廢涂布紙回用過程中膠黏物的分析和控制

黃 聰 周明華 李 德 封彥鵬 丁 麗

(民豐特種紙股份有限公司,浙江嘉興,314000)

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·廢涂布紙回用·

廢涂布紙回用過程中膠黏物的分析和控制

黃 聰 周明華 李 德 封彥鵬 丁 麗

(民豐特種紙股份有限公司,浙江嘉興,314000)

以真空鍍鋁原紙為原料制備廢涂布紙漿,通過SEM、紅外光譜、電荷需求量等表征手段,研究了大膠黏物、微膠黏物和DCS(溶解和膠體物質)的來源、形態、成分、陰離子垃圾貢獻率。結果表明,丁苯膠乳是膠黏物的主要來源,大膠黏物包覆顏料形成大膠黏物混合物,碳酸鈣對微膠黏物吸附沉積,而DCS穩定分散于白水中,具有最大的陰離子垃圾貢獻率。大膠黏物可通過紙張抄造脫離白水,而微膠黏物和DCS可通過添加0.2%用量的陽離子聚乙烯亞胺進行控制，具有較好的效果。

涂布紙；膠黏物；DCS；陰離子垃圾；聚乙烯亞胺

涂布類紙張的涂層中含有膠乳、顏料、分散劑等組分,在回用過程中,涂層分解形成一些固體和溶解性的膠黏物,分散在漿料、白水中,稱為白樹脂。這類膠黏物往往呈較強負電性,且具有很強的凝聚和沉積趨勢。實際生產中廢涂布紙漿或混合漿在流經管道、紙機設備時,因溫度、pH值及助劑添加等條件變化,漿料中的膠黏物容易失穩、沉積,從而增加設備清洗頻率，導致紙病,影響生產效率[1- 4]。真空鍍鋁原紙是民豐特種紙股份有限公司生產加工的一類重要的涂布紙產品，基紙定量約為51 g/m2,涂布量約為14 g/m2,涂層中主要含有高嶺土、碳酸鈣、丁苯膠乳等成分。膠黏物問題的研究和解決，同樣是實現真空鍍鋁原紙廢紙回用的關鍵所在。

要研究漿料中的膠黏物,對膠黏物含量的測定表征尤為重要。一般地,膠黏物根據其尺寸大小可分為大膠黏物(尺寸大于150 μm)、微膠黏物(尺寸小于150 μm的不溶物)以及溶解和膠體物質(DCS)。大膠黏物由于尺寸較大,在紙張成形過程中脫離白水直接進入紙張；而微膠黏物則對紙機直接產生膠黏物障礙[4]。DCS則在紙機條件變化時,有可能轉化為微膠黏物,成為潛在的膠黏物危害。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

主要材料為民豐特種紙股份有限公司生產的真空鍍鋁原紙，作為實驗用廢涂布紙材料。

（4）要注重平時的維護和保養工作，保證相關設備不發生故障，尤其是要做好潤滑和涂油工作，使得設備能夠高效工作，提高處理效率[2]。

主要試劑包括：次氯酸鈉溶液(有效氯約10%),濕強解離劑A(主要成分過硫酸鈉),玻纖濾紙(whatman GF/C,孔徑1.2 μm),質量分數1%的改良型陽離子聚乙烯亞胺溶液(電荷需求量為5.28×104μmol/L)等。

由此可知,真空鍍鋁原紙在疏解分散時,機械剪切力僅將涂層切成的較大膠黏混合物,與纖維相分離,而其中的顏料(高嶺土、碳酸鈣)和膠乳并未分散釋放,依然相互黏結在一起,分散在整個漿料系統中。

1.2 實驗方法

1.2.1 真空鍍鋁原紙的分散疏解

取10 g真空鍍鋁原紙,撕成尺寸1 cm×1 cm的碎紙片,加入150 mL蒸餾水,80℃下恒溫浸泡10 min。再加NaOH溶液調節pH值至10左右,加入次氯酸鈉溶液,攪拌10 min后,加入濕強解離劑A,繼續攪拌10 min。然后用高速分散機以3000 r/min的轉速對其進行分散疏解,得到廢涂布紙漿料。

添加濕強解離劑的目的,在于解除真空鍍鋁原紙內PAE樹脂的濕增強效果,使紙張易于分散疏解。

以涂層中高嶺土、碳酸鈣和丁苯膠乳的含量為100%時，根據圖3所示的特征峰,對各成分中的高嶺土、碳酸鈣和丁苯膠乳進行半定量分析,整理得到各成分的組成與含量如表2所示。

1.2.2 膠黏物的分析

采用Nicolet 6700紅外光譜儀,通過KBr壓片法對上述各成分的固體干燥物進行紅外透射率掃描,掃描波長4000～400 cm-1,掃描步進每分鐘120 cm-1。采用Hitachi TM-1000掃描電子顯微鏡,分別對手抄片、截留物、濾液Ⅱ干燥物進行掃描拍攝,觀察其表面形貌,加速電壓1.5 kV。Oxford能譜儀對顏料高嶺土、碳酸鈣以及廢紙漿中各成分進行能譜分析,加速電壓1.5 kV,采集時間100 s,處理時間4 s。采用BTG公司的PCD- 04顆粒電荷測定儀,測定廢涂布紙漿、濾液I和濾液Ⅱ的電荷需求量。

馬克思曾經說過：“毫無疑問，在理論上把現實中隨時都要遇到的矛盾撇開不管并不困難。”[1]616而這些在進行理論抽象時所“撇開不管”的“矛盾”，卻是人類在現實的歷史發展過程中，要一步一步地經歷其形成、發展和解決的全部過程，因而這必然是一個較長的過程。人類生活現實中社會發展取向的偏離，人與社會及自身的協調嚴重失衡，產生人類困境和生存危機，就是忽視個人之為個人的特殊性、具體性和獨立性，就是離開個人的發展空談社會，實際上就是背離了馬克思的社會發展理論。

用刀片輕輕刮取真空鍍鋁原紙的涂布面,得到涂層粉末(即大膠黏物、微膠黏物和DCS的來源，即膠黏物混合物)。將廢涂布紙漿料稀釋至漿濃0.5%,以100目(孔徑約150 μm)篩網過濾,得到濾液Ⅰ(含有微膠黏物與DCS)。移取50 g濾液Ⅰ,再以孔徑1.2 μm的玻纖濾紙真空抽濾,分別得到濾紙截留物(含有微膠黏物)、濾液Ⅱ(含有DCS)。分別干燥涂層粉末、濾液Ⅰ、截留物、濾液Ⅱ,得到固體干燥物。

分散疏解后的廢涂布紙漿料,經紙頁成型器抄成60 g/m2的手抄片,用于觀察大膠黏物的形態分布。

1.2.3 膠黏物含量的控制

在濾液Ⅰ中,添加質量分數1%的陽離子聚乙烯亞胺溶液。其用量為0、0.05%、0.20%、1.00%(相對于絕干漿),混合均勻。稱取50 g該混合液,以孔徑1.2 μm的玻纖濾紙真空抽濾,得到濾紙截留物和濾液Ⅲ。電子天平精確稱取截留物,精確到0.0001 g。通過HACH 2100P濁度儀,測定濾液Ⅲ的濁度。

2 結果與討論

2.1 廢涂布紙漿料中膠黏物的形態分析

2.1.1 大膠黏物的形態

分散疏解后的廢涂布紙漿料,經紙頁成型器抄成60 g/m2的手抄片,通過掃描電子顯微鏡放大50倍觀察，發現尺寸在150 μm以上的大膠黏物呈現片狀，大量分散在手抄片中。對大膠黏物進行能譜分析,元素組成見表1。由表1可知,其中的Al、Si元素的比例與高嶺土很接近,表明其來源于顏料高嶺土；而Ca元素則來源于碳酸鈣。

圖1 廢涂布紙漿手抄片SEM圖

為提高計算效率, 后續計算中選取中等密度網格. 圖3給出了中等密度計算網格全局視圖及噴口/凹腔附近的局部網格視圖.

表1 顏料和廢涂布紙漿料中各成分的元素含量 %

2.1.2 微膠黏物、DCS的形態

圖2 廢涂布紙漿中截留物的SEM圖

圖2示出了掃描電鏡下截留物干燥后的表面形貌,截留物主要由部分規則晶體和不規則粗糙顆粒所組成。結合表1中截留物的元素組成可知,其中的規則晶體主要為碳酸鈣和少量的高嶺土,來源于涂布紙涂層顏料和部分紙內填料。而其中的部分形貌呈現不規則,主要是碳酸鈣填料等吸附膠乳物質所致。苗顯慶等人[5]報道過沉淀碳酸鈣表面帶有微弱的陽電荷,可以有效吸附這些陰電性膠黏物。尤其是沉淀碳酸鈣具有的偏三角面體結構,晶體結構內部具有較大的存儲空間,可以有效吸附并存儲細小的膠黏物,影響微膠黏物的沉積。

經測定，濾液Ⅱ的濁度高達21.5 NTU,結合表1中濾液Ⅱ的元素組成可知,濾液Ⅱ中的DCS完全與高嶺土和碳酸鈣等顏料分離,均勻分散于漿料中。

因此,大膠黏物和微膠黏物都呈現陰電性,具有較高的陽電荷需求量,構成陰離子垃圾,勢必會消耗系統中的陽性添加劑的電荷。

2.1.3 膠黏物的組成

圖3為廢涂布紙漿料中各成分的紅外光譜圖,分別表征了涂層粉末、濾液Ⅰ、截留物、濾液Ⅱ的干燥物中的官能團。

由此推知,大膠黏物主要包覆著最多的顏料高嶺土和碳酸鈣,形成大膠黏物混合物，而微膠黏物也吸附于少量小粒徑的高嶺土和碳酸鈣；而濾液Ⅱ中含有的DCS則基本與高嶺土、碳酸鈣等顏料相分離,以膠體粒子的形式,均勻分散于漿料中。

圖3 廢涂布紙漿料中各成分的紅外光譜圖

圖4 廢涂布紙漿中各成分的電荷需求量

文獻表明，丁苯膠乳的特征峰[6]：2919 cm-1和2848 cm-1,歸屬于甲基、亞甲基的伸縮振動。高嶺土的特征峰[7]：3697 cm-1,歸屬于表面—OH伸縮振動；3616 cm-1,歸屬于硅氧四面體、鋁氧八面體—OH伸縮振動；1100～1000 cm-1、800～400 cm-1,歸屬于伸縮振動。碳酸鈣的特征峰[8]：1425 cm-1,歸屬于碳酸根反對稱伸縮；876 cm-1,歸屬于面外彎曲振動。

本文采用Gerhards等(2008)提出的多通道探測方法，利用空氣波對反射波傳播時間進行校正，模型如下：

一個課時很難完成所有教學任務，因此教師可在課前錄制微視頻（如攝像軟件的使用和spss軟件使用方法）來提高上課效率。另外，教師也可通過培訓興趣小組，讓興趣小組成員在上課期間充當每組的“小組長”來幫助帶動其他同學更快完成本節實驗拓展課的教學任務。

由表2可知,廢涂布紙的涂層中含有較多的高嶺土、碳酸鈣以及較少的丁苯膠乳,濾液Ⅰ中丁苯膠乳稍有減少，高嶺土、碳酸鈣則大量減少；截留物還有少量的高嶺土、碳酸鈣和丁苯膠乳,而濾液Ⅱ依然含有丁苯膠乳,但幾乎不含高嶺土和碳酸鈣。

表2 廢涂布紙漿中各成分的組成與相對含量 %

(2)初步接觸設計工作。安排1位專業技術過硬的專冊作為導師，帶領參加至少1個項目的可研、初步設計工作，掌握本專業的設計內容及設計重點，同時了解主要站前專業及接口專業的主要設計內容。

2.1.4 廢涂布紙中膠黏物的陰離子貢獻率

分別測定廢涂布紙漿、濾液Ⅰ和濾液Ⅱ的電荷需求量,結果分別為-244 μmol/L、-176 μmol/L和-168 μmol/L(見圖4)。忽略無機填料的電荷因素影響,大膠黏物、微膠黏物和DCS的電荷需求量依次為-68 μmol/L、-8 μmol/L、-168 μmol/L。由此可知,漿料中的這3種膠黏物均能成為陰離子垃圾,而且貢獻的程度不一。本文給出一個陰離子垃圾貢獻率的定義為：某一成分電荷需求量占全部成分電荷需求量的百分比。據此定義,這3種膠黏物的陰離子垃圾貢獻率大小依次為：DCS(68.9%)>>大膠黏物(27.9%)>微膠黏物(3.2%)。

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而DCS以膠體粒子形式分散于水中,具有強陰電性,是廢涂布紙漿中陰離子垃圾的最主要來源。一方面,DCS粒子表面帶有較大的負電荷,吸附附近的相反電荷,形成擴散雙電層結構,使得DCS粒子之間同時存在著引力和斥力作用,從而促使DCS粒子能夠大量地穩定分散于水介質中。另一方面,膠體粒子還受布朗運動和電荷轉移等影響,一旦發生諸如溫度、pH值和表面電荷等變化,膠體粒子的穩定狀態就會打破,從而發生凝聚,沉積到造紙網和毛毯表面,形成膠黏物障礙。

2.2 廢涂布紙漿中微膠黏物和DCS的控制

質量分數1%的陽離子聚乙烯亞胺溶液的電荷需求量為5.28×104μmol/L。表3所示為陽離子聚乙烯亞胺用量對微膠黏物和DCS含量的影響。從表3可見，當陽離子聚乙烯亞胺用量增加到0.2%時,濾液Ⅲ的濁度由21.5 NTU下降到19.4 NTU,這表明漿料中游離的DCS大幅度減少；截留物質量由0.0294 g下降到0.0127 g,下降幅度為56.8%,漿料中微膠黏物的含量也有大幅下降；當陽離子聚乙烯亞胺用量達到1.0%時，漿料出現絮聚現象。故陽離子聚乙烯亞胺用量以0.2%為最佳用量。

表3 陽離子聚乙烯亞胺用量對微膠黏物和DCS含量的影響

由此可知,在廢涂布紙漿中添加陽離子聚乙烯亞胺對DCS的控制效果十分顯著,對微膠黏物的控制也較好。一方面,在漿料中添加陽離子聚乙烯亞胺后,纖維表面陰電基團先與陽離子聚乙烯亞胺高分子長鏈相連[9-11],然后吸附帶陰電性的DCS、微膠黏物,達到纖維對DCS和微膠黏物吸附的目的,經過紙機的抄造,使DCS和微膠黏物脫離濕部進入紙張,最終實現對膠黏物的去除。另一方面,陽離子聚乙烯亞胺的添加,與助留系統協同配合,可以提高留著率和保持良好的紙張勻度。另外,由于陽離子聚乙烯亞胺帶強陽電性,所以對漿料的電荷控制也有一定作用。

2.2.1 塊存儲。塊存儲分為傳統塊和彈性塊存儲。以成本低廉的彈性塊存儲為主，使用基于通用X86服務器的彈性塊存儲系統，為虛擬機系統提供共享存儲，并為用戶虛擬機提供可按需擴展的容量型存儲空間塊級別存儲服務。使用少量FC SAN存儲作為集中存儲為應用提供塊存儲服務，主要用于部署關系型數據庫及IO性能要求較高的數據存儲。

3 結 論

3.1 在真空鍍鋁原紙疏解分散形成的廢涂布紙漿中,丁苯膠乳是膠黏物的主要來源。廢涂布紙漿中原有的無機顏料和填料,與膠乳有吸附或包覆作用。其一,大膠黏物包覆大量的無機顏料成為大膠黏物混合物,在抄紙時能夠較好地留著于紙張中。其二,碳酸鈣等對微膠黏物有吸附作用,增加了微膠黏物的沉積,陰離子垃圾貢獻率較小。其三,DCS以膠體粒子的形式,穩定分散于白水中,其陰離子垃圾貢獻率高達68.9%,是陰離子垃圾的最主要來源。

3.2 在廢涂布紙回用過程中,其中的大膠黏物可直接脫離白水進入紙張得以去除,而微膠黏物和DCS可以通過添加陽離子聚乙烯亞胺進行去除。陽離子聚乙烯亞胺起到了“架橋”作用,使微膠黏物和DCS被吸附連接到纖維上,從而有效降低了廢涂布紙漿料中陰離子垃圾的含量。在實際生產中,綜合考慮經濟成本以及過量使用可能導致的纖維絮聚作用,陽離子聚乙烯亞胺用量達0.2%(對絕干紙漿)左右,即可對廢涂布紙漿中的微膠黏物和DCS的控制產生良好的效果。

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(責任編輯：常 青)

·消息·

芬蘭Kotkamills紙業公司的Flying Eagle紙廠已于2016年7月成功開機

圖1 用戶和奔馬公司團隊之間的良好合作(中間為Kotkamills紙業公司的首席執行官MarkkuH?m?l?inen先生)

芬蘭Kotkamills紙業公司的Flying Eagle紙廠將一臺5.4 m寬生產雜志紙的紙機改造成了紙板機BM2。奔馬瓦哈托造紙設備有限公司(BellmerVaahto)是改造項目的主要供貨商。改造后的紙板機已按照計劃于2016年7月成功開機。這臺紙板機為全球優質用戶提供高品質的包裝紙板產品，包括各種定量等級的AEGLE牌折疊箱紙板和ISLA牌食品包裝紙板。

奔馬公司(Bellmer)在這個項目中的供貨設備分別在德國和芬蘭的生產基地制造。全新的串聯式雙靴壓壓榨部，TURBOPressTM，由奔馬公司位于德國Niefern的主要生產基地制造交貨。奔馬瓦哈托公司位于芬蘭Hollola的生產基地則負責全部三層網部，包括3臺TURBOVaahtoJetterTM流漿箱