Toepassings- en gebruiksrichtlijnen voor droogsterktemiddelen in de papierindustrie

In de papierindustrie is droge sterkte is een kritische maatstaf die de weerstand van een papier tegen mechanisch falen bepaalt. Het omvat treksterkte, barststerkte, scheursterkte en oppervlaktesterkte, die allemaal voornamelijk worden afgeleid van waterstofbinding tussen vezelsDroogsterktemiddelen zijn essentiële chemische additieven die de binding tussen vezels en vulstof verbeteren. Ze helpen het gebruik van grondstoffen te optimaliseren (bijvoorbeeld door het gehalte aan vulstof of goedkope vezels te verhogen), voldoen aan specifieke eisen voor papiereigenschappen en voegen waarde toe aan het eindproduct.

I. Mechanisme van Droge sterkte middelen

Droogsterktemiddelen werken via de volgende belangrijke mechanismen:

• Verbetering van waterstofbruggen:
  De meeste droogsterktemiddelen bevatten functionele groepen zoals -OH en -CONH₂ die zich aan het vezeloppervlak binden, waardoor het aantal en de sterkte van de waterstofbruggen toenemen.
• Ionische binding:
  Kationische droogsterktemiddelen (het meest voorkomende type) hebben positieve ladingen, die zich elektrostatisch binden aan negatief geladen cellulose en vulstoffen.
• Covalente binding:
  Sommige speciale middelen (bijvoorbeeld GPAM) kunnen stabiele covalente bindingen vormen met cellulose of zichzelf kruislings verbinden tijdens het drogen.
• Microstructuurmodificatie:
  Door het verbeteren van de retentie van fijne deeltjes of gecontroleerde flocculatie kunnen deze middelen een positief effect hebben op de uniformiteit en mechanische eigenschappen van het papier.

II. Belangrijkste soorten droogsterktemiddelen

Droogsterktemiddelen worden over het algemeen als volgt gecategoriseerd:

A. Natuurlijke polymeren en gemodificeerde zetmelen

• Kationisch zetmeel:
  Breed toegepast. Kationische modificatie verbetert de retentie op vezels. Kosteneffectief met een merkbare impact op sterkte en retentie.
• Anionische/Zwitterionische/Gemodificeerde Zetmelen:
  Toegepast onder specifieke chemische omstandigheden of voor speciale prestatievereisten.
• Plantaardige gom:
  Zoals kationische guargom en johannesbroodpitmeel. Een hoog molecuulgewicht zorgt voor een uitstekende binding, met name effectief in het verbeteren van de interne bindingssterkte. Over het algemeen gebruikt in lagere doseringen, maar zijn duurder.

B. Synthetische polymeren

• Polyacrylamide (PAM)-serie:
  • Kationisch PAM (C-PAM):
    Zeer efficiënt, met instelbaar moleculair gewicht en lading. Ook gebruikt voor retentie en drainage.
  • Anionische/zwitterionische PAM:
    Wordt gebruikt om zich aan te passen aan verschillende natte omstandigheden.
  • Geglyoxyleerd PAM (GPAM):
    Biedt naast droge sterkte ook tijdelijke natte sterkte.
• Polyvinylamine (PVAm):
  Sterk kationisch, zeer effectief in complexe natte omgevingen.
• Andere:
  Gemodificeerde cellulose (CMC), polyvinylalcohol (PVA), enz., worden in specifieke gevallen gebruikt, vaak voor oppervlaktetoepassingen.

III. Gebruiksmethoden van droogsterktemiddelen

A. Wet-End Toevoeging (Mainstream)

• Wordt meestal toegevoegd aan de dikke voorraad (bijvoorbeeld bij de inlaat van de ventilatorpomp).
• Zorg voor volledige menging en voldoende reactietijd; vermijd schade door hoge schuifspanning (vooral bij PAM met een hoog molecuulgewicht).
• Stem de dosering af op andere additieven, zoals lijmmiddelen en retentiehulpmiddelen.

B. Oppervlakteafmetingen

• Gemodificeerd zetmeel of PVA wordt gebruikt tijdens het lijmpersen of coaten om de oppervlakte-eigenschappen en de algehele sterkte te verbeteren.

C. Spuittoepassing

• De oplossing wordt op het vormweb of het voorpersgedeelte gespoten voor een gerichte toepassing.

D. Voorbereiding en ontbinding

• Zetmeel:
  Moet onder nauwkeurige temperatuur- en tijdcontrole worden gekookt voor volledige gelatinering.
• Synthetische polymeren:
  • Poeders vereisen speciale oplossingssystemen.
  • Emulsies moeten voor gebruik geactiveerd worden.
  • Vloeistoffen kunnen direct verdund worden.

E. Doseringsreferentie

• De dosering is afhankelijk van de papiersoort, de samenstelling van het papier, de gewenste sterkte en kostenoverwegingen.
• Typisch bereik:
  Kationisch zetmeel: 0.5–2.0%
  Synthetische polymeren: 0.05–0.3% (op basis van droge vezels)

IV. Impact van droogsterktemiddelen op de werking van papiermachines

A. Effecten op de vorming

• Negatieve impact:
  Overmatige flocculatie door kationische stoffen en stoffen met een hoog molecuulgewicht kunnen de kwaliteit van de formatie verminderen, wat kan leiden tot troebelheid, gaatjes en ongelijkmatige eigenschappen.
• Mogelijke positieve impact:
  Een betere retentie van fijne materialen kan in sommige gevallen de uniformiteit van het vel verbeteren.
• Kernuitdaging:
  Het vinden van een balans tussen sterkteverbetering en formatiekwaliteit.

B. Effecten op ontwatering

• Veelvoorkomend probleem:
  Verminderde ontwateringsefficiëntie, met name tijdens vacuüm- en persontwateringsfasen.
• Oorzaken:
  • Een hogere retentie van fijnstof leidt tot een hogere waterretentie.
  • Vlokstructuren en gehydrateerde polymeerketens blokkeren drainagepaden.
• gevolgen:
  • Hogere vacuümvereisten
  • Lagere droogheid na het persen
  • Verhoogd stoomverbruik
  • Mogelijke snelheidsverlaging
• Klein positief effect:
  De drainage door zwaartekracht kan in eerste instantie licht verbeteren door vlokvorming.
• Kernuitdaging:
  Beheer van de ontwateringsweerstand om de machine-efficiëntie en energiebeheersing te behouden.

V. Belangrijke toepassingsoverwegingen en systeembeheer

1. Chemische balans van het natte uiteinde

• Laadcontrole:
  Controleer het zeta-potentiaal en de geleidbaarheid om ladingsomkering te voorkomen. Beheer anionisch afval effectief.
• Chemische compatibiliteit:
  Optimaliseer de doseringsvolgorde om interferentie met andere middelen, zoals chemicaliën voor het bepalen van de grootte en retentie, te voorkomen.

2. Voorbereidingskwaliteit

• Zorgt voor volledige activering en juiste oplossing/gelatinisatie van het zetmeel of polymeer.

3. Mengen en schuifbeheer

• Selecteer geschikte toevoegingspunten voor een gelijkmatige dispersie en voorkom polymeerdegradatie of moeilijk te breken vlokken.

4. Retentie- en drainagestrategie

• Integreer de effecten van droge sterktemiddelen in de optimalisatie van het natte uiteinde.

5. Microbiële controle

• Gebruik conserveermiddelen en zorg voor hygiëne bij zetmeeloplossingen die vatbaar zijn voor microbiële groei.

6. Viscositeitsbeheer

• Controleer de concentratie voor goede pompbaarheid en menging.