造纸系统中的电荷检测技术具体分析探讨

造纸系统的电荷是建立在湿部化学的基础上的,通常用来解释湿部现象的变化。造纸工作者和化学品供应商都相信浆料的电荷在抄纸过程中是重要的因素,对湿部添加剂的效率有很大的影响。因此,电荷分析在多数工厂就变得非常普遍,也经常被化学品供应商用于湿部检测以使过程优化。但是,尽管电荷测定得到了认同和普遍的应用,但是很少有工厂能根据电荷的变动来控制湿部的操作。

　　1　系统的电荷

　　纤维、细小纤维、填料、助留剂、干强剂、湿强剂、木素、半纤维素、分散剂、铝矾等等不论是分散的颗粒还是溶解的分子都带有一定的静电荷,其主要有表面吸附电荷和电离电荷。主要包括造纸纤维和细小纤维的电离电荷、颜料和填料表面吸附的电荷、聚合电解质的电离电荷。抄纸系统的电荷来自纤维素纤维的离子基团,来自于制浆和造纸的不同阶段引入系统的离子化学添加剂,浆料由于其电荷显示了一定的电动性能。自20世纪70年代起,许多研究者在此领域进行了深入的研究,许多造纸工作者认为零Zata电位对絮聚和留着是最理想的状态。电荷控制可产生的效益为:减少纸页的断头时间、有效的化学品的使用量、更均匀的纸产品。

　　2　电荷分析的方法

　　通常有两种类型的技术进行电荷分析:一种是通过浆料的电动特性测量电位,另一种是电荷滴定来测量浆料的电荷数量。电位方法包括微电泳、电渗析、渗透电位和流动电位。前两种方法测量固相或液相的相对运动,固相或液相的相对运动由一个电场产生;后两种方法电位的产生是由于移动的固相或液相产生,结果以微伏计。其中以微电泳方法最简单也最为常用。滴定方法测电荷需求滴定和胶体滴定比率(ＣＴＲ)。用一个聚离子的相反电荷且已知其电荷密度的物质来滴定浆料。

　　电荷需求滴定的结果以每升的毫当量来表示,电荷滴定比率也可以用阳离子和阴离子的比来表示,所测数值小于1表示浆料为纯阴性。电位测量方法测得的是浆料中离子表面的电荷。在这个范畴内,微电泳测量细小纤维的电荷,流动电位决定整个浆料的电荷(细小纤维和纤维)。另外,电荷滴定测量的是整体的电荷,比如微粒的电荷和溶液中的电荷。

　　多数方法都是建立在假设的基础上的,电位方法是假设在所有的系统中细小纤维、填料和纤维有同样的电荷。滴定方法假设带电的高分子聚合物能够吸引在吸附在带相反电荷的表面指导电荷为中性。但是这些假设不一定都很正确。在纸的抄造期间,有许多变量要进行控制。这些变量包括湿部的留着率、滤水性能、纸机的运行性能和纸的性能,每个变量都会受一些参数的影响,所以仅仅依靠控制浆料的电荷不可能维持较好的生产水平。

　　即使是絮聚过程——受浆料电荷的影响最大——普遍认为太多的阴电荷会影响阳离子助剂的效果,因此需要加入一定量的絮凝剂来减少阴电荷的影响。以前的多数助留助滤理论都是建立在絮聚机理是由电荷互相作用的基础上的,正如ＤＬＶＯ理论所描述的,零Zata电位能够提供最大程度的微粒间的接近,能够取得最大程度的留着和助滤。对现在的高速纸机,为了防止剪切作用系统中加入了高分子量的聚合物,这些助留剂的助留作用通过桥联机理,不需要电荷的中和。对于微粒助留和非离子助留系统,它们之间电动作用不再那么重要。在这些情况下最优的絮聚不能产生或者不在零电荷附近。都能接受的一个观点就是电荷测量是浆料中干扰物质数量的指示,但不是所有的干扰物质都为阴性。

　　3　在线电荷测量技术

　　在线检测的一个主要应用是确定网前箱的Zeta电位变化与纸机运行性间的联系,Zata电位变化越大,纸机运行性能越差。在线电荷需求分析经过10年的发展显示,在白水的测量中经常不能产生有意义的结果。这其中的一个原因就是白水中包括不同电荷的物质,比如细小纤维、填料和胶溶的阴离子物质。另外,在这样的一个特殊的检测点经常检测不到在白水塔中的中性逆流电荷携带物。由于使用更复杂的助留体系的趋势和废纸浆回用量增加的趋势,白水的电荷测量技术失去了其重要的作用。

　　在线电荷检测技术监控的参数如下:利用Zata电位在化学添加剂加入点前后的变化来确定添加剂与纤维、细纤维的作用情况;损纸浆进入处理设备前后的阳离子需求量和Zeta电位的变化;利用填料中阳离子需求量和Zata电位来确定其平均使用量和离子表面电荷类型。比如在填料、淀粉和固着剂同时加入时就会有一定量的阴离子垃圾,但是不能对单个化学药品对纸的干强度的影响做出可靠结论。

　　淀粉可能会和阴离子垃圾反应或者固着剂会和纤维反应,在后者的情况下纤维会部分阻塞淀粉的吸收,进而引起干强度的损失,因此没有人能预测单个化学药品的反应机理。纸厂的经验表明:在线的电荷测量设备能很好地用于纸机的抄造过程,特别是在较浓的浆料系统可以沿纸机多个点进行电荷需求的测量。单个过程的测量和电荷需求变动的监测比以前更有效,换句话说在线电荷测量能够连续监测和控制被检过程,进入系统的原料的质量变动能够在较早的阶段检出,能进行更有效的故障排除,这就保证了更有效的纸机操作。在线电荷需求测量用来控制抄纸过程和优化化学试剂的添加量,测量可以在不同的点进行,可以更详细地对整个过程进行监测。

　　另外,经验表明将系统保持在一定的阴离子水平是必要的,可以在控制过程中降低阳离子化学品的使用量。造纸湿部的电荷测量非常重要,因为纸料组分的电荷会影响细小纤维留着、填料留着、染色效果、胶料乳化、胶料留着等过程,纸料对化学添加剂的吸附与留着均受静电荷的影响,所以,纸料组分的静电荷在许多湿部化学现象中起着关键性的作用,测量和控制这些电荷在湿部化学过程控制中是非常关键的一项技术。