废涂布纸回用过程中胶黏物的分析和控制

黄 聪 周明华 李 德 封彦鹏 丁 丽

(民丰特种纸股份有限公司,浙江嘉兴,314000)



·废涂布纸回用·

废涂布纸回用过程中胶黏物的分析和控制

黄 聪 周明华 李 德 封彦鹏 丁 丽

(民丰特种纸股份有限公司,浙江嘉兴,314000)

以真空镀铝原纸为原料制备废涂布纸浆,通过SEM、红外光谱、电荷需求量等表征手段,研究了大胶黏物、微胶黏物和DCS(溶解和胶体物质)的来源、形态、成分、阴离子垃圾贡献率。结果表明,丁苯胶乳是胶黏物的主要来源,大胶黏物包覆颜料形成大胶黏物混合物,碳酸钙对微胶黏物吸附沉积,而DCS稳定分散于白水中,具有最大的阴离子垃圾贡献率。大胶黏物可通过纸张抄造脱离白水,而微胶黏物和DCS可通过添加0.2%用量的阳离子聚乙烯亚胺进行控制，具有较好的效果。

涂布纸；胶黏物；DCS；阴离子垃圾；聚乙烯亚胺

涂布类纸张的涂层中含有胶乳、颜料、分散剂等组分,在回用过程中,涂层分解形成一些固体和溶解性的胶黏物,分散在浆料、白水中,称为白树脂。这类胶黏物往往呈较强负电性,且具有很强的凝聚和沉积趋势。实际生产中废涂布纸浆或混合浆在流经管道、纸机设备时,因温度、pH值及助剂添加等条件变化,浆料中的胶黏物容易失稳、沉积,从而增加设备清洗频率，导致纸病,影响生产效率[1- 4]。真空镀铝原纸是民丰特种纸股份有限公司生产加工的一类重要的涂布纸产品，基纸定量约为51 g/m2,涂布量约为14 g/m2,涂层中主要含有高岭土、碳酸钙、丁苯胶乳等成分。胶黏物问题的研究和解决，同样是实现真空镀铝原纸废纸回用的关键所在。

要研究浆料中的胶黏物,对胶黏物含量的测定表征尤为重要。一般地,胶黏物根据其尺寸大小可分为大胶黏物(尺寸大于150 μm)、微胶黏物(尺寸小于150 μm的不溶物)以及溶解和胶体物质(DCS)。大胶黏物由于尺寸较大,在纸张成形过程中脱离白水直接进入纸张；而微胶黏物则对纸机直接产生胶黏物障碍[4]。DCS则在纸机条件变化时,有可能转化为微胶黏物,成为潜在的胶黏物危害。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

主要材料为民丰特种纸股份有限公司生产的真空镀铝原纸，作为实验用废涂布纸材料。

（4）要注重平时的维护和保养工作，保证相关设备不发生故障，尤其是要做好润滑和涂油工作，使得设备能够高效工作，提高处理效率[2]。

主要试剂包括：次氯酸钠溶液(有效氯约10%),湿强解离剂A(主要成分过硫酸钠),玻纤滤纸(whatman GF/C,孔径1.2 μm),质量分数1%的改良型阳离子聚乙烯亚胺溶液(电荷需求量为5.28×104μmol/L)等。

由此可知,真空镀铝原纸在疏解分散时,机械剪切力仅将涂层切成的较大胶黏混合物,与纤维相分离,而其中的颜料(高岭土、碳酸钙)和胶乳并未分散释放,依然相互黏结在一起,分散在整个浆料系统中。

1.2 实验方法

1.2.1 真空镀铝原纸的分散疏解

取10 g真空镀铝原纸,撕成尺寸1 cm×1 cm的碎纸片,加入150 mL蒸馏水,80℃下恒温浸泡10 min。再加NaOH溶液调节pH值至10左右,加入次氯酸钠溶液,搅拌10 min后,加入湿强解离剂A,继续搅拌10 min。然后用高速分散机以3000 r/min的转速对其进行分散疏解,得到废涂布纸浆料。

添加湿强解离剂的目的,在于解除真空镀铝原纸内PAE树脂的湿增强效果,使纸张易于分散疏解。

以涂层中高岭土、碳酸钙和丁苯胶乳的含量为100%时，根据图3所示的特征峰,对各成分中的高岭土、碳酸钙和丁苯胶乳进行半定量分析,整理得到各成分的组成与含量如表2所示。

1.2.2 胶黏物的分析

采用Nicolet 6700红外光谱仪,通过KBr压片法对上述各成分的固体干燥物进行红外透射率扫描,扫描波长4000～400 cm-1,扫描步进每分钟120 cm-1。采用Hitachi TM-1000扫描电子显微镜,分别对手抄片、截留物、滤液Ⅱ干燥物进行扫描拍摄,观察其表面形貌,加速电压1.5 kV。Oxford能谱仪对颜料高岭土、碳酸钙以及废纸浆中各成分进行能谱分析,加速电压1.5 kV,采集时间100 s,处理时间4 s。采用BTG公司的PCD- 04颗粒电荷测定仪,测定废涂布纸浆、滤液I和滤液Ⅱ的电荷需求量。

马克思曾经说过：“毫无疑问，在理论上把现实中随时都要遇到的矛盾撇开不管并不困难。”[1]616而这些在进行理论抽象时所“撇开不管”的“矛盾”，却是人类在现实的历史发展过程中，要一步一步地经历其形成、发展和解决的全部过程，因而这必然是一个较长的过程。人类生活现实中社会发展取向的偏离，人与社会及自身的协调严重失衡，产生人类困境和生存危机，就是忽视个人之为个人的特殊性、具体性和独立性，就是离开个人的发展空谈社会，实际上就是背离了马克思的社会发展理论。

用刀片轻轻刮取真空镀铝原纸的涂布面,得到涂层粉末(即大胶黏物、微胶黏物和DCS的来源，即胶黏物混合物)。将废涂布纸浆料稀释至浆浓0.5%,以100目(孔径约150 μm)筛网过滤,得到滤液Ⅰ(含有微胶黏物与DCS)。移取50 g滤液Ⅰ,再以孔径1.2 μm的玻纤滤纸真空抽滤,分别得到滤纸截留物(含有微胶黏物)、滤液Ⅱ(含有DCS)。分别干燥涂层粉末、滤液Ⅰ、截留物、滤液Ⅱ,得到固体干燥物。

分散疏解后的废涂布纸浆料,经纸页成型器抄成60 g/m2的手抄片,用于观察大胶黏物的形态分布。

1.2.3 胶黏物含量的控制

在滤液Ⅰ中,添加质量分数1%的阳离子聚乙烯亚胺溶液。其用量为0、0.05%、0.20%、1.00%(相对于绝干浆),混合均匀。称取50 g该混合液,以孔径1.2 μm的玻纤滤纸真空抽滤,得到滤纸截留物和滤液Ⅲ。电子天平精确称取截留物,精确到0.0001 g。通过HACH 2100P浊度仪,测定滤液Ⅲ的浊度。

2 结果与讨论

2.1 废涂布纸浆料中胶黏物的形态分析

2.1.1 大胶黏物的形态

分散疏解后的废涂布纸浆料,经纸页成型器抄成60 g/m2的手抄片,通过扫描电子显微镜放大50倍观察，发现尺寸在150 μm以上的大胶黏物呈现片状，大量分散在手抄片中。对大胶黏物进行能谱分析,元素组成见表1。由表1可知,其中的Al、Si元素的比例与高岭土很接近,表明其来源于颜料高岭土；而Ca元素则来源于碳酸钙。

图1 废涂布纸浆手抄片SEM图

为提高计算效率, 后续计算中选取中等密度网格. 图3给出了中等密度计算网格全局视图及喷口/凹腔附近的局部网格视图.

表1 颜料和废涂布纸浆料中各成分的元素含量 %

2.1.2 微胶黏物、DCS的形态

图2 废涂布纸浆中截留物的SEM图

图2示出了扫描电镜下截留物干燥后的表面形貌,截留物主要由部分规则晶体和不规则粗糙颗粒所组成。结合表1中截留物的元素组成可知,其中的规则晶体主要为碳酸钙和少量的高岭土,来源于涂布纸涂层颜料和部分纸内填料。而其中的部分形貌呈现不规则,主要是碳酸钙填料等吸附胶乳物质所致。苗显庆等人[5]报道过沉淀碳酸钙表面带有微弱的阳电荷,可以有效吸附这些阴电性胶黏物。尤其是沉淀碳酸钙具有的偏三角面体结构,晶体结构内部具有较大的存储空间,可以有效吸附并存储细小的胶黏物,影响微胶黏物的沉积。

经测定，滤液Ⅱ的浊度高达21.5 NTU,结合表1中滤液Ⅱ的元素组成可知,滤液Ⅱ中的DCS完全与高岭土和碳酸钙等颜料分离,均匀分散于浆料中。

因此,大胶黏物和微胶黏物都呈现阴电性,具有较高的阳电荷需求量,构成阴离子垃圾,势必会消耗系统中的阳性添加剂的电荷。

2.1.3 胶黏物的组成

图3为废涂布纸浆料中各成分的红外光谱图,分别表征了涂层粉末、滤液Ⅰ、截留物、滤液Ⅱ的干燥物中的官能团。

由此推知,大胶黏物主要包覆着最多的颜料高岭土和碳酸钙,形成大胶黏物混合物，而微胶黏物也吸附于少量小粒径的高岭土和碳酸钙；而滤液Ⅱ中含有的DCS则基本与高岭土、碳酸钙等颜料相分离,以胶体粒子的形式,均匀分散于浆料中。

图3 废涂布纸浆料中各成分的红外光谱图

图4 废涂布纸浆中各成分的电荷需求量

文献表明，丁苯胶乳的特征峰[6]：2919 cm-1和2848 cm-1,归属于甲基、亚甲基的伸缩振动。高岭土的特征峰[7]：3697 cm-1,归属于表面—OH伸缩振动；3616 cm-1,归属于硅氧四面体、铝氧八面体—OH伸缩振动；1100～1000 cm-1、800～400 cm-1,归属于伸缩振动。碳酸钙的特征峰[8]：1425 cm-1,归属于碳酸根反对称伸缩；876 cm-1,归属于面外弯曲振动。

本文采用Gerhards等(2008)提出的多通道探测方法，利用空气波对反射波传播时间进行校正，模型如下：

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由表2可知,废涂布纸的涂层中含有较多的高岭土、碳酸钙以及较少的丁苯胶乳,滤液Ⅰ中丁苯胶乳稍有减少，高岭土、碳酸钙则大量减少；截留物还有少量的高岭土、碳酸钙和丁苯胶乳,而滤液Ⅱ依然含有丁苯胶乳,但几乎不含高岭土和碳酸钙。

表2 废涂布纸浆中各成分的组成与相对含量 %

(2)初步接触设计工作。安排1位专业技术过硬的专册作为导师，带领参加至少1个项目的可研、初步设计工作，掌握本专业的设计内容及设计重点，同时了解主要站前专业及接口专业的主要设计内容。

2.1.4 废涂布纸中胶黏物的阴离子贡献率

分别测定废涂布纸浆、滤液Ⅰ和滤液Ⅱ的电荷需求量,结果分别为-244 μmol/L、-176 μmol/L和-168 μmol/L(见图4)。忽略无机填料的电荷因素影响,大胶黏物、微胶黏物和DCS的电荷需求量依次为-68 μmol/L、-8 μmol/L、-168 μmol/L。由此可知,浆料中的这3种胶黏物均能成为阴离子垃圾,而且贡献的程度不一。本文给出一个阴离子垃圾贡献率的定义为：某一成分电荷需求量占全部成分电荷需求量的百分比。据此定义,这3种胶黏物的阴离子垃圾贡献率大小依次为：DCS(68.9%)>>大胶黏物(27.9%)>微胶黏物(3.2%)。

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而DCS以胶体粒子形式分散于水中,具有强阴电性,是废涂布纸浆中阴离子垃圾的最主要来源。一方面,DCS粒子表面带有较大的负电荷,吸附附近的相反电荷,形成扩散双电层结构,使得DCS粒子之间同时存在着引力和斥力作用,从而促使DCS粒子能够大量地稳定分散于水介质中。另一方面,胶体粒子还受布朗运动和电荷转移等影响,一旦发生诸如温度、pH值和表面电荷等变化,胶体粒子的稳定状态就会打破,从而发生凝聚,沉积到造纸网和毛毯表面,形成胶黏物障碍。

2.2 废涂布纸浆中微胶黏物和DCS的控制

质量分数1%的阳离子聚乙烯亚胺溶液的电荷需求量为5.28×104μmol/L。表3所示为阳离子聚乙烯亚胺用量对微胶黏物和DCS含量的影响。从表3可见，当阳离子聚乙烯亚胺用量增加到0.2%时,滤液Ⅲ的浊度由21.5 NTU下降到19.4 NTU,这表明浆料中游离的DCS大幅度减少；截留物质量由0.0294 g下降到0.0127 g,下降幅度为56.8%,浆料中微胶黏物的含量也有大幅下降；当阳离子聚乙烯亚胺用量达到1.0%时，浆料出现絮聚现象。故阳离子聚乙烯亚胺用量以0.2%为最佳用量。

表3 阳离子聚乙烯亚胺用量对微胶黏物和DCS含量的影响

由此可知,在废涂布纸浆中添加阳离子聚乙烯亚胺对DCS的控制效果十分显著,对微胶黏物的控制也较好。一方面,在浆料中添加阳离子聚乙烯亚胺后,纤维表面阴电基团先与阳离子聚乙烯亚胺高分子长链相连[9-11],然后吸附带阴电性的DCS、微胶黏物,达到纤维对DCS和微胶黏物吸附的目的,经过纸机的抄造,使DCS和微胶黏物脱离湿部进入纸张,最终实现对胶黏物的去除。另一方面,阳离子聚乙烯亚胺的添加,与助留系统协同配合,可以提高留着率和保持良好的纸张匀度。另外,由于阳离子聚乙烯亚胺带强阳电性,所以对浆料的电荷控制也有一定作用。

2.2.1 块存储。块存储分为传统块和弹性块存储。以成本低廉的弹性块存储为主，使用基于通用X86服务器的弹性块存储系统，为虚拟机系统提供共享存储，并为用户虚拟机提供可按需扩展的容量型存储空间块级别存储服务。使用少量FC SAN存储作为集中存储为应用提供块存储服务，主要用于部署关系型数据库及IO性能要求较高的数据存储。

3 结 论

3.1 在真空镀铝原纸疏解分散形成的废涂布纸浆中,丁苯胶乳是胶黏物的主要来源。废涂布纸浆中原有的无机颜料和填料,与胶乳有吸附或包覆作用。其一,大胶黏物包覆大量的无机颜料成为大胶黏物混合物,在抄纸时能够较好地留着于纸张中。其二,碳酸钙等对微胶黏物有吸附作用,增加了微胶黏物的沉积,阴离子垃圾贡献率较小。其三,DCS以胶体粒子的形式,稳定分散于白水中,其阴离子垃圾贡献率高达68.9%,是阴离子垃圾的最主要来源。

3.2 在废涂布纸回用过程中,其中的大胶黏物可直接脱离白水进入纸张得以去除,而微胶黏物和DCS可以通过添加阳离子聚乙烯亚胺进行去除。阳离子聚乙烯亚胺起到了“架桥”作用,使微胶黏物和DCS被吸附连接到纤维上,从而有效降低了废涂布纸浆料中阴离子垃圾的含量。在实际生产中,综合考虑经济成本以及过量使用可能导致的纤维絮聚作用,阳离子聚乙烯亚胺用量达0.2%(对绝干纸浆)左右,即可对废涂布纸浆中的微胶黏物和DCS的控制产生良好的效果。

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(责任编辑：常 青)

·消息·

芬兰Kotkamills纸业公司的Flying Eagle纸厂已于2016年7月成功开机

图1 用户和奔马公司团队之间的良好合作(中间为Kotkamills纸业公司的首席执行官MarkkuHämäläinen先生)

芬兰Kotkamills纸业公司的Flying Eagle纸厂将一台5.4 m宽生产杂志纸的纸机改造成了纸板机BM2。奔马瓦哈托造纸设备有限公司(BellmerVaahto)是改造项目的主要供货商。改造后的纸板机已按照计划于2016年7月成功开机。这台纸板机为全球优质用户提供高品质的包装纸板产品，包括各种定量等级的AEGLE牌折叠箱纸板和ISLA牌食品包装纸板。

奔马公司(Bellmer)在这个项目中的供货设备分别在德国和芬兰的生产基地制造。全新的串联式双靴压压榨部，TURBOPressTM，由奔马公司位于德国Niefern的主要生产基地制造交货。奔马瓦哈托公司位于芬兰Hollola的生产基地则负责全部三层网部，包括3台TURBOVaahtoJetterTM流浆箱