增加，进而避免产生二次絮聚和沉积的可能。

图4　不同损纸控制剂及其用量对疏水性颗粒平均粒径的影响

3　结论

图5　不同损纸控制剂及其用量对于浊度的影响

图6　不同损纸控制剂及其用量对电荷需求量的影响

流式细胞仪是可以用来评估造纸系统中的疏水性颗粒分布的很好工具，可以利用流式细胞仪对该碱性文化纸机系统疏水性颗粒分布进行测定。结果显示损纸中疏水性颗粒浓度比其他取样点要高，需要进行有效控制。不同损纸控制剂产品效果不同，阳离子聚胺可以有效降低滤液浊度；但流式细胞仪测试结果显示，真正需要控制的疏水性颗粒在加入阳离子聚胺后虽然浓度得到了有效控制，但平均粒径持续上升，这在后续纸张抄造过程中，会导致疏水性颗粒的二次絮聚和沉积。以1.5 kg/t（纸）的用量加入K97用于损纸控制，可以有效降低疏水性颗粒浓度和平均粒径。

参考文献：

［1］严丽，张向阳.流式细胞仪及其在造纸中的应用［J］.纸和造纸，2014，33（11）：30-32.

［2］杜海涛，刘春阳.涂布纸生产过程中的“白树脂”问题及其控制［J］.中国造纸，2001，20（2）：41-42.

［3］Jouni Paltakari.Pigment coating and surface sizing of paper［M］.Second Edition Helsinki：Paper Engineers’Association，2009.

［4］杜成标，景宜.生物酶处理涂布损纸纸浆胶粘物的效果［J］.纸和造纸，2011，30（10）：61-63.

沉积物控制及微生物控制；E-mail：li.yan@kemira.com。

本文文献格式：严丽．流式细胞仪在造纸涂布损纸控制中的应用[J]．造纸化学品，2016，28（1）∶24-27．

Application of Flow Cytometry in Coated Broke Control

YAN Li
（Kemira（Asia）Co.，Ltd.，Shanghai 201112，China）

Abstract：In this paper，flow cytometry was introduced to map hydrophobic particles in a fine paper machine and evaluate chemical performance on coating latex（white pitch）control.Traditional wet-end measurement like turbidity and charge demand were compared with results from flow cytometry.Results showed that flow cytometry is good tool to map hydrophobic particles phenomena in paper making system and evaluate different broke control chemicals performance on coated broke control.

Key words：flow cytometry；coated broke；white pitch control；stickies control

作者简介：book=27,ebook=30严丽女士（1983-），女，高级工程师；研究方向：

收稿日期：2015-12-07

中图分类号：TS734+.8

文献标识码：A

文章编号：1007-2225（2016）01-0024-04