化学品实验论文概要.docx

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化学品实验论文概要

摘要

通过实验来验证在加入CPAM和不加CPAM，以及加入不同CPAM的情况下纸张各物理性能有什么变化。

从而在 CPAM对纸张物理性能的影响进行研究。

关键词：

涂料、CPAM、物理性能

ABSTRACT

ThroughtheexperimenttoverifytheCPAMandwithoutCPAM,andindifferentcircumstancesofCPAManychangeinthephysicalpropertiesofpaper.ThustheCPAMeffectonthepaperphysicalpropertieswerestudied.

KEYWORDS:

coating,CPAM,physicalperformance

一、造纸化学品概述

（一）造纸化学品定义

造纸工业是以植物纤维为主要原料的化学加工工业。

在纸张生产过程中需要加入很多化学品，其中一类属于基本化工原料，如烧碱、硫化钠、次氯酸钙、瓷土等；另一类则属于添加量较少的化学品，俗称造纸助剂，如施胶剂、助留剂、增强剂、脱墨剂等。

它们有的能赋予纸张各种特殊的优越性能（如湿强度、平滑性、抗水抗油性、柔软性等等）；有的能使生产过程优化、纸机运行速度提高、而且具有大幅度减少对环境污染的优点,给造纸工业带来良好的经济效益。

现在通常所说的造纸化学品（造纸助剂），主要是指第二类造纸（专用）化学品，用量小，但对纸张质量和性能却起到决定性的作用。

（二）造纸化学品主要类型

造纸化学品行业涉及的产品面十分广泛,品种繁多，根据它们在造纸过程中的应用可分为制浆/脱墨化学品、过程化学品、功能化学品、涂布加工用化学品和水处理化学品五大类。

1．制浆/脱墨化学品

（1）蒸煮助剂——蒽醌、绿氧

（2）废纸脱墨剂

*非离子型：

烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇环乙环丙嵌段共聚物；

*阴离子型：

烷基苯磺酸钠、烷基醚硫酸钠、脂肪酸皂类； *多种表面活性剂有选择的复配物。

（3）纸浆漂白剂——二氧化氯、双氧水（4）纸浆漂白助剂——氨基磺酸、二氧化硫脲（5）绒毛浆松解剂——季铵盐类的复配物 2．过程化学品

（1）助留助滤剂——阳离子淀粉、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、阴离子淀粉及多元助留体系

（2）消泡剂——有机硅型、聚醚型或脂肪酰胺型表面活性剂（3）防腐剂——均三嗪、异噻唑啉酮类、有机溴化合物（4）絮凝剂——聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺及其改性产品（5）沉积物控制剂——阳离子聚酰胺等

（6）纤维分散剂——聚氧化乙烯、高分子质量阴离子聚丙烯酰胺等 3．功能化学品

（1）浆内施胶剂

*酸性抄纸用：

白色松香胶、强化松香胶阴离子乳液松香胶、阳离子乳液松香胶；

*中性抄纸用：

烷基烯酮二聚体（AKD）、链烯基琥珀酸酐（ASA）、松香系中性施胶剂、树脂型中性施胶剂。

（2）干增强剂——阳离子淀粉、聚丙烯酰胺,阴/阳离子型、两性淀粉、多元改性淀粉

（3）湿增强剂——三聚氰胺甲醛树脂（MF）、脲醛树脂（UF）、聚酰胺环氧氯丙烷树脂（PPE）

（4）表面施胶剂——聚乙烯醇、氧化淀粉、高留着阳离子淀粉、苯乙烯马来酸酐共聚物、丙烯酸-苯乙烯共聚物、CMC等

（5）增白剂——VBL、APB-L、APC （6）柔软剂——咪唑啉类、甜菜碱等（7）阻燃剂——氨基磺酸盐、聚磷酸铵等（8）防水剂——有机硅、丙烯酸酯共聚物

（9）防油剂——含氟有机化合物

（10）填（颜）料——滑石粉、轻质碳酸钙、超细磨重质碳酸钙、高岭土、钛白粉等 4．涂布加工用化学品

（1）涂布粘合剂（胶料）——羧基丁苯胶、苯-丙共聚乳液及CMC、改性淀粉、干酪素等

（2）颜料

*无机颜料：

高岭土、碳酸钙（轻质、超细磨）、钛白粉等； *有机颜料：

尿醛树脂微粒、聚苯丙高分子塑料颜料。

（3）颜料分散剂——六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠（DC）、丙烯酸与丙烯酰胺共聚物（DA）（4）印刷适性改进剂——两性聚酰胺聚脲树脂（5）润滑剂——硬脂酸钙分散液（乳液）

（6）抗水剂——改性三聚氰胺甲醛树脂、有机及无机锆盐等（7）消泡剂——聚醚、有机硅

（8）防腐剂——均三嗪、异噻唑啉酮类、有机溴化合物 5．水处理化学品

（阴离子型、阳离子型、两性）聚丙烯酰胺、壳聚糖类化合物、硫酸铝、聚丙烯酸钠等。

二、国际造纸化学品行业市场现状

造纸化学品在欧美发达国家属于比较成熟的产业。

SRI咨询公司（SRIC）研究报告显示，2008年全球专用造纸化学品市场份额为160亿美元，但由于受全球特别是欧洲地区出版和包装领域纸张消费量下降的影响，2008-2013年全球专用造纸化学品消费需求将以年均0.2%的速度下滑，但各地区的需求变化情况大不相同。

国际新闻用纸需求正在持续下降，不过速度已经开始减缓。

当前冲击出版业用纸需求的是电子阅读器的盛行，虽然冲击力目前还非常小，但从长远来看，电子阅读器的普及对纸张和造纸化学品市场将带来较大的负面影响。

国际纸浆和造纸工业在过去的20多年中，盈利一直在逐渐减少。

北美地区前15强造纸公司中有两家在今年已申请破产保护。

在全球不同的地区，未来几年专用造纸化学品的需求变化情况迥异。

（1）北美自由贸易区的年均降幅仅为

0.5%，因为该地区已经经历过出版业电子化的严重影响，目前这方面的冲击已经趋缓；

（2）而欧洲地区专用造纸化学品的需求在2014年前将以年均2%的速度下降，因为该地区出版业电子化的趋势才刚刚开始，同时欧洲又是全球减少包装的倡导者；（3）日本专用造纸化学品市场需求的年均增速为0.2%；（4）中国市场的需求年均增速将达到6%，这是因为中国近年来新增大量造纸产能，同时开始生产高等级的纸张。

然而，由于中国当前主要生产一些低等级的纸张和纸板，这些产品对专用造纸化学品的需求量非常小，因此中国市场需求的增长并没有给国际专用造纸化学品生产商提供太多机会，同时中国在这些方面自给自足的能力也日益增强

三、我国造纸化学品市场现状

据国内外的咨询机构对我国造纸化学品行业的总体调研，2005年我国造纸化学品市场的规模为20亿美元。

调查还显示发达国家造纸化学品的消耗量占整个造纸工业总产量的2%～3%，而我国仅为0.6%。

按照目前我国造纸化学品应用比重提升的发展态势，未来10年，造纸化学品预计年均增长率将达到8.8%。

2008 年我国造纸行业的产量约为8000万吨，首次超越美国成为全球第一，与2007 年相比有8.75%的增幅。

但从2008 年第四季度开始，由于世界经济衰退，造纸行业首次出现了库存与应收账款同时“双增长”的现象,尤其是包装纸和纸板，其需求受出口商品的锐减而影响明显。

与造纸业相关的造纸化学品行业也受到一定的冲击。

目前，我国造纸化学品供求总量基本平衡且保持8%左右的稳定增长，但中低端造纸用化学品产能过剩且效益低下，而应用于高档纸、特种纸的造纸化学品无论从技术、质量还是数量上尚不能完全满足国内市场的需求，产品结构亟待升级调整。

随着我国造纸工业原材料结构特点、纸和纸板产量和品种的增长与变化趋势, 以及国家愈来愈严格的环保要求, 未来造纸化学品用量将在以下几个方面增长由于废纸用量的增长导致制浆漂白化学品和脱墨化学品消费量的上升, 由于纤维原料质量的下降导致干、湿增强剂消费量的上升消泡剂, 杀菌剂由于一些新纸机的投人使用而增长随着表面施胶技术的普及与发展, 表面施胶剂的增长更为迅速对环保的重视和国家加大执法力度, 水处理化学品的用量会大幅度增加。

四.助留/助滤剂

从提高生产能力、降低成本或改善纸张质量等方面来考虑，助留/助滤剂的应用受到了世界各国的重视。

近几年来，随着碱法抄纸的发展，以及减少环境污染、助留/助滤剂的需求量不断增加，品种也在增多。

美国造纸用助留/助滤剂的消费额约占造纸用精细化学品的13%－15%。

国外常用的助留/助滤剂一般有酰胺类高聚物、聚胺类化合物、聚亚胺类化合物以及天然高分子化合物等，其中聚丙烯酰胺（PAM）和改性淀粉是用量最大的产品。

从助留/助滤剂的发展来看，延续了从单元（PAM）à双元（PAM+膨润土/硅胶）à三元（PAM+膨润土/硅胶+结构型阴离子聚合物）的发展轨迹, 这主要也是配合纸机速度不断提高的要求；由于今后的纸机明显有朝着大型高速化发展的趋势；因此发展适合于高速纸机的助留助滤系统是今后的必然趋势。

目前, 一些国外大公司正加快对主要应用于高速纸机的三元助留助滤系统的开发及推广, 如汽巴精化、巴斯夫、凯米拉, 积累了大量的应用经验。

目前，我国现在使用的助留/助滤剂主要有阴离子改性淀粉、阳离子聚丙烯酰胺，也有阳离子淀粉，如杭州化工研究所的CCS－01阳离子淀粉，还有淀粉－丙烯酰胺共聚物。

目前我国的许多造纸企业在抄纸过程中未使用助留/助滤剂。

而使用助留/助滤剂能提高纸的抄造速度，提高细少纤维和填料的留着率，减少环境污染，中性抄纸中更需添加助留/助滤剂。

因此，随着造纸化学品的逐步推广、中性抄纸的发展以及环保的需要，助留/助滤剂的需求将不断增加。

今后，我国造纸用助留/助滤剂主要为改性淀粉和聚丙烯酰胺（PAM）

多元变性淀粉平衡了阴离子和阳离子集团，通常的阳离子淀粉与带阴离子的纤维、填料相遇吸附而形成絮凝结构，从而有助于细小纤维、填料的留着，改善滤水性，提高成纸的灰分及减少吨纸的浆耗、降低白水的浓度。

但过度的絮凝会影响纸页的匀度，影响产品的质量。

但两性淀粉中的阴离子既能通过铝离子与带负电荷的纤维和填料发生吸附，又能电性排斥体系中的杂阴离子而保护阳离子，同时对带阴离子的纤维和填料起分散作用，避免了过度絮凝现象,据中国造纸协会调查显示，2010年全国纸浆消耗总量8461万吨，较上年 7980 万吨增长6.03%。

可见，随着造纸行业的发展，浆耗成本也必定跟随增加。

通过各种途径，降低生产成本，势在必行。

阳离子淀粉品种繁多，一般分为四类：

1.叔胺烷基醚。

2.鎓类淀粉醚（包括季铵，磷，硫衍生物）。

3.伯或仲胺烷基醚。

4.杂类（如亚胺淀粉醚）。

目前，亲的阳离子淀粉醚仍在继续发展，但叔胺烷基醚和季铵烷基烷基醚是主要的商品淀粉，尤其是季铵基醚是继叔胺烷基醚后发展起来的。

各方面的性能均优于叔胺烷基醚淀粉，很有发展前途。

阳离子淀粉用途：

1.造纸工业阳离子淀粉的最大的用途是利用其阳离子性和强粘结性在造纸时作内添加剂，能改善纸的耐破度，抗张力，耐折度，抗掉毛性等诸多物理性质，提高松香，矾士的施胶效果。

纸浆中阳离子淀粉比率凝集固定了填料和细纤维，使纸的滤水性能良好，提高了纸的抄写速度，也大大有利于减少水质的污染。

另外，阳离子淀粉对能制造出理想纸质的中性胶料中使用的烷基烯酮二聚物的乳化和固定也有效果，其在纸的表面施胶，涂布方面的应用也在研究。

2.纺织工业阳离子淀粉可用于浆纱，增加经线润滑性和耐磨性，还可作为玻璃纤维在搓捻和编织时的保护涂层。

由于阳离子淀粉上有良好的成膜性，粘度稳定性及与聚乙烯醇的相溶性，可用作纺织轻纱上浆剂。

单一的阳离子淀粉，或与醋酸，乙烯酸及丁烯酸等单体共聚后的阳离子淀粉都是有良好的上浆剂。

阳离子淀粉还可用作洗衣整理剂，将其加至洗涤剂中，在洗涤及烘干后能改善织物的刚性及平滑性。

作为玻璃纤维的上浆剂，阳离子淀粉能提高玻璃纤的耐磨性。

3.絮凝剂阳离子淀粉因带有正是电荷，可从悬浊液中絮凝阴性有机或无机颗粒，如白土，二氧化钛，煤，碳，铁矿砂和泥浆等，可以用于排水净化，浮游选矿以及分离，纯化和浓缩各种生物活性物质，如酶，血浆，核酸等。

现被应用的用水溶性的取代高的产品以及羧甲基化，磺烷基化的复合改性物。

由于它的凝集效果是与其相对分子质量成比例的，因此它们的接枝聚合物效果更好。

此外，正在研究其作离子交换体，医药品可能性。

阳离子淀粉还可作为高盐浓度的钻探液体的液体损失控制剂。

助留剂的应用，可以在一定程度上降低吨纸浆耗，从而达到降低成本的目的。

助留的作用是使疏水性胶体悬浮液产生聚集，从而达到被截留在造纸机的网案上成为湿纸幅的目的。

是由淀粉与阳离子试剂反应制得的，它是一类很重要的淀粉衍生物。

其实用性的关键正是在于它对带负电荷物质的亲和性，广泛用于造纸，纺织，油田，粘合剂，采矿和化妆品等作业。

五、关于CPAM

由于它具有多种活泼的基团，可与许多物质亲和、吸附形成氢键。

主要是絮凝带负电荷的胶体，具有除浊、脱色、吸附、粘合等功能，适用于染色、造纸、食品、建筑、冶金、选矿、煤粉、油田、水产加工与发酵等行业有机胶体含量较高的废水处理，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其它工业污泥的脱水处理。

1.产品特点

分子量在600-1200万之间，在甲醇、乙醇中能溶解、不溶于酮、酯、烃等有机溶剂。

阳离子PAM在酸性或碱性介质中均呈现阳电性，这样能有效对污水中悬浮颗粒带阴电荷的水进行絮凝沉淀。

2.包装与保存

阳离子聚丙烯酰胺采用15kg、25kg，PP袋或者纸塑复合袋包装，也可依照客户要求包装。

堆码层数不得超过20层，保质期为两年，产品需存放在阴凉遮光处。

3.安全性

阳离子聚丙烯酰胺为无毒无腐蚀性产品，使用时如粘在皮肤、眼睛上或吸到口中，要及时用水冲洗，禁止食用。

4.使用方法

本产品使用时，浓度用该控制在0.1-0.2%，不使用配套溶解设备和投药系统时，应该设溶解稀释罐。

使用螺杆泵添加，用量根据实际情况调节。

5.主要用途

①．污泥脱水剂

城市与工业污水常用活化污泥法处理，生化污泥常常是亲水性很强的胶体，有机含量高，极难脱水。

根据污泥性质可选用相应的阳离子，可有效在污泥进入压滤之前进行重力污泥脱水，脱水时，产生絮团大，不粘滤布，在压滤时不流散，用量少，脱水效率高，泥饼含水率在80%以下。

②．污水和有机废水的处理

本产品在酸性和碱性介质中均呈现阳电性，这样对污水中悬浮颗粒袋阴电荷的污水进行絮凝沉淀，澄清是极为有效的。

如酒精厂废水，啤酒厂废水，味精厂废水，制糖厂废水，肉制品厂废水，饮料厂废水，纺织印染厂废水等。

用阳离子聚丙烯酰胺药比用阴离子聚丙烯酰胺，非离子聚丙烯酰胺或无机盐效果要高数倍或数十倍。

因为这类废水普遍带有阴电荷。

③．用于以江河作水源的自来水厂的水处理絮凝剂

用量少，效果好，成本低。

特别是和无机絮凝剂复配使用效果更好。

它将成为沿长江、黄河、淮河及其他河流流域的水厂的高效絮凝剂。

④．油田化学剂

如粘土防膨剂，油田酸化用稠化剂等。

⑤．造纸助剂

在造纸行业中，阳离子PAM用作纸张增强剂，因其是一种含氨基甲酰基的水溶性阳离子聚合物，可直接与浆料中的无机盐离子、纤维以及其他有机高分子发生静电桥梁作用以达到增强纸张的物理强度，减少纤维或填料的流失，加快滤水，起到增强，助留，助滤的目的。

用后确可有效地提高成纸的强度。

还可以用于白水处理，在脱墨过程中亦能起到明显的絮凝效果。

五．1. 普通箱板纸和牛皮挂面箱板纸的主要技术指标

指标名称

指标

紧度（g/cm³） ≥

≤220 g/㎡

＞220 g/㎡

0.68

0.70

耐破指数（kPa· ㎡/g） ≥

＞160 g/㎡

160～200 g/㎡

200～250 g/㎡

250～300 g/㎡

≥300 g/㎡

2.20

2.10

2.00

1.95

1.90

横向环压指数（N·m/g） ≥

＞160 g/㎡

160～200 g/㎡

200～250 g/㎡

250～300 g/㎡

≥300 g/㎡

5.50

5.70

6.00

6.50

7.00

横向耐折度（次） ≥

吸水性（g/㎡） ≤

60.0/200.0

2.文化纸的主要技术指标

指标名称

单位

A等

B等

C等

D等

定量

g/㎡

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

45.0±2.2

50.0±2.5

60.0±3.0

70.0±3.5

80.0±4.0

厚度45 g/㎡

50 g/㎡

60 g/㎡

70 g/㎡

80 g/㎡

μm

57±6

64±6

76±8

92±9

100±10

—

白度不低于

施胶度不小于

0.75

不透明度（≥60 g/㎡）不低于

75.0

耐折度不小于横向） 45～50 g/㎡ 60 ～80 g/㎡

次

六．实验

1. 实验部分

1.1 原材料

手抄片，助留剂CPAM, 纸样抄取器（ZQJ1-B-I，陕科大机械厂制造）

1.2 实验方法

①测定为加CPAM涂料纸张的物理性能

②配取定量CPAM并进行涂布。

一组依次加入CPAM,一组不加CPAM作为空白实验，对比抄造纸样的定量、厚度、耐折度指数、耐破度指数、环压指数、平滑度指数等性能指标对助留效果进行综合比对。

2. 结果与讨论

2.1 纸张定量分析

序号

克重（g）

均值

厚度（mm）

均值

定量（g/㎡）

均值

1＃

2.02 2.15

1.49 2.03

2.11 2.13

1.99

0.182 0.173

0.182 0.172

0.178 0.180

0.178

63.72 67.82

47.00 64.04

66.56 67.19

62.78

2＃

2.00 1.90

1.89 1.83

1.91 2.08

1.94

0.168 0.181

0.162 0.165

0.166 0.162

0.167

63.09 59.94

59.62 57.73

60.25 65.62

61.20

3＃

2.51 2.31

2.29 2.46

2.02 2.09

2.28

0.193 0.194

0.197 0.186

0.169 0.192

0.189

79.17 72.87

72.24 77.60

63.72 65.93

71.92

4＃

2.51 2.31

2.29 2.46

2.02 2.09

2.12

0.180 0.198

0.197 0.169

0.162 0.171

0.180

72.56 70.66

68.13 64.98

59.62 65.62

66.88

5＃

2.00 2.04

2.00 1.94

2.16 1.93

2.01

0.181 0.175

0.158 0.171

0.180 0.165

0.172

63.09 64.35

63.09 61.20

68.14 60.88

63.41

6＃

2.09 1.92

1.98 1.88

1.90 1.86

1.94

0.159 0.172

0.179 0.162

0.178 0.169

0.170

65.93 60.57

62.46 59.31

59.94 58.68

61.20

7＃

1.97 2.00

2.00 2.09

2.09 2.06

2.04

0.172 0.171

0.169 0.172

0.177 0.173

0.172

62.15 63.09

63.09 65.93

65.93 64.98

64．35

2.2纸张岀湿部干度计算及结果

湿纸重量（g）烘干后重量（g）出湿部干度（%）

1＃ 10.00 1.93 19.30 2

2＃ 10.34 2.05 19.83 3

3＃ 11.25 2.10 18.67 4

4＃ 11.46 2.10 18.32 5

5＃ 11.63 1.90 16.34 6

6＃ 10.52 1.90 18.06 7

7＃ 11.08 1.81 16.34

2.3 纸张抗张强度分析

实验后抗张强度（N）实验前抗张强度（N）

1＃ 44.8 45.65 1＃ 31.3 29.95

46.528.6

2＃ 43.3 39.95 2＃ 21.7 21.6

36.621.5

3＃ 59. 8 60.0 3＃ 35.3 35.25

60.235.2

4＃ 38.1 37.75 4＃ 34.9 33.2

37.431.5

5＃ 41. 038.84 5＃ 29.8 28.85

35.827.9

27.2 26.95

6＃ 36.434.26＃ 26.7

32.0

7＃34.4 34.15 7♯29.528.4

33.927.3

2.4综合性能分析

指标名称

实验后

实验前

紧度（g/cm³） ≥

≤220 g/㎡

＞220 g/㎡

0.70

0.72

0.68

0.70

耐破指数（kPa· ㎡/g） ≥

＞160 g/㎡

160～200 g/㎡

200～250 g/㎡

250～300 g/㎡

≥300 g/㎡

3.30

3.10

3.00

2.90

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