在造纸工业中， 干强度 是决定纸张抵抗机械损伤能力的关键指标。它包括抗拉强度、耐破强度、撕裂强度和表面强度，这些主要取决于 纤维之间的氢键干强剂是增强纤维与纤维之间以及纤维与填料之间粘合的重要化学添加剂。它们有助于优化原材料的使用（例如，增加填料或低成本纤维的含量），满足特定的纸张性能要求，并提升最终产品的价值。
一、机制 干强剂
干强剂通过以下主要机制发挥作用：
- 增强氢键：
大多数干强剂含有-OH和-CONH₂等功能团，它们与纤维表面结合，增加氢键的数量和强度。 - 离子键合：
阳离子干强剂（最常见的类型）带有正电荷，可与带负电荷的纤维素和填料静电结合。 - 共价键：
一些特种剂（例如GPAM）可以与纤维素形成稳定的共价键或在干燥过程中自交联。 - 微观结构修改：
通过改善细小纤维的保留或控制絮凝，这些剂可以对纸张的均匀性和机械性能产生积极的影响。
二、干强剂的主要种类
干强剂一般分为以下几类：
A. 天然聚合物和改性淀粉
- 阳离子淀粉：
用途广泛。阳离子改性可提高纤维的留着率。经济高效，且显著提高强度和留着率。 - 阴离子/两性离子/改性淀粉：
在特定化学条件下或为满足特殊性能需求而应用。 - 植物胶：
例如阳离子瓜尔胶和刺槐豆胶。高分子量提供优异的粘合性，尤其能有效提高内键强度。通常用量较低，但价格较高。
B. 合成聚合物
- 聚丙烯酰胺（PAM）系列：
- 阳离子PAM（C-PAM）：
高效，分子量和电荷可调。也可用于助留和助滤。 - 阴离子/两性离子PAM：
用于适应各种湿部条件。 - 乙醛酸化聚丙烯酰胺（GPAM）：
除了干强度外，还增加了暂时湿强度。
- 阳离子PAM（C-PAM）：
- 聚乙烯胺（PVAm）：
强阳离子，在复杂的湿端环境中非常有效。 - 其他：
改性纤维素（CMC）、聚乙烯醇（PVA）等，用于特定情况，常用于表面应用。
三、干强剂的使用方法
A. 湿部添加（主流）
- 通常添加到浓稠的原料中（例如，在扇形泵的入口处）。
- 确保充分混合和足够的反应时间；避免高剪切损伤（特别是对于高分子量 PAM）。
- 与其他添加剂（如施胶剂和助留剂）的配料顺序相协调。
B. 表面施胶
- 在施胶压榨或涂层阶段使用改性淀粉或PVA来改善表面特性和整体强度。
C. 喷涂
- 将溶液喷洒在成型网或压印预部分，以进行有针对性的应用。
D. 制备和溶解
- 淀粉：
必须在精确的温度和时间控制下烹制，以达到完全糊化。 - 合成聚合物：
- 粉末需要特殊的溶解系统。
- 乳液在使用前必须活化。
- 液体可直接稀释。
E. 剂量参考
- 剂量取决于纸张等级、配料成分、强度目标和成本考虑。
- 典型范围：
阳离子淀粉：0.5–2.0％
合成聚合物：0.05–0.3％（基于干纤维）
四、干强剂对纸机操作的影响
A. 对形成的影响
- 负面影响：
阳离子和高分子量剂引起的过度絮凝会降低地层质量，导致浑浊、针孔和性能不均匀。 - 潜在的积极影响：
在某些情况下，提高细小材料的保留率可能会增强纸张的均匀性。 - 核心挑战：
平衡强度提高与地层质量。
B. 对脱水的影响
- 常见问题：
脱水效率降低，特别是在真空和压榨脱水阶段。 - 原因：
- 细粉保留量的增加会导致水分保留量的增加。
- 絮状结构和水合聚合物链阻塞了排水路径。
- 后果：
- 更高的真空要求
- 降低压榨后干燥度
- 蒸汽消耗增加
- 可能减速
- 轻微积极影响：
由于絮凝物的形成，重力排水最初可能会略有改善。 - 核心挑战：
管理脱水阻力以保持机器效率和能量控制。
五、关键应用考虑因素和系统管理
1. 湿部化学平衡
- 充电控制：
监测Zeta电位和电导率，防止电荷反转。有效管理阴离子垃圾。 - 化学相容性：
优化加药顺序，以防止与施胶剂和助留剂等其他药剂的干扰。
2. 制剂质量
- 确保淀粉或聚合物充分活化并适当溶解/糊化。
3. 混合和剪切管理
- 选择合适的添加点，实现均匀分散，避免聚合物降解或难以破碎的絮凝物。
4. 留存和排水策略
- 将干强剂的效果融入湿部优化中。
5. 微生物控制
- 对于容易滋生微生物的淀粉溶液，请使用防腐剂并确保其卫生。
6. 粘度管理
- 控制浓度以获得良好的泵送性和混合性。
