第一節(jié) 造紙用化學品的簡介
造紙用化學品指在制漿、抄紙和紙加工過程中,用以處理纖維原料、紙漿和原紙的化學品。(可行性 研究 報告)
第二節(jié) 造紙用化學品的分類
根據(jù)習慣命名和造紙工業(yè)中使用的普遍性,粗略分為兩大類:①常用化學品,是大多數(shù)紙張生產(chǎn)中不可少的化學品。例如硫酸鹽制漿用的氫氧化鈉(燒堿)、硫化鈉;紙漿漂白用的液氯(見氯氣)、次氯酸鈣;紙張施膠用的松香、硫酸鋁(明礬)等。②精細化學品(見精細化工),是滿足某種需要而添加的特殊化學品。例如用漂液漂白紙漿時,加入氨基磺酸,可減少纖維素降解,保持纖維素強度等。這種分類也帶有任意性,因為一種精細化學品經(jīng)長期使用,可成為常用化學品。反之,常用化學品經(jīng)改性后,可成為有特殊性能的精細化學品。
根據(jù)造紙用化學品的性能和用途,大致分為以下十幾類:
蒸煮劑 在蒸煮工序中,為將木素從植物纖維中脫除所加的化學品。制漿方法不同,使用的化學品也不同。如堿法(包括硫酸鹽法、苛性鈉法、石灰法)以氫氧化鈉、硫化鈉、石灰等為蒸煮劑;酸性亞硫酸鹽法以亞硫酸氫鈣(或鎂)為蒸煮劑;中性亞硫酸鹽法以亞硫酸鈉和碳酸鈉為蒸煮劑;氧堿法以氧和氫氧化鈉等為蒸煮劑。以氫氧化鈉和硫化鈉為蒸煮劑的硫酸鹽法具有得率高、紙張強度好等優(yōu)點,在制漿工藝上占主導地位;近年來發(fā)展的蒽醌-燒堿法可加速脫除木素,縮短蒸煮時間,提高紙漿得率,為很多制漿廠所采用。
漂白劑 用以除去紙漿中殘留木素和有色物質的化學品。分化學漿漂白和機木漿漂白兩類。化學漿漂白常用氧化性漂白劑,例如液氯、次氯酸鈉(或鈣)、過氧化氫等,進行一段漂白,也可用液氯-氫氧化鈉-次氯酸鹽-二氧化氯(或亞氯酸鈉)等多段漂白。用次氯酸鹽一段漂白時,加入氨基磺酸,可減少纖維素降解。機木漿漂白多用還原性漂白劑,例如用連二亞硫酸鋅(或鈉),也可用過氧化氫、過氧化鈉等氧化性漂白劑,尚需加入硅酸鈉作緩沖劑,硫酸鎂作穩(wěn)定劑,以調(diào)節(jié)酸值和防止微量重金屬離子對過氧化物的催化分解作用。
施膠劑 用以延遲紙和紙板被水或水溶液滲透的化學品。分為漿內(nèi)施膠劑和表面施膠劑兩類。漿內(nèi)施膠劑是在紙頁形成前對纖維施膠用的膠料,主要是松香皂,還有蠟乳液和硬脂酸皂等。這類膠料必須在有酸性明礬(硫酸鋁)存在下,生成絮凝物沉積于纖維間,才能使干燥后的紙頁有抗水性,也稱為“酸性施膠劑”。用酸性施膠劑施膠的缺點是紙老化性能差。20世紀70年代發(fā)展的烷基烯酮二聚體和烯基琥珀酸酐等合成膠,使用時不需加入明礬,可在中性或微堿性條件下與纖維素羥基反應,而使紙有抗水性,稱為中性施膠劑。用中性施膠劑施膠的紙耐久性好,可用堿性碳酸鈣為填料,以提高不透明度、白度、手感和印刷性能等優(yōu)點;因而受到廣泛重視。用于處理紙面的膠料稱為表面施膠劑,通常在造紙機的施膠壓榨或壓光輥中進行。常用的表面施膠劑為變性淀粉、聚乙烯醇、動物膠、藻酸鈉等,可提高紙面強度、挺度和印刷性能等。某些特殊表面施膠劑,例如苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物、硬脂酸氯化鉻,可明顯增加紙的抗水性,甲基化三聚氰胺樹脂可改善紙的形態(tài)穩(wěn)定性,使在較大濕度變化下變形小。
染色劑和調(diào)色劑 使紙張染成各種顏色的化學品。常用的有堿性染料、酸性染料、直接染料、熒光增白劑。此外,某些染料還能起調(diào)色作用,如用未漂紙漿抄紙時,加入少量藍色染料,能部分抵消纖維的黃色,提高白度。
增強劑 用以提高紙和紙板物理強度的化學品。分為增干強劑和增濕強劑兩類:
早期的增干強劑為淀粉、植物膠等天然產(chǎn)品,后發(fā)展為淀粉衍生物和羧甲基纖維素等半合成產(chǎn)品,但都存在用量大、效果不理想等缺點。20世紀50年代后期,將合成高聚物加入紙漿中,才有了較大進步。目前,主要的增干強劑是低至中等分子量的離子型丙烯酰胺共聚物,此外尚有聚氨酯、聚酰胺等樹脂。運用少量增干強劑就可明顯提高紙的耐破、耐折、抗張等物理強度;在保持紙張原有強度的條件下可用部分廢紙、機木漿等廉價原料代替優(yōu)質的針葉木漿;或增加填料用量,節(jié)約纖維原料等。
增濕強劑能使紙在被水完全浸濕后,仍能保持部分強度(稱為濕強度),中國廣泛應用的是三聚氰胺甲醛樹脂和脲甲醛樹脂。
第三節(jié) 造紙用化學品的制備工藝
原甲酸HC(OH)3是一種假想的化合物,實際上并不存在,所以不可能通過原甲酸甲酯化的反應生成原造紙用化學品等化合物。原甲酸制造技術主要分為以氯仿為原料老方法和以氫氰酸為原料的新路線。乙氯仿為原料的技術路線又有兩步法和一步法之分。兩步法工藝流程短,投資少,技術成熟,但廢棄物較多,對環(huán)境有污染。一步法技術是清潔的生產(chǎn)技術。
(1)兩步法技術:以氯仿和甲醇鈉為原料兩部合成原造紙用化學品,第一步是甲醇和金屬鈉反應,或甲醇和氫氧化鈉反應均可生成甲醇鈉,反應是如下:
2CH3OH + 2Na →2CH3ONa + H2
CH3OH +NaOH→CH3ONa + H2O
第二步氯仿與甲醇鈉反應生成原造紙用化學品,反應式如下:
CHCl3+ 3CH3ONa →HC(OCH3)3+ 3NaCl
實際生產(chǎn)過程是在甲醇鈉和氯仿的甲醇溶液中進行,反應是在約60℃,壓力0.12~0.15MPa全回流下進行,反應產(chǎn)品冷卻,離心濾出NaCl,進行蒸餾,截取100~105℃餾分,即可得到以氯仿計,總收率97%以上,純度99.8%以上的原造紙用化學品產(chǎn)品。
(2)一步法技術:一步法采用氯仿、甲醇、氫氧化鈉為原料,以三丁基芐基氯化銨(PTC)為相轉移催化劑,即實現(xiàn)固液相間的轉移,一步生成原造紙用化學品,有的工業(yè)裝置已采用這項技術進行生產(chǎn)。
(3)氫氰酸法:該法是以無水甲醇、氫氰酸和鹽酸反應,再繼續(xù)與甲醇反應制得原造紙用化學品,此法可利用其他產(chǎn)品副產(chǎn)的氫氰酸最為有利,具有投資省得特點。但過程采用劇毒的氫氰酸為原料,需要制冷裝置,對設備密封性‘生產(chǎn)過程安全性要求較高。國內(nèi)無采用,美國Kay Fries 公司采用該技術生產(chǎn)原造紙用化學品。
第四節(jié) 造紙用化學品的優(yōu)點
采用造紙用聚丙烯酰胺的優(yōu)點:
1 、 提高細小纖維,CaCO3、TiO2以及高嶺土在濕端的保留
2 、 提供穩(wěn)定的濕部環(huán)境,改善紙頁成型和紙張性能
3 、 在紙頁成型、壓榨過程中改善濾水,從而節(jié)約干燥過程中的能耗
4 、 能降低白水固含量,提高原料得率和回收系統(tǒng)的效率
5 、 pH值適應性廣,不依賴硫酸鋁的使用
6 、 通過FDA和BGVV論證,可用于生產(chǎn)與食品接觸的紙和紙板
7 、 能提供穩(wěn)定的陽電荷,無論是在酸性系統(tǒng),還是中、堿性系統(tǒng)
8 、 改善濕端膠體物質的保留,從而提高施膠劑和染料的效率
9 、 提高紙機產(chǎn)量,改善紙機運行性能
10、 不含表面活性成分,對環(huán)境無害
11、 有多種包裝規(guī)格可供選用
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