硅溶胶与阳离子淀粉配合在造纸中的应用

ｚＨＥＪ｜ＡＮＧｚＡＯｚＨ｜　

硅溶胶与阳离子淀粉配合在造纸中的应用　

邱　英　杭州华丰纸业有限公司　

摘　要：笔者研究了自制硅溶胶助留、助滤体系在造纸过程中的应用。结果表明，在阳离子淀粉和阴离子硅溶胶的配合，有　明显助留、助滤效果，随着阳离子淀粉和阴离子胶体硅用量增加，助留、助滤效果提高。文中还对其的用量、体系ｐＨ值、电　

解质含量、等因素的影响进行了讨论。　

关键词：二元助留；助滤体系；胶溶硅；剪切；阳离子淀粉　

微粒子助留、助滤体系是上世纪末开始发展起　

来的一种新型助留、助滤系统，该系统通过带负电　

荷的纳米胶体微粒与阳离子化合物如阳离子淀粉　

等配合使用，可以有效截留纸浆中的短纤维和填　

料，具有良好的助留助滤效果，可以降低造纸成本，　

并改善成纸匀度。　

在一元、二元助留、助滤体系中，阳离子淀粉等　

高分子化合物通过对纤维的絮聚作用使细小组分　留着率增加，并加快浆料的滤水速度。但由于絮聚　

作用形成较大的絮团，絮团内部包裹的水较多。其　

改善脱水效果有一定的限度。微粒助留、助滤系统　

是将阳离子化合物添加到高剪切力的位置（如冲浆　

泵处），在经过冲浆泵时大絮团被剪切破坏。分散成　

较小的带适度正电荷的小絮团，然后与特定的带负　

电荷、比表面积很大的微粒（如硅溶胶、膨润土等）　

作用，将小絮团所带的正电荷适度的中和并通过桥　

接作用，结合成网络状的超絮凝结构．与单一的阳　

离子聚合物助留系统相比，微粒助留、助滤系统可　

以形成更小、更均一、致密的絮团网络，从而进一步　

提高细小组分的留着率，改善纸料滤水性，并提高　

纸页匀度。　

１　聚硅酸的的硅溶胶聚合原理　

聚硅酸是水玻璃加酸活化而成，游离出来的中　

性二氧化硅可以逐渐缩聚，经羟基和氧基桥联形成　

阴离子型的无机聚硅酸．聚合度增加．链变长．最后　

形成冻胶。聚硅酸只有在过饱和区域才能生成，在　

浓度和ＰＨ值适宜时，溶液才处于生成聚硅酸占绝　

对优势最佳状态。偏硅酸中和聚合过程的反应式　

囊■■■■囊　２２《浙江造纸》２０１４年第３８卷第１期　为：　

Ｎａ２Ｓｉ０３＋２ｔｔ　——Ｈ２ＳｉＯ３＋２Ｎａ＋　

２ｓｉＯＨ——ＳｉＯＳｉ＋Ｈ２Ｏ　

ＳｉＯＨ＋ＳｉＯ一——ＳｉＯＳｉ＋０Ｈ一　聚硅酸的制备：在室温下将１５％的盐酸绶慢加　

入到一定浓度的硅酸钠溶液中，控制一定的ＰＨ值，　

在室温情况下静置５小时左右，制得聚硅酸即硅溶　

胶。　

２阳离子淀粉的用量对滤水的影响　

在浆料中加入不同取代度的阳离子淀粉和添　

加相同量的硅溶胶．然后用肖氏滤水度测定仪测定　

滤水度。　

表１　阳离子化剂种类和用量对滤水度的影响　

童主　量丝　：　堕　：　ＨＲ－－６游离度（ＩＩｌ１）　１８０　２３０　２８０　３６０　４９０　５３０　ＣＣＳ－３游｝鞭（ｍ１）　１８０　２００　２５０　３１０　３７０　４１０　

注：硅溶胶添加量均为Ｏ．１０％（ＳｉＯ２固体：绝干浆）　

从表ｌ中可以发现，随阳离子淀粉用量增加，　

滤水性明显改善。在相同用量的情况下，ＨＲ一６淀粉　

比ＣＣＳ一３滤水效果要好，这是因为ＨＲ一６取代度比　

ＣＣＳ一３的高，从而使浆料阳离子化的能力较强所　

致。　

３不同的微粒用量对滤水的影响　

在加入１．５％阳离子淀粉的浆料中，分别添加不　

同量的硅溶胶微粒．用肖氏滤水度测定仪测定滤水　

度　表２硅溶胶微粒用量对滤水性的影响　

微粒用量％０．０　０１３３　０／）６　叭０　０　１５　０．２０　游离度ｍｌ（添加ＨＲ一６　１　５％）　２００　２９０　３３０　３６０　３９０　４００　游离度ｍｌ（添加ｃｃｓ－３　１．５％）ｌ９０　２５０　２８０　３１０　３３０　３４０　

表２表明，随着硅溶胶用量的增加浆料的滤水　

性有明显改善．但当微粒用量增加到０．１５％以上后　

对滤水效果改善的幅度趋缓。　

４浆料ｐＨ值对助滤效果的影响　分别用盐酸和氢氧化钠调整浆料ｐＨ，然后分　

别用硅溶胶与阳离子淀粉配伍，测定浆料滤水度。　

表３　浆料ＤＨ值对助滤效果的影响　

｝Ⅱ｝６　ｌ＿鼎硅期交ｎ　１７ｏ游　萄　抽１　１８０　２３ｏ　３１ｏ　３４０　３３０　３００　１９０　ｃｏｓ－３　ｌ＿日ｊ｝硅内技ｎ１％满飙ｌ　１８ｏ　２００　３３０　３１ｏ　３１０　２９０　１８ｏ　

Ｌｉｎｄｓｔｒｏｎ等人研究发现ｐＨ＜２．５时浆料纤维表　

面呈正电性，ｐＨ＞２．５时浆料纤维表面呈负电性，随　

着ｐＨ值升高．浆料负电性升高，因而有利于阳离子　

聚合物的静电吸附，从而使得纤维、填料、阳离子聚　

合物更容易聚合在一起，但在试验中加入盐酸来调　

节浆料的酸度，用氢氧化钠调节浆料的碱度，使得　

在浆中同时有电解质的影响，因此在中性区域不调　

ｐＨ值时滤水性最好。　

５电解质浓度对助滤效果的影响　

随着环境保护的意识增强和水资源的缺乏，对　

造纸系统的封闭循环程度要求越来越高．造成循环　

系统电解质不断累积。我们分别在浆料系统中添加　

不同质量的ＮａＣ１，用硅溶胶与阳离子淀粉配制，测　定浆料滤水度。　

表４电解质浓度对助滤效果的影响　ｚＨＥＪ｜ＡＮＧｚＡＯｚＨｌ　

度的增加滤水性急剧下降，主要是因为浆料体系离　

子强度增加，影响阳离子聚合物的链舒展，使其絮　

聚作用下降，浆料的滤水性显著下降。而硅溶胶和　

阳离子淀粉的浆料体系虽然也受到影响，但在电解　

质浓度达到２．０　ｇ．Ｌ　时仍具有良好的滤水性。我们　

认为虽然由于电解质的存在．导致阳离子淀粉链的　

分子链卷曲，絮聚作用下降，形成的絮团减小。但电　

荷密度受到的影响不太大。只有当电解质浓度很高　

时，才对滤水性产生严重的影响。　

６剪切力对二元助滤性能的影响　

采用在浆料中加入阳离子淀粉使纤维与细小　

组分絮聚成较大的絮聚体．然后通过搅拌剪切．把　

较大的絮聚体打碎小的絮团，暴露出更多的链圈和　

链尾，有利于硅溶胶在这些吸附于不同纸料粒子上　

的链圈和链尾之间，靠静电作用以及与聚合物中非　

带电段的吸附作用，重新絮聚，形成较初始絮聚体　

更小、更均一、更致密的超絮凝结构，从而改善浆料　

的滤水性。　

表５剪切力对二元助滤性能的影响　

剪切撼专速度ｄｍｉｎ　０　３５０　７１３０　１０５０　１４００　

空白游离度ｍｌ（只添加Ｌ５％ＨＲ－－６）　２ｇ０　２７０　２２０　２２３　２００　

游离度ｍｌ（添钿１．５％ＨＲ－６４－（１１％硅溜咬）　３６）　３６０　３４０　３５）　３６０　

从上表情况看，在不加硅溶胶的情况下，随着　

剪切力增加，浆料的滤水性有一定的下降。而在添　

加硅溶胶时随着剪切力增加，浆料的滤水性有一定　

程度增加。　７硅溶胶与阳离子淀粉配合对手抄纸物理指标的　

影响　

皇　！　童　塑　：垄　！：　兰　兰＝　！：　空白游离度ｍｌ（只添加１．５％ＨＲ－６）　２００　２（９　２００　１８０　１７０　１７０　１６０　１国　游离度ｍｌ（添加Ｌ５％Ｉ－￣－－６柏．１％硅溶胶）　３６０　３６）　３５０　３４０　２８０　２６０　２００　１８３　

从表４中数据分析，未添加硅溶胶的浆料滤水　系数。　

度在电解质含量超过１．０ｇ．Ｌ～，滤水性随着电解质浓　

表６手抄纸的物理指标　桨料中分别添加阳离子淀粉、硅　

溶胶、轻质碳酸钙，用手抄纸机进行抄　

纸，测定手抄纸填料保留率、抗张指　

数、透气度、不透明度及透气度的变异　

《浙江造纸）

）２ｏ１４年第３８卷第１期２３　从上述物理指标中可看出．阴离子硅溶胶和阳　

离子淀粉配合的体系对手抄纸的主要影响是抗张　

强度、填料保留率和透气度的变异系数，这是因为　

对加有阳离子淀粉的桨料在抄片前先模拟纸机通　

过剪切旋转，将浆料分散成小的带有正电荷的絮　

团．然后加入比表面积大负电荷密度高的硅溶胶，　

通过静电吸附和桥联作用，使浆料重新进一步絮聚　

成絮团小、密实的絮团。絮团越小、越均匀就越有利　

于纸张的匀度．同时也有利于提高填料保留率。抗　

张强度主要是阳离子淀粉的加入，提高纤维间的结　

合力从而提高纸的强度。　

８结论　

硅溶胶与阳离子淀粉配合的二元助留、助滤体　系在抄纸中使用，对于改善浆料的滤水性、填料保　

留率及纸张的匀度有明显效果。同时硅溶胶在应用　

过程中也能在一定程度上拓展体系适宜的ｐＨ值范　围、提高对电解质的耐受性、体系的抗剪切能力。对　

纸张的透气度、不透明度影响较小，在实际应用中　

是一种非常有实用价值的助留、助滤剂。　

参　考文　献　

［１］《活化硅酸在低温，低浊水库水处理中的应用》潘海洋水技术处　理２００８．６　［２］《无机高分子絮凝理论与絮凝剂》汤鸿宵中国建筑工业出版社　２００６．８　［３］（ＣＰＴＡ超细微粒助留，助滤器的应用》胡永明华东纸业２０１２．６　

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厌丰　种歙被认定为浙　省高新丝术企业　

２０１４年１月６日，民丰特种纸股份有限公司发布公告称，　近日。浙江省科技厅、财政厅、国税局、地税局联合发文（浙科发　高［２０１３］２９２号），认定民丰特种纸股份有限公司为２０１３年第　一批高新技术企业．认定有效期３年，企业所得税优惠期为　２０１３年１月１日至２０１５年１２月３１日。　

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中国ｉ截浆造缉臻　岔隐揖　馔　攀倚　

经过近一年的筹备，中国制浆造纸研究院衢州分院于２０１３　年１２月２８日在浙江省衢州市举行揭牌仪式。　中国造纸学会、中国制浆造纸研究院、浙江省造纸行业协　会、浙江仙鹤特种纸有限公司，以及浙江省、山东省、安徽省、河　北省相关企业代表共８０多人出席了揭牌仪式。　中国制浆造纸研究院副总工程师、研发部主任、衢州分　院院长刘文主持了揭牌仪式。中国制浆造纸研究院院长曹春　昱、衢江区委书记吴江平、浙江仙鹤特种纸有限公司董事长　王敏良分别致辞祝贺．对衢州分院今后的工作表达了殷切的　期望和全力支持，中国制浆造纸研究院特纸研发中心黄小雷　也代表衢州分院首批员工发言．表示决心为企业做好服务。　中国轻工集团公司副总经理曹振雷和衢江区区长赖瑞洪共同　为中国制浆造纸研究院衢州分院揭牌。最后，刘院长带领参　加仪式的代表们参观了中国制浆造纸研究院衢州分院的实验　

２４《浙江造纸｝２０１４年第３８卷第１期　室、办公室和特种纸产品展示厅。　为使衢州分院的的研发、服务能够密切结合地区、企业　实际，在揭牌仪式之前，首先召开了中国制浆造纸研究院衢　州分院咨询委员会成立大会，共有２３家企业代表３Ｏ余人参　加。咨询委员会聘请了衢江区政府咨询委员会主任周小平担　任主任，衢州市经济与信息化委员会副主任蒋建平和浙江仙　鹤特种有限公司董事长王敏良担任副主任，衢江区经信局万晓　玲担任总联络员。会议由中国制浆造纸研究院衢州分院院长刘　文主持．大会讨论了咨询委员会成立的目的、意义以及运行方　式。会议代表畅所欲言，纷纷对衢州分院的建立报以厚望，希望　分院在以后的研发工作中，在节能减排、制定行业标准、项目评　估、开发新产品、保护知识产权以及产品深加工方面等为企业　提供全方面的服务。