一种降低白水灰分的三元助留剂及工艺方法

技术领域

本发明涉及造纸技术领域，特别涉及一种降低纸机白水灰分的三元助留剂及工艺方法。

背景技术

纸张抄造过程中，纸料中灰分组分(矿物填料)的保留过程是填料被阳离子聚丙烯酰胺吸附的过程。由于聚丙烯酰胺长链的架桥作用，填料、聚丙烯酰胺、纸料纤维产生絮聚，形成纤维小絮团，纤维絮团脱水成形截留在网面上形成湿纸幅，部分填料得以保留在纸页中。

三叠网纸机以100％国废OCC抄造90～130g/m

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种降低纸机中白水灰分的三元助留剂及工艺方法。该三元助留剂由独立的三个组分构成，加入浆料中进行抄造可以有效提高纸料灰分组分的保留，降低网下白水浓度、网下白水灰分浓度。

本申请第一方面提供了一种降低纸机中白水灰分的三元助留剂，所述助留剂包括第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2与硅溶胶；所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1的分子量900-1200万、电荷密度10-12meq/g；所述第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2的分子量600-700万，电荷密度40-50meq/g；所述硅溶胶的主要有效成分为阴离子二氧化硅胶体。

所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1，分子量较大，电荷量小，主要起吸附细小纤维、填料作用，并通过聚丙烯酰长链的架桥作用，将纤维、聚丙烯酰长链、细小纤维、填料絮聚形成纤维絮团。

所述第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，分子量较小，电荷量大，主要起到重新絮凝的作用。第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1形成的纤维絮团在纸机抄造的过网及搅拌、剪切下，原纤维絮团易分散成若干纤维小絮团，第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2起将这若干纤维小絮团重新絮聚的作用。

所述硅溶胶是一种高比表面积的阴离子二氧化硅胶体溶液，为纳米级结构，可以使已经絮聚的浆料在纸机高速剪切后再絮聚，进一步提高细小组分留着，并且其纳米级的粒径能使纸料纤维絮团重新分布，所重新絮聚的纤维小絮团聚强度改善，有效降低了高速剪切对纤维絮聚的破坏，从而对纸料中填料、细小纤维起到重要助留助滤作用。加入硅溶胶后形成新的微絮聚体，提高网部保留率，网部会形成更多的滤水通道，从而提高浆料网部滤水的同时还可以改善成纸匀度。

区别于现有技术，使用高分子量低密度电荷阳离子聚丙烯酰胺、低分子量高电荷密度阳离子聚丙烯酰胺、阴离子硅溶胶作为纸机助留系统的三元助留剂，加入浆料中，可以提高纤维和填料的絮聚强度，有效提高纸料灰分组分的保留，降低网下白水浓度、网下白水灰分；使得纸机的抄造速度可以提升，生产效率提高。

进一步的，所述硅溶胶的固含量为14-16％；密度为1060-1200kg/m

进一步的，所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2与硅溶胶的质量比为4-6：4-6:5-30。

进一步的，所述三元助留剂的添加量为1.3-4.2kg/T浆料。

进一步的，所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2与硅溶胶的质量比为6：6:20。

进一步的，所述三元助留剂的添加量为3.2kg/T浆料。

本申请第二方面还提供了一种降低纸机白水灰分的工艺方法，在浆料中加入本申请第一方面所述的三元助留剂后进行抄造。

区别于现有技术，使用高分子量低密度电荷阳离子聚丙烯酰胺、低分子量高电荷密度阳离子聚丙烯酰胺、阴离子硅溶胶作为纸机助留系统的三元助留剂，加入浆料中，可以提高纤维和填料的絮聚强度，有效提高纸料灰分组分的保留，降低网下白水浓度、网下白水灰分；使得纸机的抄造速度可以提升，生产效率提高。浆料、白水灰分正常后，浆料滤水性改善，纸机车速提高至1180-1220m/min正常生产，台时产量增加8-10％，吨纸电耗下降6-8％，成纸灰份提高1.5-2.0％，废纸原料单耗下降30-40kg/t纸，节能减排、环保效益明显，经济效益性良好。

进一步的，所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1和第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2在纸机的1段网前筛前进行添加,所述硅溶胶在纸机的1段网前筛后进行添加。

进一步的，所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶的添加浓度均为0.15-0.2％。

进一步的，所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2、硅溶胶依次混入造纸浆料中。

进一步的，所述浆料为OCC浆料。

上述发明内容相关记载仅是本申请技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本申请的技术方案，进而可以依据说明书的文字记载的内容予以实施，并且为了让本申请的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本申请的具体实施方式进行说明。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例详予说明。

为详细说明本申请可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本申请中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。

除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本申请。

在本申请的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，表示：存在A，存在B，以及同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。

在本申请中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。

在没有更多限制的情况下，在本申请中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。

与《审查指南》中的理解相同，在本申请中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本申请实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。

申请人在纸机抄造过程中，观察到当纸机高速运转的情况下，网下白水浓度、网下白水灰分都变高，OCC长中短纤浆料等纸机上网浆料滤水性变差，影响纸机生产过程断纸增多，严重影响纸机生产效率、生产质量和成本。

申请人进一步研究、分析原因：在纸机网部自由脱水区，成形网在通过真空吸水箱吸缝时，真空抽吸将聚酯成形网吸成弓形，网子过吸缝由陶瓷面板条支撑时，网子弓形复位，形成弹弓效应，对网面上的浆料产生脉冲冲击，使浆料跳动。长(叠)网在设计运行车速(例如1100m/min)内，正常程度的浆料跳动程能避免纤维过度絮聚形成大絮团，保证纸页匀度良好。若长(叠)网纸机运行车速超过设计车速(例如达到1180～1220m/min)时，网面浆料跳动过于剧烈，纤维絮团的絮聚遭到破坏，细小纤维、填料被成形网孔眼机械截留的机率变小，导致网部保留率下降，网下白水浓度上升，网下白水灰分增加。随着白水在制浆、纸机持续循环回用，灰分组分在制浆、纸机各部浆料、白水中累积，导致OCC浆料、上网浆料滤水性变差，严重影响生产。

为此，申请人提供了一种降低纸机中白水灰分的三元助留剂，所述助留剂包括第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2与硅溶胶；所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1的分子量900-1200万、电荷密度10-12meq/g；所述第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2的分子量600-700万，电荷密度40-50meq/g；所述硅溶胶的主要有效成分为阴离子二氧化硅胶体。硅溶胶在牛卡、瓦纸纸生产中，与阳离子聚丙烯酰胺组成助留系统，提高抄纸过程中浆料、填料的留着率，也可作为滤水剂添加于压力筛后以提高浆料滤水速度，改善纸页匀度。

在纸机高车速运转的情况下，三元助剂可以提高纤维和填料的絮聚强度，有效提高纸料灰分组分的保留，降低网下白水浓度、网下白水灰分。而网下白水浓度、白水灰分下降后，逐步提高白水回收多盘白水处理量，提高填料和细小纤维的回收量，使制浆、纸机白水逐步净化，最终降低浆料、白水中灰份含量至工艺要求范围并保持稳定，从而有效解决纸机高速运转情况下，浆料、白水灰分过高影响纸机运行的生产问题。

本实施方式中的PAM1、PAM2、硅溶胶均采购自：江苏富淼科技股份有限公司。其中硅溶胶为江苏富淼公司造纸级硅溶胶HS 533。

PAM1为粉状，PAM1添加量：0.2～0.8kg/t浆，根据面、芯、底层浆网下白水浓度和保留率调整。PAM1加水稀释后加入浆料中，添加浓度0.15～0.2％。

PAM2为乳液状，PAM2添加量：0.2～0.8kg/t浆，根据面、芯、底层浆网下白水浓度和保留率调整。PAM2加水稀释后加入浆料中，添加浓度0.15～0.2％。

硅溶胶为乳液状，硅溶胶添加量：0.2～0.8kg/t浆，根据面、芯、底层浆网下白水浓度和保留率调整。硅溶胶加水稀释后加入浆料中，添加浓度0.15～0.2％。

所述所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，混入网前筛前浆料中。硅溶胶通过加药泵泵入网前筛后浆料。

所述造纸浆料为OCC浆料。

本实施方式中所用的纸机为维美德高速叠网纸机，设计运行车速1100m/min，采用本申请所述三元助剂与工艺后，运行车速可达1180-1220m/min。

一、滤水保留测试

用动态滤水仪对生产浆料浆料进行滤水保留测试，测试不同PAM1、PAM2、硅溶胶用量条件下浆料的滤水保留情况：

(1)纸机底层流浆箱上网浆：

浆料性质：

底层浆料配浆比例：OCC短纤40-50％，OCC长纤30-40％，损纸浆0-5％，白水多盘回收浆5-10％。

底层上网浆浓度2.13％，叩解度65°SR，浆料灰分37.21％。

所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1和第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2在纸机的1段网前筛前进行添加,所述硅溶胶在纸机的1段网前筛后进行添加。所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶的添加量如表1所示。

依次添加第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶进入造纸浆料中，充分搅拌后入纸机并进行滤水测试。实施例1-9中保持PAM10.6kg/t，PAM20.6kg/t，硅溶胶的添加量如表1所示。工艺参数与相应测试结果如表1所示。

表1纸机底层流浆箱工艺参数与测试结果

结果分析：

添加硅溶胶后，白水浓度下降，保留率提升，硅溶胶添加量1.5-3.0kg/t时，保留率上升曲线较好，此时保留率56-67％；硅溶胶添加量3.5-5.0kg/t时，保留率上升曲线较平缓，此时保留率67-68.5％。

综合对比工艺效果和技术经济性，PAM10.6kg/t，PAM20.6kg/t，底层浆硅溶胶添加量宜在1.5～3.0kg/t范围内调整。

(2)纸机芯层流浆箱上网浆：

芯层上网浆性质：

芯层浆料配浆比例：OCC短纤50-60％，OCC长纤20-30％，损纸浆0-5％，白水多盘回收浆5-10％。芯层上网浆浓度2.07％，叩解度68°SR，浆料灰分35.6％。

所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1和第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2在纸机的1段网前筛前进行添加,所述硅溶胶在纸机的1段网前筛后进行添加。

所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶的添加量如表2所示。

依次添加第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶进入造纸浆料中，充分搅拌后入纸机并进行滤水测试。实施例11-19中保持PAM10.6kg/t，PAM20.6kg/t，硅溶胶的添加量如表2所示。工艺参数与相应测试结果如表2所示。

表2纸机底层流浆箱工艺参数与测试结果

结果分析：

添加硅溶胶后，白水浓度下降，保留率提升，硅溶胶添加量1.5-3.0kg/t时，保留率上升曲线较好，此时保留率56-67％，硅溶胶添加量3.5-5.0kg/t时，保留率上升曲线较平缓，此时保留率68-70％。

综合对比工艺效果和技术经济性，PAM10.6kg/t，PAM20.6kg/t，芯层浆硅溶胶添加量宜在1.5～3.0kg/t范围内调整。

(3)高速运转纸机(运行车速1180～1190m/min,)面层流浆箱上网浆：

面层配浆：100％OCC中纤浆。

所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1和第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2在纸机的1段网前筛前进行添加,所述硅溶胶在纸机的1段网前筛后进行添加。所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶的添加量如表3所示。

依次添加第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶进入OCC造纸浆料中，充分搅拌后入纸机并进行滤水测试。。实施例21-27中保持PAM10.6kg/t，PAM20.6kg/t，硅溶胶的添加量如表2所示。

在生产过程，随着硅溶胶的持续添加，面上网浆料浓度下降，网下白水浓度下降，网部保留率出现变化，工艺参数与相应测试结果如表3所示。

表3高速纸机面层浆工艺参数与测试结果

当硅溶胶用量1.5～2.5kg/t浆，PAM10.6kg/t浆PAM2添加量0.6kg/t浆时，面层浆上网浓度1.62～1.43％，网下白水浓度0.68％～0.52％,首程保留率58～60.8％，网部滤水良好，纸机运行车速1180～1190m/mins时,生产正常，纸张匀度正常。

综合对比药工艺效果和技术经济性：硅溶胶用量2kg/t浆，PAM1用量0.6kg/t浆，PAM20.6kg/t浆。

(4)高速运转纸机(运行车速1180～1190m/min,)芯层上网浆：

芯层浆料配浆比例：短纤50-60％，长纤20-30％，0-5％损纸浆，白水多盘回收浆5-10％。

所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1和第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2在纸机的1段网前筛前进行添加,所述硅溶胶在纸机的1段网前筛后进行添加。所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶的添加量如表4所示。

依次添加第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶进入造纸浆料中，充分搅拌后入纸机并进行滤水测试。实施例31-37中保持PAM10.6kg/t，PAM20.6kg/t，硅溶胶的添加量如表4所示。

不同实施例中，随着硅溶胶的持续添加，芯层上网浆料浓度下降，网下白水浓度下降，网部保留率出现变化，工艺参数与相应测试结果如表4所示。

表4高速纸机芯层浆工艺参数与测试结果

当硅溶胶用量1.5～2.5kg/t浆，PAM10.6kg/t浆，PAM2添加量0.6kg/t浆时，芯层浆上网浓度1.72～1.43％，网下白水浓度0.73％～0.57％,首程保留率57.6～60.1％，网部滤水良好，纸机运行车速1180～1190m/min,生产正常，纸张匀度正常。

综合对比工艺效果和技术经济性：优选为，硅溶胶用量2.0kg/t浆，PAM1用量0.6kg/t浆，PAM2 0.6kg/t浆。

(4)高速运转纸机(运行车速1180～1190m/min,)底层上网浆：

底层浆料配浆比例OCC短纤40-50％，OCC长纤30-40％，损纸浆0-5％，白水多盘回收浆5-10％。

所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1和第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2在纸机的1段网前筛前进行添加,所述硅溶胶在纸机的1段网前筛后进行添加。所述第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶的添加量如表5所示。

依次添加第一阳离子型聚丙烯酰胺PAM1、第二阳离子型聚丙烯酰胺PAM2，硅溶胶进入造纸浆料中，充分搅拌后入纸机并进行滤水测试。实施例41-47中保持PAM10.6kg/t，PAM20.6kg/t，硅溶胶的添加量如表4所示。

不同实施例中，随着硅溶胶的持续添加，底层上网浆料浓度下降，网下白水浓度下降，网部保留率出现变化，工艺参数与相应测试结果如表5所示。

表5高速纸机芯层浆工艺参数与测试结果

当硅溶胶用量1.5～2.5kg/t浆，PAM10.6kg/t浆，PAM2添加量0.6kg/t浆时，底层浆上网浓度1.76～1.48％，网下白水浓度0.79％～0.58％,首程保留率55.1～60.8％，网部滤水良好，纸机运行车速1180～1190m/min,生产正常，纸张匀度正常。优选：硅溶胶用量2.0kg/t浆，PAM1用量0.6kg/t浆，PAM2 0.6kg/t浆。

(5)白水多盘的测试。(进白水多盘白水设计浓度0.5％，垫层浆进浆灰分12％)

当助留剂的添加量为：硅溶胶用量0kg/t浆，PAM1用量0.6kg/t浆，PAM2 0.6kg/t浆时。

进白水多盘进白水浓度0.9～1.3％，垫层浆进浆灰分20～23％，导致白水多盘滤水能力大幅下降，只能处理约12000L/min(设计处理量的50％)白水，其他未处理的白水走旁通管路送去白水塔，白水塔的白水回用于制浆和损纸处理系统，又使OCC浆料、损纸浆灰分升高，滤水性下降。

当助留剂的添加量为：硅溶胶用量2kg/t浆，PAM1用量0.6kg/t浆，PAM2 0.6kg/t浆时，网部保留改善后，白水多盘滤水能力逐步得到提升，白水处理量逐步上升，随着白水处理量逐步上升，OCC浆料、白水、上网浆料灰分降低至工艺控制范围。具体工艺参数与检测数据如表6所示：

表6白水多盘相关工艺参数与测试结果

助留剂中加入硅溶胶后，关键工艺控制点浆料、白水灰分达到工艺要求，其中：OCC长、中纤灰分12-13％，短纤灰分15-16％，上网浆灰分21-26％，白水多盘白水灰分12-13％，浆料滤水性能正常，网部纸机脱水正常，纸张匀度正常，纸机有效提升车速至1180-1190m/min，运行良好，生产效益良好。

最后需要说明的是，尽管在本申请的说明书文字中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本申请的专利保护范围。凡是基于本申请的实质理念，利用本申请说明书文字记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本申请的专利保护范围之内。