白水回用对纸张性能的影响

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本文作者：史长伟、嵇岿然、龚真萍 单位：齐齐哈尔大学、Metso公司

纸张抄造过程中，短循环大量使用循环白水，导致水中的胶体物质（DCS）不断的积累，积累的DCS物质带有大量的负电荷，这是构成造纸白水中最主要的阴离子成分。这些阴离子型物质主要由木素及其衍生物、抽出物、碳水化合物、阴离子添加物等组成，它们是“阴离子垃圾”的主要成分。胶体类阴离子垃圾的不断积累将造成树脂障碍，同时消耗湿布化学添加的阳离子助剂。它们在白水回用时不断富集，DCS富集到较高的浓度时，将削弱湿部化学阳离子添加助剂的效果。DCS物质脱稳后与填料聚集在一起，容易在纸机工艺备品及设备上产生沉积，导致工艺备品的局部滤水性降低，纸张局部强度变小引起断纸。DCS富集过多，也会导致白水系统中阴离子电荷增多，需要消耗大量的阳电荷，增加了化学品的用量；白水回用次数的增加对于纸张的物理指标也有影响[1-3]。

1实验

1.1浆料与回用白水

PRC-APMP浆，NBKP浆板，实验室自制DIP浆。混合浆料组分（质量比）：PRC-APMPNBKPDIP=402040（浆料指标见表1）。回用白水：实验室自制。

1.2化学添加剂

聚乙烯亚胺（PEI）：分子量5万左右，电荷量为5.0mmol•g-1；阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）：分子量500万左右，电荷量为1.2mmol•g-1；膨润土、碳酸钙（CaCO3）为工业品。

1.3仪器

WGZ-2000型浊度计；DDJ型动态滤水仪；pH200、EC200型便携式测定仪；JH-722型可见分光光度计；DC-KZ300C型电脑测控抗张试验机；ZQJ1-B纸样抄片器。

1.4实验方法

纤维留着率的测定：纸浆中的细小纤维含量用DDJ型动态滤水仪进行测定，参考的测定标准为TAPPIT261CM-94测定细小纤维的留着率[4-5]；混合浆料：将混合浆料（足够n次制备回用白水的浆量）稀释至浓度3%，加入PEI0.2%（对绝干纤维），搅拌90s，添加碳酸钙8%（对绝干纤维），混合均匀后，在200r/min搅拌下加入CPAM0.1%（对纤维量），混合90s，最后加入膨润土0.2%（对纤维量），继续搅拌90s。回用白水：在浆料温度50℃的抄造过程下，将3％的混合浆料用第1次白水（混合浆料脱出的第1次白水）稀释到0.5%的浓度，在120r/min条件下搅拌2min，然后抄片，此时经过滤得到的白水为第2次白水，次数更高的回用白水（n次）可以将上述过程再重复n次而得到，用每次得到的白水稀释混合浆料，制得回用白水（见图1），备用[6]。

2结果与讨论

2.1白水回用与白水性能指标的关系

对不同回用次数的白水进行吸光度、电导率、浊度进行检测，结果见图2、图3、图4。

2.1.1白水回用与吸光度的关系

从图2可以得到白水回用次数与吸光度的关系呈现明显的先下降后上升的规律。这是因为前期回用的白水中存在剩余的CPAM与PEI，其含量在逐渐累积，提高了抄造过程的助留效果，因此前期助留剂的累积占主导地位，细小物质在回用的白水中逐渐减少，吸光度下降。在白水回用的后期由于回用白水中阴离子物质（DCS）逐渐累积，阳离子助留剂的效果受到影响，吸光度开始上升，因此在白水循环的后期累积的阴离子物质占主导地位。回用白水的次数在70次时吸光度出现拐点，开始上升。

2.1.2白水回用与电导率的关系

由图3可以得出白水回用次数与电导率的关系，即随着白水回用次数的增加，前期电导率呈现缓慢上升，中期快速上升，后期逐渐趋于平缓的变化状态。在白水回用的前期白水中能够参与导电的离子很少，阳离子助剂还能正常发挥作用，白水回用次数增加电导率缓慢上升；到了白水回用的中期，由于浆料中的各种导电离子在白水中不断富集，阳离子助剂受到的干扰在增加，不断富集的离子使电导率快速增加；白水回用后期，系统中存在的阴离子干扰物质与其它离子在增多，但此时系统白水中与纸页纤维中的离子趋于动态平衡状态，因而此时电导增加的比较缓慢，电导率在白水回用60次前呈现下降，回用60次以上时开始增加，在白水回用到90次以后又趋于缓慢。

2.1.3白水回用与浊度的关系

由图4可以看出初期白水浊度随着回用次数的增加呈现下降趋势后期又呈现上升趋势，这是由于前期白水回用时白水中助留剂含量逐渐累积，提高了助留效果，前期过程化学添加助留剂的累积占主导作用，白水中细小物质被留在纸页中，浊度下降。后期白水系统中各种阴离子干扰物质累积增加，使得助留效果变差，因此后期累积的阴离子物质占主导地位，致使浊度上升，白水回用次数在80次时出现拐点，浊度呈现上升趋势。

2.2白水回用次数与抄造性能的关系

2.2.1白水回用与CPAM效果的关系

由图5可以得出，随着阳离子助剂CPAM添加量的增加，混合浆料中细小纤维留着率均增加。对系统中的白水回用为60次的浆料进行试验时，随着阳离子助剂CPAM添加量的增大，混合浆料纤维留着率呈现上升趋势。但是当系统中白水回用次数为90次时，细小纤维的留着率变化出现在CPAM加入量为0.6％（对绝干浆）的位置，在CPAM加入量为0.6％之前为上升，在CPAM加入量为0.6％之后为缓慢状态。

2.2.2白水回用与纸页强度的关系

从图6白水回用次数与纸页裂断长的关系可以看出，随着白水回用次数的不断增加，纸页裂断长呈现出单边下降的状态，其原因是胶体物质的不断累积的结果，在胶体物质中含有大量的脂肪酸和树脂酸，它们都有长的碳氢直链，这根长的碳氢直链存在极性末端基团，可以使水的表面张力降低，进而使纤维与纤维之间结合时形成氢键数量的能力受到阻碍，纤维表面氢键数量的减少，使得纸页中纤维之间的结合力降低，纸页强度主要来源于氢键的结合力，一次强度指标受到白水回用的影响，白水回用初期影响较小，回用到90次以后指标下降幅度开始变大。

3结束语

吸光度在回用白水的次数在70次时吸光度出现拐点，之前下降，之后上升；电导率在白水回用60次前为下降，回用60次以上开始增加，回用到90次以后趋于平缓；浊度在白水回用80次时出现拐点，之前下降，之后上升；系统中白水回用次数超过90次，CPAM加入量超过0.6％时，助剂效果不明显；系统中白水回用次数增加，纸页裂断长呈现单边下降，回用到90次以后指标下降幅度变大。