В бумажной промышленности прочность в сухом состоянии Это критический показатель, определяющий способность бумаги противостоять механическим повреждениям. Он включает в себя прочность на разрыв, прочность на продавливание, прочность на раздир и поверхностную прочность, которые в первую очередь определяются водородные связи между волокнами. Агенты, повышающие прочность в сухом состоянии, — это важные химические добавки, улучшающие сцепление волокон друг с другом и с наполнителем. Они помогают оптимизировать использование сырья (например, увеличить содержание наполнителя или недорогого волокна), соответствовать определенным требованиям к свойствам бумаги и повышать ценность конечного продукта.
I. Механизм Агенты для повышения прочности в сухом виде
Агенты, повышающие прочность в сухом виде, действуют посредством следующих основных механизмов:
- Усиление водородных связей:
Большинство агентов, повышающих прочность в сухом виде, содержат функциональные группы, такие как -OH и -CONH₂, которые связываются с поверхностью волокон, увеличивая количество и прочность водородных связей. - Ионная связь:
Катионные агенты для повышения прочности в сухом виде (наиболее распространенный тип) несут положительные заряды, которые электростатически связываются с отрицательно заряженной целлюлозой и наполнителями. - Ковалентная связь:
Некоторые специальные агенты (например, ГПАМ) могут образовывать стабильные ковалентные связи с целлюлозой или самосшиваться во время сушки. - Модификация микроструктуры:
Улучшая удержание мелких частиц или контролируя флокуляцию, эти агенты могут положительно влиять на однородность и механические свойства бумаги.
II. Основные типы агентов, повышающих прочность в сухом виде
Сухие прочностные агенты обычно классифицируются следующим образом:
А. Натуральные полимеры и модифицированные крахмалы
- Катионный крахмал:
Широко применяется. Катионная модификация улучшает удержание на волокнах. Экономически выгодна, оказывает заметное влияние на прочность и удержание. - Анионные/цвиттерионные/модифицированные крахмалы:
Применяется в особых химических условиях или для обеспечения особых эксплуатационных характеристик. - Растительные камеди:
Например, катионная гуаровая камедь и камедь плодов рожкового дерева. Высокая молекулярная масса обеспечивает отличное связывание, особенно эффективно для повышения прочности внутренних связей. Обычно используются в меньших дозировках, но стоят дороже.
Б. Синтетические полимеры
- Серия полиакриламида (ПАМ):
- Катионные ПАМ (C-ПАМ):
Высокоэффективный, с регулируемой молекулярной массой и зарядом. Также используется для удержания и дренажа. - Анионные/цвиттерионные ПАМ:
Используется для адаптации к различным условиям мокрой части. - Глиоксилированный ПАМ (ГПАМ):
Придает временную прочность во влажном состоянии в дополнение к прочности в сухом состоянии.
- Катионные ПАМ (C-ПАМ):
- Поливиниламин (ПВАм):
Сильно катионный, высокоэффективен в сложных условиях мокрой части. - Другое:
Модифицированная целлюлоза (КМЦ), поливиниловый спирт (ПВС) и т. д., используемые в особых случаях, часто для поверхностного нанесения.
III. Методы применения средств для повышения прочности в сухом состоянии
A. Добавление в мокрую часть (основной поток)
- Обычно добавляется в густую массу (например, на входе в вентиляторный насос).
- Обеспечьте полное смешивание и достаточное время реакции; избегайте сильного сдвига (особенно для ПАМа с высокой молекулярной массой).
- Координируйте порядок дозирования с другими добавками, такими как проклеивающие вещества и удерживающие добавки.
B. Поверхностная калибровка
- Модифицированный крахмал или ПВА, используемый на этапе проклеивания или покрытия для улучшения свойств поверхности и общей прочности.
C. Нанесение распылением
- Раствор распыляется на формующее полотно или на участок допечатной подготовки для целевого применения.
D. Приготовление и растворение
- Крахмал:
Необходимо готовить при точном контроле температуры и времени для полной желатинизации. - Синтетические полимеры:
- Порошки требуют специальных систем растворения.
- Эмульсии необходимо активировать перед использованием.
- Жидкости можно разбавлять напрямую.
E. Рекомендуемая дозировка
- Дозировка зависит от сорта бумаги, состава композиции, целевой прочности и затрат.
- Типичный диапазон:
Катионный крахмал: 0.5–2.0%
Синтетические полимеры: 0.05–0.3% (в пересчете на сухое волокно)
IV. Влияние агентов, повышающих прочность в сухом виде, на работу бумагоделательной машины
А. Влияние на формирование
- Негативное влияние:
Избыточная флокуляция, вызванная катионными и высокомолекулярными агентами, может ухудшить качество пласта, вызывая помутнение, появление пор и неравномерность свойств. - Потенциальное положительное влияние:
Улучшенное удержание мелких материалов может в некоторых случаях повысить однородность листа. - Основная задача:
Баланс между повышением прочности и качеством формования.
Б. Влияние на обезвоживание
- Распространенная проблема:
Снижение эффективности обезвоживания, особенно на этапах вакуумного и прессового обезвоживания. - Причины:
- Увеличение задержки мелких частиц приводит к большему удержанию воды.
- Хлопьевидные структуры и гидратированные полимерные цепи блокируют пути дренажа.
- Последствия:
- Более высокие требования к вакууму
- Меньшая сухость после печати
- Увеличенный расход пара
- Возможное снижение скорости
- Незначительный положительный эффект:
Первоначально гравитационный дренаж может немного улучшиться из-за образования хлопьев. - Основная задача:
Управление сопротивлением обезвоживанию для поддержания эффективности машины и контроля энергопотребления.
V. Основные аспекты применения и управления системой
1. Химический баланс мокрой части
- Контроль заряда:
Контролируйте дзета-потенциал и проводимость для предотвращения переполюсовки. Эффективно управляйте анионными отходами. - Химическая совместимость:
Оптимизируйте последовательность дозирования, чтобы предотвратить взаимодействие с другими агентами, такими как проклеивающие и удерживающие химикаты.
2. Качество подготовки
- Обеспечить полную активацию и правильное растворение/желатинизацию крахмала или полимера.
3. Смешивание и управление сдвигом
- Выбирайте подходящие точки добавления для равномерного распределения и избегайте деградации полимера или образования трудноразрушаемых хлопьев.
4. Стратегия удержания и дренажа
- Интеграция эффектов агентов, повышающих прочность в сухом состоянии, в оптимизацию мокрой части.
5. Микробный контроль
- Используйте консерванты и обеспечивайте санитарную чистоту крахмальных растворов, склонных к росту микроорганизмов.
6. Управление вязкостью
- Контролируйте концентрацию для обеспечения хорошей прокачиваемости и смешивания.
