第五节 其他助剂
一、干强剂
(一)纸页增干强度的目的和作用
纸页强度指纸页承受各种机械力时的抵抗力,通常包括抗张强度、撕裂强度、耐折强度、抗弯强度、耐破强度、表面强度、内部结合强度和压缩强度等。在各强度指标中,有些是相互矛盾相互制约的,例如,提高纸浆打浆度虽能提高抗张强度,但会降低撕裂强度、透气度、不透明度和形稳性。为了达到既能提高干纸抗张强度,而又不影响纸张其他性能,就需要借助于化学助剂。这种用添加剂来增加干纸页强度的方法称之为增干强作用,所使用的化学添加剂称为增干强剂或干强剂。增加纸页干强度的目的主要是降低纸张生产的成本并提高纸页质量:在保持原有纸张质量的前提下,可以配用二次纤维或其他短纤原料,添加填料,降低纸页定量等方式来降低原料成本;可缩短打浆程度和打浆时间,节约电耗;可使用较低打浆度的纸浆抄纸,其滤水性能好,可提高车速从而提高产量并在一定程度上节约干燥用汽;纸页强度,不透明度,印刷性能,或卫生纸的柔软度会增强。
(二)干强剂的种类和性质
很多水溶性,能与纤维形成氢键结合的聚合物都可用作干强剂。植物纤维本身就含有天然的增干强剂:半纤维素,众所周知,从植物纤维中脱除半纤维素将使提高纤维间的结合强度变得困难。造纸工业中常用的干强剂可分成两类:天然聚合物和合成聚合物,前者如淀粉及其改性物、壳聚糖及其改性物、植物胶等;后者如聚丙烯酰胺、聚N-乙烯基甲酰/聚乙烯胺等。目前最常用的商品型干强剂仍为淀粉衍生物,约占市场总份额的95%左右。
1. 淀粉
淀粉及其洐生物(约占95%)是用量最大的干强剂,不仅能显著提高纸页的抗张强度、耐破度和耐折度性能,还能改善纸张的平滑度、光泽度、层间结合强度和油墨吸收性等。作为浆内增强的淀粉主要有3大类型,即原淀粉、变性淀粉和淀粉洐生物。
(1)原淀粉
用于造纸工业的淀粉主要有玉米淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉,其性状各不相同。淀粉同植物纤维素均由葡萄糖分子基本单元构成,构型却不同。天然淀粉通常呈不规则的块状颗粒,吸水膨胀后的淀粉分子链与纤维素有很好的亲和性。
原淀粉做干强剂使用时,先用水将其制成浓度 3%~5%的悬浊液,再用蒸汽加热(87~95℃),制成凝胶状的糊状物冷却后使用。该过程即淀粉糊化过程,期间淀粉颗粒吸水膨胀,直至高度膨胀的颗粒相互接触,在整个介质中形成连续体(半透明的黏糊状),此时淀粉乳的黏度急剧增大。使用时,可将淀粉糊加入浆池中,也可用清水稀释后加入稳浆箱或流浆箱,还可以在网部直接喷淋。鉴于淀粉与纤维的良好亲和性,淀粉只要保留在纸页结构内就能起到相应的增强作用,但是进入流送系统的原淀粉在成形部留着率(约50%)较低,加上原淀粉糊化液黏度高,流动性差,稀释后可能产生结晶沉淀和分层现象,使用起来有诸多不便,因此改性淀粉和淀粉洐生物得到了快速发展。
(2)阳离子淀粉
阳离子淀粉是淀粉与胺等化合物反应生成含有胺基或铵基的醚衍生物,其呈阳电性,能与带阴电荷的纤维、细小纤维及填料等紧密结合,起到增强或助留助滤作用。评价阳离子淀粉改性程度的主要指标是取代度,其理论上最大值为3,造纸工业使用的阳离子淀粉取代度通常在0.01~0.07。生产使用时,依用途选择合适的取代度:提高强度为主要目的时,选择取代度较低的淀粉;提高助留助滤为主要考量时,选用取代度较高的淀粉;增强与助留助滤兼顾时,使用取代度适中的阳离子淀粉。
当前,商品级阳离子淀粉主要有叔胺烷基醚和季铵烷基醚两类,前者只有在酸性条件下才呈阳电性,因此仅适用于酸性抄造体系,后者在较大的pH范围内都呈正电性,因此对造纸的抄造环境由酸性向中碱性转变起到很大助推作用。当前,阳离子淀粉的生产主要是利用含有季铵基的环氧试剂在较高的pH和温度下与淀粉进行醚化反应制成淀粉醚。尽管阳离子淀粉对负电纤维、填料的吸附不可逆,但是长期并大量使用阳离子淀粉会导致抄造系统的过阳离子化。此外,为更有效地使用阳离子淀粉,还应注意其使用浓度、添加位置、添加顺序、糊化处理及其他助剂的影响。
(3)阴离子淀粉
阴离子淀粉分子上的活性羟基被磷酸及其盐类等酯化或被氧化成羧基,在水中离解呈负电。造纸工业常用的阴离子淀粉有磷酸酯淀粉、氧化淀粉和羧甲基淀粉等。
2. 聚丙烯酰胺
在合成类的增干强剂中,聚丙烯酰胺是应用最广的。聚丙烯酰胺系列聚合物具有很强的絮聚作用,可使大分子链之间架桥,根据其离子性,具有不同的结合机理。对于阴离子聚丙烯酰胺,由于其带有负电荷,与纸浆纤维相同,因此在使用时必须加入阳离子促进剂,其中最具代表的物质为硫酸铝。为了减少使用阳离子促进剂,也可通过聚合反应在阴离子聚丙烯酰胺的结构上引入阳离子官能团。
阳离子聚丙烯酰胺的制备方法主要分为两类:聚丙烯酰胺阳离子改性法、丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚。前者可通过Mannich反应(如图3-29)实现,即在一定条件下聚丙烯酰胺中的部分酰胺键与甲醛、二甲醛在一定条件下发生胺甲基化反应。
图3-29 Mannich反应
生成的叔胺阳离子聚丙烯酰胺可进一步反应生成季胺型阳离子聚丙烯酰胺,其优点在于自身带有阳电荷,使用范围广,使用时不需要加入硫酸铝类沉淀剂,另外还有助留助滤作用,因而得到了广泛使用。
尽管阳离子聚丙烯酰胺易于强烈吸附纸浆中许多带负电荷的物质,拉小纤维间距,使其容易形成氢键,从而提高纸张强度,但使用阳离子助剂也易产生过大的絮团,影响纸张匀度,因此减弱了增强效果,但这促进了两性聚丙烯酰胺的研发。两性聚丙烯酰胺的作用机理是使既有阳离子基团又有阴离子基团的助剂在纸浆中产生协同效应,其中阴离子基为羧基,阳离子基可为季氨基、叔氨基或伯氨基,通常阳离子基的含量高于阴离子基,因此其净电荷呈阳荷。两性聚丙烯酰胺利用高分子链上的酰氨基与纤维上的羟基形成氢键,使纤维之间相互交织增强,同时通过高分子链上的阳离子功能团可以直接和纤维负电荷形成离子键,而阴离子功能团则可以通过复合与体系中的铝离子结合,与纤维形成配位键。通过两性聚丙烯酰胺的作用,促使纤维之间形成交联网络,达到很好的增强效果。
3. 聚N-乙烯基甲酰/聚乙烯胺
近年来新研发的聚N-乙烯基甲酰和聚乙烯胺类干强剂正逐渐投入使用。这类水溶性的聚合物含有伯氨基,从而可以与纤维素形成氢键,增强了纤维间的结合力。将其应用于纸张时,在提高干强度的同时,不会影响纸张的松厚度及外观性质。
聚N-乙烯基甲酰和聚乙烯胺类干强剂是由甲酰胺进行聚合然后水解得到的,其分子质量和电荷密度可在很大范围内发生变化,从而适应不同的性能需求。中等分子质量、中低电荷密度的聚乙烯胺的增干强效果就非常好。为了进一步降低生产成本,可将其与其他产品联合使用,例如低/中阳离子电荷密度的聚乙烯胺同低分子质量、中/高阴离子电荷密度的聚丙烯酰胺,或者阳离子聚乙烯胺联合阴离子型聚N-乙烯基甲酰等。
这类产品在合成过程中不会有剩余的单体,并且不会含有甲醛或有机结合氯,因此在使用过程中也不会向废水中排放氯化合物,是一种环境友好型的助剂。目前德国和美国的相关组织已经允许在食品包装用纸中含有聚N-乙烯基甲酰和聚乙烯胺类化合物,允许的最大含有量为1.5%(相对于成纸)。目前市面上提供的聚N-乙烯基甲酰和聚乙烯胺化合物多是水溶液或乳剂(浓度为10%~40%)或可水溶性的粉末的形式,在使用前需要进行溶解即可,无需多余的步骤。利用此类助剂的最大优势就是在对高浓纸料悬浮液进行稀释时可实时测量其含量。一般而言,0.1%~0.5%的添加量即可满足大部分需求,过量使用时会导致纸料悬浮液含有过多正电荷,从而会减弱增强剂和其他助剂的效用。
(三)增干强剂的作用原理
一般认为决定纸浆干强度的主要因素有:纤维本身的强度、纤维之间的结合强度、纤维间结合的表面积和结合键的分布均匀程度。增干强剂能提高纸页的干强度主要是由于干强剂能有效地增加纤维之间的结合强度,而且经过干强剂处理的纤维能够经受住沿着结合键周边发生的应力集中情况,因而增干强剂也称为浆内胶黏剂。
二、湿强剂
(一)湿强度的定义
纸张是纤维之间通过范德华力及氢键连接在一起的层状网络结构。当纸张中的含水量逐渐增加时,纤维发生润胀,纤维间的范德华力减弱及氢键断开,从而使得纸张的强度下降,此时纸张强度仅剩余纸张干燥时原始强度的3%~10%(相对湿度50%时)。除了受到纤维网络结构物理性质的影响之外,纸张强度还取决于作用力的作用面积,而作用面积可以通过在湿压榨时促进纤维表面的结合而提高,或者提升纤维的灵活度和润胀能力,但这种作用的程度有限,因此常通过添加化学助剂(通常称作湿强树脂)以提高纸的湿强度,即干纸再湿后的强度。通常纸的湿强度不是以其绝对值来表述,而是以纸的湿强度对干强度(常用抗张强度)的比率来表示。一般而言,在浸湿后,仍能保留15%的干强度的纸张,即可被认为是湿强纸。
目前应用湿强树脂以提高纸张湿强度的纸张种类有很多,其中应用范围最广的就是卫生纸,包括擦手纸、面巾纸以及厨房用纸等。另外应用范围较广的纸种就是包装用纸,例如用于包装牛奶或果汁的液体包装盒等,还有就是特种纸,包括茶叶袋、咖啡过滤用纸、壁纸及海报用纸也需要添加湿强剂。
(二)湿强剂的种类和性质
20世纪30年代末,人们发现将某些水溶性的合成树脂应用于纸料的加工时,纸张的湿强度会大幅提高,自此湿强树脂的应用和湿强纸的生产得到迅速发展。第一代商业化的湿强树脂是经改性后的脲醛树脂(U-F),通过引入阴离子或阳离子官能团至聚合物中使其具备水溶性,但其化学性质也决定了只能应用于酸性抄纸过程。随后开发的三聚氰胺-甲醛树脂(M-F)弥补了这一缺陷,其应用的pH较高,这也使得三聚氰胺-甲醛树脂的市场应用范围更广。然而到了20世纪50年代,传统的酸性抄纸条件逐渐向中/碱性条件演变,这也伴随着衍生了聚酰胺多胺-表氯醇树脂(PAE)。在中性抄纸条件下,PAE的增湿强度效果比U-F和M-F更好,并且可以使纤维本身的强度更大,减少纸机的腐蚀及腐浆的产生。
尽管当前大部分纸的抄造条件都在中/碱性,对于某些特殊纸种,如纸袋纸,因其需要松香胶施胶以具备一定抗摩擦性能,仍需要酸性的抄纸条件,这也使得U-F和M-F仍占有一定的市场,然而U-F和M-F的使用过程会释放出甲醛的问题仍未解决。在PAE的使用过程中,因其含有有机氯,会增加废水中的AOX(可吸收性有机卤)含量。
1. 甲醛树脂
图3-30是脲醛树脂的生成过程及其化学结构,从中可以看出羟甲基中羟基可以同另一分子中N原子所连接氢进行交联(如图3-31所示)。U-F的这种不溶性的三维网络式化学结构对纤维-纤维的连接键提供了一种保护作用,或者是纸张润湿时限制了纤维的润胀。为了解决溶解性问题,通过引入亚硫酸氢钠或氨基己酸至聚合物中,而生产出了可溶性的阴离子型脲醛树脂。由于阴离子型树脂带有负电荷,对于带电荷的纤维没有亲和力,需要添加硫酸铝来定着。然而即使在硫酸铝的帮助下,仅可能将此种阴离子型树脂定着于未漂白浆纤维上;另外为了获得最佳湿强度,白水pH应为4.5~5。从以上说明可以看出,阴离子型U-F在应用范围上有了限制,主要是用于硫酸盐浆纸袋纸和低定量皱纹牛皮纸。使用阴离子U-F的重要好处就是可以获得较好的经济效益。市面上阴离子脲醛树脂通常以一种易溶的粉末形式供应,在使用前一般先制成浓度为20%~30%的水溶液,然后在纸浆尝试调节器与冲浆泵中间加入前,先按10∶1的比例用水稀释并过滤。
图3-30 脲醛树脂的生成过程
图3-31 脲醛树脂交联
相对于阴离子型U-F而言,阳离子脲醛树脂有着更广泛的应用范围,因为后者自带阳电荷,不需要定着剂就可以定着在纤维上,包括漂白浆纤维,但阳离子型树脂的增强效果比阴离子型稍差。同阴离子型U-F相同,阳离子型树脂的增强效果也是在pH4.5~5范围才能达到最佳,因为其熟化也是要用酸来催化的。市面上阳离子型脲醛树脂一般以水溶液形式供应,其浓度为40%~60%,在使用前,先用水将其浓度稀释至1%~5%。
2. 三聚氰胺甲醛树脂(M-F)
在大多数情况下,三聚氰胺是由氰腈聚合而来,然后三聚氰胺与甲醛缩合生成一系列的羟甲基三聚氰胺,如单羟甲基三聚氰胺,三羟甲基三聚氰胺(如图3-32所示)等。M-F会发生自交联形成醚键(如图3-33所示)或亚甲基连接,也会与纤维素上的羧基发生交联形成共价键,这两种交联都有助于提高纸张的湿强度。利用M-F作增强剂时,纸张的湿抗张强度可达到50%,湿撕裂强度可以更高。由于M-F树脂抗碱性很强,因此主要是应用于标签纸和钞票原纸。
图3-32 三羟甲基三聚氰胺的生成过程
图3-33 三聚氰胺甲醛树脂的自交联
市面上提供的M-F多是以稀水溶液(浓度为10%~12%)、浓缩液(浓度为60%~80%)和干粉形式供应,这3种形式M-F备用液的pH均应为2左右。在实际操作过程中,可利用计量泵连续性地将树脂备用液加入浆料中,其最佳添加点也是浆浓调节器和冲浆泵之间。M-F添加量一般为0.1%~1%(以固体表示,对绝干浆的百分数)。在特殊应用时,如标签纸中添加量须增加到2%~2.5%。
值得注意的是,脲醛树脂及三聚氰胺-甲醛树脂在使用过程中均会释放出甲醛。甲醛对人的皮肤有刺激作用,而且也被认定为是一种对人体具有致癌性的物质。由于甲醛蒸气会不可避免地从纸机压榨部和纸本身排出,因此在纸厂中必须利用设备将释放出的甲醛进行处理。目前,国内对幼婴用品和与皮肤直接接触的纺织品中甲醛含量的最高限量分别为20 mg/kg和75 mg/kg。许多厂家会设法将甲醛树脂类的产品中的游离甲醛含量减少到最低值,此做法带来的后果就是会缩短树脂的贮存寿命。
3. 聚酰胺多胺-表氯醇树脂(PAE)
传统上抄纸是在酸性条件下进行的,然而酸性抄纸有着腐蚀设备、纸张耐久性差等缺陷,因此中性和碱性抄纸应运而生,并成为当前的主流。U-F及M-F是适用于酸性抄纸的湿增强剂,而PAE正是适用于中/碱性抄纸的助剂,并且因本身带有阳电荷,能很好地与纤维结合,在取得湿强度的同时,又不会丧失纸张的柔软性和吸收性,多用于生活用纸,如毛巾纸、餐巾纸等。PAE 是首先由二元酸(如己二酸)与二胺(如二亚乙基三胺)合成含有仲胺或叔胺功能基的预聚物,然后预聚物在水溶液中与表氯醇反应形成聚合物,反应过程如图3-34所示。
图3-34 PAE的生成反应方程式
PAE树脂应用于增湿强的关键在于其分子质量及大分子中杂氮环丁基的个数。不论哪一个性质下降,都会影响到PAE的性能表现,而这两种性质都受树脂存放时间的影响。存放的时间越长,树脂水解,会导致杂氮环丁基的减少,而存放时所需的强酸性条件会导致树脂的主链水解从而引起分子质量的下降。
PAE树脂增湿强的机理有两步:首先是分子链上氮杂环丁基与另一分子链上的第二个游离氨基产生自交联,形成分子自身的聚合交联网络,在一定程度上限制了纤维的润胀从而增加了湿强度;单个分子中的杂氮环丁基与在两个纤维上的羧基产生共交联作用,PAE与相邻纤维上的部分羟基形成新的结合键,其中亚甲基醚键等抗水共价键的交联网络的形成对增加纸的湿强度最为关键。
由于PAE与阴离子聚合物不能相容,因此在纸机上的添加点要远离阴离子聚合物的添加点,其最佳加入点位于浆浓调节器与冲浆泵之间,刚好在浆料被冲稀至最后浓度之前。根据所需要的效果,PAE树脂的加入量一般为0.05%~1%(以固体表示,对绝干浆的百分数)。
(三)作用机理
若要使纸张在润湿后仍能保持其原有的干强度,需要保证以下四个原则之一:增加连接键或强化原有的连接键;保护现有的连接键;合成对水不敏感的连接键;形成一个网状结构,可与纤维形成物理性的交联。
一般而言,湿强剂的增强机理主要有两种:一是“保护”“限制”或“自交联”机制,即湿强剂可被纤维素吸附从而在干燥后可形成一个交联的网状结构,当纸张再次被润湿时,纤维素的再次润湿和膨胀就会受到树脂网络结构的限制。因此,部分原始的干强度即可被保留下来。另外一种机制是指“加强”“新连接键”或“共交联”机制。通过增强树脂,纤维之间产生交联,即新的连接键。这种新产生的连接键会在纤维间自然存在的连接键破坏后仍然存在。其中,共价式的交联会使得纸张的湿强度更大,更持久,而离子键的增强方式更为短暂。
三、除气消泡剂及其应用
现代纸机和抄纸过程在化学品应用及设计参数方面都经历了很大的变化,然而这些改进也使得纸料悬浮液产生泡沫和湍流,也因此使得空气进入到了纸料悬浮液的内部。例如现代纸机的高车速就会引入空气至白水系统,如不妥善处理,即会形成泡沫问题。另外,当使用活性不良的纸浆或不合理的施胶、在酸性纸料系统中使用碱性填料或过量不当的浆内添加剂以及不合理的供浆流程等均会造成纸料中存在气体,对生产及纸张质量造成不良影响。
在抄纸系统中,纸料悬浮液中的气体一般是空气(也可能是二氧化碳),空气的存在形式主要有3种:游离空气、聚合空气、溶解空气。这3种类型中,溶解空气是问题最轻的一种,因为空气在水中的溶解度很低,最多120 mg/L,而游离空气和聚合空气是空气存在的主要形式。将消除池、槽、箱中存在于纸料表面的泡沫称之为消泡,而把除去纸料中以及吸附于纤维上或溶解于水中的小气泡称之为除气或脱气。把只能消除纸料表面泡沫的添加剂称为消泡剂,而把既能消除纸料表面泡沫又能消除纸料里面小气泡的添加剂称为除气消泡剂。
目前对造纸湿部的除气消泡方法可分为物理法和化学法。其中物理法是在工艺流程中设置完善除气系统,即除气器及相关的真空系统,而化学法是指借助除气消泡剂来消除泡沫,其涉及的作用原理即是通过消泡剂进入气泡的双分子定向膜,破坏液膜的力学平衡而达到消泡的目的。消泡的作用方式主要是铺展作用及其在泡沫液膜上的插入作用。
一般在造纸工业中使用的除气消泡剂主要包含以下几种成分:
①液态载体 常用的液态载体包括矿物油,植物油,多元醇,脂类或有机硅类。此类物质在除气消泡剂中有多种角色:在气泡破裂点降低液膜压力,刺扎液膜,将憎水表面的水带回。
②憎水颗粒 常见的憎水颗粒物质包括疏水性二氧化硅,脂肪酸,脂肪类酰胺,聚乙烯,高级醇(C8~C20),磺化脂肪酸,石蜡及聚酯。憎水颗粒有助于气泡间形成缝隙,使气泡壁破裂,从而一定程度上阻碍气泡的二次生成。
③乳化剂主要包括脂肪酯、合成酯、乙氧基化合物、皂类化合物、磷酸酯类及磺酸盐。乳化剂在消泡剂中用以调试其不溶性,乳化剂本身也可用于消泡,其主要原理就是在于铺展。
常用的除气消泡剂主要包括:脂肪酸酰胺类,如二硬脂酰乙二胺;有机硅类,包括硅油与乳化剂两个组分;聚醚类,主要活性成分是环氧乙烷;复配消泡剂,即以上3种物质按一定比例将其有机地结合。
四、防腐剂及其应用
纸厂中的细菌问题随之白水循环的封闭程度升高而逐渐加重。白水循环系统中微生物和细菌的增长带来了严重的腐浆/腐朽物质的问题。另外由于浆料中含有丰富的碳水化合物和蛋白质等养料物质,也使得细菌繁殖更为迅速。
腐浆如落在浆料中会引起纸页的断头或产生洞眼等纸病,并且还会污染铜网和毛毯,严重影响产量和质量。要一定程度地消除腐浆,需要保持纸机的清洁,另外要注意经常易生菌的地方及环境的影响,另外同样重要的是要适当控制原材料,化学品的清洁度以及备料。尽管如此,腐浆问题仍会发生,此时就需要加入合适的防腐剂,才能有效抵制或消灭微生物。杀菌防腐剂主要是基于破坏细菌细胞壁功能,使蛋白质和原生质变性,破坏细胞的能量代谢,消灭细胞的活性而使细胞死亡;另外,杀菌防腐剂也可使微生物的细胞遗传基因发生变异或干扰细胞内部酶的活性,改变细胞膜的通透性而失去渗透压调节功能,使其难以系列生长,从而对微生物起到抑制作用。防腐剂的选择主要受以下几个条件的影响:温度,pH,以及细菌类型,其中细菌类型可随时发生变化。
常用的杀菌剂可分为四大类:有机金属化合物、氯酚衍生物、氧化剂和还原剂、非氧化型。有机金属化合物包括有机汞类和有机锌类化合物,尽管有着很高的杀菌效率,但因其有剧毒,污染环境,现已禁止使用。氯酚衍生物包括五氯苯酚,对氯-2甲基苯酚等,仍含有一定毒性,也已限制使用。氧化剂和还原剂类防腐杀菌剂包括液氯、次氯酸盐、亚氯酸盐、氯胺、过氧化氢和亚硫酸氢钠等,其中还原型杀菌防腐剂由于其具备还原能力,主要用作漂白剂,如亚硫酸氢钠,而氧化型防腐剂的杀菌效用主要是源于其氧化能力,因其化学性能不稳定,易分解,作用不持久,且有异味,所以多用于设备、容器、半成品及水的消毒杀菌。非氧化型防腐杀菌剂包括异噻唑啉酮及其衍生物、有机溴类化合物、胺类化合物、酚类化合物等,其作用机理是增加细胞膜的渗透,切断细胞营养物质的供应,破坏细胞内部新陈代谢,或改变细胞蛋白质的结构,防止细胞内部能量产生和细胞酶合成。
防腐剂的使用应考虑具体的生产条件。首先取腐浆进行微生物培养,检查菌种,然后加入不同量的防腐剂进行抑菌实验,从而选出合适的防腐剂类型及用量。一般而言,防腐剂的添加是在造纸机抄前池、高位箱或调浆箱及白水池等处加入,如果以抑菌作用为主也可以加入到废纸浆中。
五、树脂控制剂及其应用
机械浆及高得率化学浆中含有的抽出物,回收涂布纸中的涂料,二次纤维中的胶黏物都会含有树脂成分,在生产过程中会析出聚集成树脂大颗粒黏附于纸机网部、烘缸、压辊甚至于成纸表面,造成糊网、黏毛毯或在纸页上产生孔洞,即产生树脂障碍。一般而言,这些树脂成分的颗粒粒径在0.2~5μm,常规的机械处理方式,如压力筛等对其已经没有效用,需借助于化学添加剂进行处理。常用的助剂有以下几种。
1. 阴离子分散剂
阴离子分散剂可以通过将阴离子基团吸附于颗粒表面从而增加胶体稳定性。同时,树脂颗粒粒径减小,从而减少了颗粒结块的机会。较常用的分散剂包括聚萘磺酸盐和木素磺酸盐。
2. 明矾
利用明矾来控制树脂障碍是较为传统的方法,但明矾只有在酸性条件(pH4.5~5.5)下才会带有阳电荷,从而防止可溶解胶体物质的凝聚和附着。在pH5.5~7的环境中,明矾可用聚合氯化铝来代替。
3. 淀粉
淀粉类控制剂不但具有更好的生物降解性能,并且其葡萄糖酐重复单元中的羟基不但可以与纤维素形成氢键,还可以同低分子质量的阴离子型树脂成分形成氢键,从而降低了其浓度。
4. 其他
为了防止树脂或其他涂布纸的残余化学品黏附于毛毯、网部或辊子上,可以用一些针对网部或辊子的保护剂,此类保护剂一般是阴离子聚合物并且是表面活化剂。另外,使用脂肪酶也可在一定程度上控制这些沉积物。脂肪酶可以水解甘油三酸酯成脂肪酸和丙三醇后,其斥水性下降,不易形成黏性沉积物。对于机械浆而言,可以在纸浆生产过程中添加聚氧化乙烯控制。