1. مقدمة
تُعد عوامل القوة الجافة من أكثر الإضافات الوظيفية استخدامًا في صناعة الورق. تُعزز هذه المواد الرابطة الهيدروجينية بين ألياف السليلوز، مما يُحسّن المتانة الكلية لصفائح الورق. مع تزايد استخدام اللب المُعاد تدويره - والذي غالبًا ما تكون جودته منخفضة - وارتفاع معدلات إعادة تدوير المياه، وزيادة سرعات الآلات، وتنوع متطلبات الاستخدام النهائي للورق والكرتون، أصبحت أنواع مختلفة من عوامل القوة، مثل عوامل القوة الجافة، وGPAM، والنشا الكاتيوني، ضرورية لتلبية مواصفات المتانة اللازمة.
العوامل الأساسية التي تؤثر على قوة الورق تشمل:
- القوة الجوهرية للألياف الفردية،
- قوة الترابط بين الألياف،
- قوة الاحتكاك من تشابك الألياف.
تعمل عوامل القوة الجافة عن طريق تثبيت نفسها على الألياف، مما يزيد من إمكانية تكوين الروابط الهيدروجينية أثناء تكوين الورقة والتجفيف، وتوسيع منطقة التلامس بين الألياف - مما يؤدي إلى تعزيز قوة الورق.
2. الأنواع الشائعة: النشا وPAM
تشمل عوامل القوة الجافة الشائعة الاستخدام النشا (النشا الكاتيوني بشكل رئيسي، بالإضافة إلى الأنواع الأنيونية، والأمفوتيرية، والبوليمرية الطعمية، وغير الأيونية) والبولي أكريلاميد (PAM). بناءً على خصائصه الأيونية، يمكن تصنيف PAM إلى:
- أنيوني بام
- الكاتيوني بام
- AMPhoteric PAM
يمكن تقسيم PAM الأمفوتيري إلى:
- PAM من نوع مانيش
- PAM من نوع هوفمان
- PAM من نوع البوليمر المشترك
تؤدي الاختلافات في الوزن الجزيئي والبنية ومحتوى المجموعة الأيونية وتوزيعها إلى ظهور سيناريوهات تطبيق مختلفة.
3. التحليل المقارن: PAM مقابل النشا
النشا بوليمر طبيعي مشتق من مصادر مثل الكسافا والذرة والبطاطس. يجب تعديله كيميائيًا - مؤكسدًا أو مُستبدلًا أيونيًا - قبل الاستخدام. يُعزز النشا الكاتيوني العادي قوة المنتج بشكل معتدل فقط، ويتطلب الجلتنة قبل الاستخدام. تُعدّ النشويات عالية الاستبدال أكثر فعالية في زيادة قوة المنتج، إلا أن النشا قد يُسهم في ارتفاع مستويات الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) والطلب البيولوجي للأكسجين (BOD)، مما يزيد من تكاليف معالجة مياه الصرف الصحي ويسبب تلفًا بسبب نمو الميكروبات. مع ذلك، يُعد النشا أكثر فعالية من حيث التكلفة من النشا المُستبدل بالأيونات (PAM).
يوفر PAM نطاقًا أوسع من التطبيقات. تتميز PAMs من نوع البوليمر المشترك الأمفوتيري بتعدد استخداماتها، مما يسمح بهياكل جزيئية قابلة للتخصيص واستقرار الأداء في مختلف ظروف صناعة الورق. بالإضافة إلى تحسين قوة الورق، تعمل PAM أيضًا على:
- يعزز الصرف في قسم الأسلاك،
- يزيد من الاحتفاظ بالغرامات والحشوات،
- تحسين نظافة قسم الصحافة وقابلية التشغيل،
- يقلل من استهلاك البخار في قسم التجفيف.
4. تصميم كوبوليمر أمفوتيري PAM
تصميم كوبوليمر أمفوتيري PAM يجب مراعاة الخصائص المحددة لكل نظام صناعة ورق. تشمل المعايير الرئيسية ما يلي:
- كمية ونوع المونومرات الأيونية (على سبيل المثال، حمض الإيتاكونيك، وحمض الأكريليك للأنيونية؛ دمداك، AETAC، METAC للكاتيونية)،
- توزيع المجموعات الوظيفية الأيونية (الهياكل الخطية مقابل الهياكل الشبكية).
يمكن لتركيبة PAM المصممة جيدًا أن تعزز قوة الورق بشكل فعال مع الأداء المخصص.
5. اعتبارات الاستخدام
قبل الاستخدام، يجب تخفيف PAM الأمفوتيري بالتساوي باستخدام الماء الصناعي أو ماء الصنبور. قد يؤثر تسلسل إضافة المواد الكيميائية الأخرى (مثل الشبة، والنشا المعدل، وعوامل التحجيم، ومواد التثبيت) على قوة الورق النهائية، ويجب تحسينه بعناية.
نظرًا للزوجة العالية لمادة PAM، يُنصح باستخدام نظام تخفيف مستمر. يبقى المحلول الأصلي ثابتًا في درجة حرارة الغرفة لمدة تصل إلى ستة أشهر، ولكن بعد تخفيفه، يصبح حساسًا لتغيرات الرقم الهيدروجيني (pH) والتخزين طويل الأمد، مما قد يؤثر سلبًا على أدائه.
إرشادات التعامل الهامة:
- تجنب خلط PAM مع المواد الكيميائية الأخرى في شكله المركز،
- استخدم معدات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو بلاستيك PVC أو FRP (البلاستيك المقوى بالألياف) - تجنب الفولاذ الكربوني،
- يعتبر التخفيف المناسب والإضافة المتحكم فيها أمرًا أساسيًا للحصول على أفضل النتائج.
