助留剂的作用机理是通过控制纸料悬浮液中的絮聚程度来实现的。除了少数情况之外,纸浆纤维、填料、松香颗粒和其他组成纸料悬浮液的成分都是负电荷的。连续水相的变化会由于其pH,所含金属离子的单电荷和多电荷的密度,以及从磨木浆,化学浆或脱墨浆中提取的水溶性离子或中性物质而决定的。过程水溶液中也会含有杂质,最常见即为腐殖酸。助留剂会同纸料悬浮液中的多种不同物质相互作用以控制絮聚程度,从而保证溶解的组分尽大程度的从水中分离出来,另外也很重要的是不会影响纸页的成形。
图3-28是离子型助留剂与纸料悬浮液中各组分的作用方式释义图。阳离子聚电解质会迅速吸附至阴离子电荷表面,然而阴离子聚合物需要借助多电荷金属离子或阳离子型电解质以吸附至阴离子电荷表面。在完成电荷吸附这一阶段后,在吸附状态的分子发生重构,从而导致吸附层的结构发生变化,反过来又会产生不同的絮聚机制。
助留剂的作用过程及聚合物分子的最后构造是由聚合物分子的电荷密度和分子质量,以及吸附表面的电荷密度和形态所决定的。聚合羧酸盐或含有伯胺、仲胺或叔胺基团的聚胺类化合物的电荷密度均是可通过调节pH而调节的,同时聚合电解质的粒径也可在很大范围内变化。
在连续抄纸过程中,不同物质会发生不同的反应,比如反离子结合或形成聚合物复合物,其优点在于可以引入聚阴离子的吸附,但其缺点在于聚阴离子会削弱阳离子助留剂的效用。使用单组分助留剂时,因所用聚电解质的分子质量和电荷密度不同,可通过电中和机理、补丁机理和桥联机理引起纸料的聚集;使用多组分助留系统时,则包含多种聚集方式,通称为复合聚集机理。
1. 中和
纸料粒子带有负电荷,粒子间相互排斥,使系统具有一定的稳定性。当向系统中加入阳离子型助留剂后,可将其电荷逐步中和,当系统中Zeta电位逐渐趋向等电点时,减少了纤维与填料之间的排斥力,从而得到最大的留着率。
2. 补丁(www.xing528.com)
在带有负电荷的纸料系统中加入中等分子质量、高电荷密度的阳离子聚合物时,聚合物强烈地吸附在纸料颗粒表面,吸附处的表面负电荷不仅被完全中和,还进一步转化成阳电荷,形成所谓的阳电荷“补丁”。
3. 桥联
具有足够链长的高分子聚合物,可在纤维、填料粒子等空隙间架桥,并形成凝聚。不仅长链阳离子型高聚物具有这种效应,阴离子型聚合物在少量正电介质,如硫酸铝的存在下,也有类似形成的长链形成。
助滤剂的作用机理主要有以下两个方面:a. 纤维表面的细纤维由于电荷中和而发生收缩,使纤维的比表面下降,结合水量减少,使流体阻力减小;b. 由于纤维与固体细料凝聚,减少了湿纸页内微孔结构的堵塞,增加了纸页的渗透性能。低分子量高电荷密度的聚合电解质会产生小、致密的絮凝体,不能强烈地结合水,从而有良好的滤水效果,而高子量低电荷密度的聚合电解质形成大的絮凝体,有较好的保水能力,助滤作用不明显。
图3-28 离子型的助留剂与纸料悬浮液中各组分的作用方式释义图
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