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实现纸料中电荷的平衡，对纸机的运行和盈利能力至关重要。今天的文章讲解了一个利用电荷分析优化纸机生产的案例，希望能给大家带来一点帮助。
本案例中的纸机采用中性抄纸工艺，生产文化用纸。纤维原料为针叶木和阔叶木混合浆，填料为沉淀碳酸钙，湿部添加剂包括AKD浆内施胶剂、阳离子淀粉增强剂和二元聚合物助留体系。该纸厂长期受到留着率低的困扰，纸厂通过增加助留剂用量进行应对，但发现纸浆中施胶剂的使用量远远超出了行业常规水平。尽管如此，进入施胶机的原纸施胶度却很低：赫拉克勒斯施胶试验（HST）仅为0-2秒。这导致施胶机断纸频繁，纸厂花费过多时间重新穿纸；此外，纸机存在大量沉积物问题，纸孔和断纸现象较为严重。
该造纸厂采用阳离子需求滴定法（CDT）对纸机湿部进行检测，结果显示该系统呈阳离子状态。理论和经验都表明，纸机湿部系统呈阳离子状态，且运行通常不佳。如图1所示，在阳离子含量过高的系统中，由于电荷相互排斥，施胶剂颗粒无法很好地吸附到纤维上。
图1 过量阳离子化矿浆体系
为了解决这一问题，造纸厂开始慢慢减少二元聚合物助留体系中阳离子电荷贡献剂（即正电荷密度高、分子量低的添加剂）的添加量，以恢复纤维表面的阴离子电荷。二元聚合物助留体系的作用机理如图2所示。
图2 二元聚合物助留体系机理
图中，二元聚合物助留体系的第一要素是具有高正电荷密度和低分子量的聚电解质，加入纸浆后，会优先与体系中的阴离子垃圾发生作用或吸附到纤维上，为低电荷密度、高分子量的二级阴离子聚合物提供锚定点，后者通过架桥机理，从纸浆中生成大的絮凝体。
随着正电荷贡献添加剂用量的减少，流浆箱处纸料的电荷开始向负方向变化（图3中虚线），原纸施胶度逐渐升高（图3中实线）。仔细分析图3可知，当纸料电荷接近中性时，施胶效果开始明显恢复；当纸料最终变为净阴离子（-2微当量/升）时，HST超过100秒；继续减少阳离子电荷贡献添加剂的用量，纸料负电荷逐渐变大，同时HST达到100秒以上，远远超过施胶机对原纸施胶度的要求。
图3 减少正电荷贡献添加剂（阴离子垃圾捕捉剂）用量对纸张电荷及纸张施胶度的影响
当纸料阳离子化过度时，需要较多的阴离子助留剂来克服材料间过大的电荷斥力，一旦电荷斥力减弱，较少的助留剂用量就能保证留着率，而助留剂用量过高又会造成过度絮凝，破坏纸张的匀度。
图4 经过数月优化后，首段保留量和首段灰分保留量的变化
图4为纸机优化过程中首遍纸浆及首遍灰分留着率的变化情况，可以看出，二者均得到了提高，并维持在一个相对稳定的值。
在留着率提高和稳定的同时，还带来了其他一些好的变化。利用CDT方法优化湿部的好处概括如下：
（1）可提高和稳定纸机首程总留着率、首程灰分留着率；
（2）随着留着率的提高，纸机积纸、纸孔、断纸等现象明显减少；
（3）大大降低使用添加剂的成本；
（4）利用CDT可以快速追踪异常电荷的来源，预测纸料电荷变化引起的化学添加剂用量的波动，更好地避免系统异常可能带来的高昂成本。
