造纸法再造烟叶湿部Zeta电位影响因素研究

引言

Zeta电位又叫电动电位(x-电位),是表征胶体分散系稳定性的重要指标。正的或负的高Zeta电位值可以防止产生絮凝作用,而电位值降至与零值非常接近时,可以使颗粒相互接近并产生絮凝作用。造纸所用的植物纤维、填料、胶料和化学助剂等均带有一定的静电荷,而这些静电荷在造纸湿部化学中起着关键性的作用。一般认为,造纸湿部Zeta电位值控制在-4~-9mV范围内最好。本文以再造烟叶所使用各种浆料(木浆、烟草浆)为原料,研究生产过程不同控制因素对Zeta电位的影响。

1材料与方法

实验所使用浆料均为生产过程烟草浆与商品浆按81:19比例配备好成浆浆料。试验材料配置完成后均调温至25℃,采用MuteksZP06Zeta电位测定仪测量Zeta电位值。

2结果与分析

2.1放置时间对电位的影响

生产过程中浆料制备后均需不同的放置等待时间,因此研究不同放置时间内浆料电位变化情况对生产有一定指导意义。试验成浆浆料放置过程中每小时电位值变化情况,如图1所示。结果可见:成型前浆料在放置5h内Zeta电位值呈平滑上升趋势,放置5h后波动较大。因此,生产过程中成浆浆料可适当提前配置,但放置以不超过5h为宜。

2.2浆料浓度对电位的影响

不同再造烟叶生产线浆料配置浓度有不同的要求,一般成浆浆料浓度设置在1.5%~3.0%范围内。试验浆料配置浓度对电位的影响结果如图2所示。结果可见:浓度变化与浆料电位值间并无显著相关性,实际生产过程中设计浆料浓度参数时不考虑其对浆料电位产生的影响。

2.3浆料pH值与电位相关性

取成浆浆料,分别用盐酸与氨水调节其pH值,调节梯度约为0.5,观察不同pH值下浆料电位值的变化,如图3所示。结果可见:浆料的Zeta电位值随着pH值的上升呈降低趋势,这是因为随着纸料系统pH的上升,会导致纤维表面更多的竣基发生电离,纤维负电性增加,纤维表面的双电层厚度增加,导致系统Zeta电位的下降[3]。因此,生产线上制浆过程中可适当降低浆料的pH值,可升高浆料的Zeta电位值,有利于提高浆料的内在质量。

2.4填料施加量与电位相关性

将碳酸钙、高岭土分别配成20%浓度的悬浊液,按梯度分别加入不同浆料中,观察填料加入量对浆料的电位值影响。结果可见:与普通造纸浆料不同,再造烟叶所用浆料添加碳酸钙填料时浆料电位值并非随填料浓度的增加呈线性上升,浆料在加入碳酸钙后电位先是呈降低趋势,在加入10mL碳酸钙后(按比例换算填料在浆料中施加比例为12%),电位值开始呈上升趋势,在加入24mL(施加比例24%)时达最高值,如图4所示。因此,在实际生产中宜找到碳酸钙使不同配方浆料电位值降低的浓度值,并在配方设计上使填料浓度适量高于此值,同时,碳酸钙填料的添加量亦不可过量。高岭土施加量与浆料电位在10mL(施加比例12%)时达最高值,随后又迅速下降达到一个波动性平衡,如图5所示。

2.5助剂施加量与浆料电位相关性

根据浆料量配制不同浓度的瓜尔胶溶液,试验不同瓜尔胶施加量对浆料电位的影响,如图6所示。结果可见:瓜尔胶在施加量0.3%以内浆料电位值呈上升趋势,电位由-12.5mV上升至-7.1mV:而当施加量超过0.3%后浆料电位不再上升反呈下降趋势。这是由于助剂用量过大产生凝结现象,助剂对浆料的电荷呈反作用所导致的。因此实际生产过程中助剂的添加量必须找到最佳临界点,切不可过量添加。

3结论

(1)成型前浆料在放置5h内Zeta电位值呈平滑上升趋势,放置5h后波动较大。因此,生产过程中成浆浆料可适当提前配置,但放置以不超过5h为宜。

(2)浆料浓度变化与电位值间并无显著相关性。

(3)浆料的Zeta电位值随着pH值的上升呈降低趋势,制浆过程中可适当降低浆料的pH值,可升高浆料的Zeta电位值,有利于提高浆料的内在质量。

(4)浆料在加入碳酸钙后电位先是呈降低趋势,在施加比例12%后电位值开始呈上升趋势,在施加比例24%时达最高值:高岭土施加比例12%时浆料电位达最高值,随后又迅速下降达到一个波动性平衡。

(5)瓜尔胶在施加量0.3%以内浆料电位值呈显著上升趋势,施加量超过0.3%后浆料电位开始呈下降趋势。