Как полиакриламид улучшает удержание воды в бумажной массе
Прямой ответ: как полиакриламид улучшает удержание воды в целлюлозе
Химикаты на основе полиакриламида (ПАМ) для производства бумаги улучшают удержание воды в целлюлозе за счет удержание мелочи, фибрилл и наполнителей прикрепленными к волокнам и по формирование контролируемой сети микрофлоков который удерживает воду более равномерно во влажном полотне. С практической точки зрения, жидкая масса стекает более предсказуемо, лист формируется более равномерно, а влажное полотно удерживает достаточно воды для уменьшения полос обезвоживания и улучшения беговых качеств без «вымывания» ценных мелких частиц.
Наиболее стабильные результаты достигаются, когда PAM выбирается и дозируется в соответствии с потребностью в загрузке проточной части и условиями сдвига. Типичные цели испытаний мельницы включают в себя Улучшение удержания при первом проходе на 5–20 %. и На 0,5–2,0 процентных пункта выше содержание твердого вещества в прессе когда программа PAM оптимизирована для сорта и отделки.
Почему «удержание воды» меняется при добавлении PAM
В мокром конце «удержание воды» связано не столько с каким-то одним свойством, сколько с тем, как вода распределяется и высвобождается:
- Связанная вода : вода, связанная с набуханием волокон и фибрилл (труднее удалить).
- Интерстициальная вода : вода, захваченная между частицами и волокнами формовочного мата (высвобождаемая при дренаже/прессовании).
- Бесплатная вода : вода, которая быстро стекает через сетку/пресс-ткань.
ПАМ меняет баланс, сохраняя мелочь и наполнители, а также изменяя структуру хлопьев. Это может увеличить задержку воды (больше воды удерживается в мате в данной точке), одновременно улучшая машинное обезвоживание, если хлопья маленькие, прочные и устойчивы к сдвигу, а не большие и студенистые.
Механизмы: как полиакриламид удерживает воду в волоконной сети
1) Мостиковая флокуляция, создающая водоудерживающую микроструктуру.
Цепи ПАМ с высокой молекулярной массой могут прикрепляться одновременно к нескольким частицам и волокнам, образуя мостики. При правильной настройке эти мосты производят микрофлоки которые улучшают однородность пласта и контролируемо увеличивают задержку поровой воды. Это уменьшает образование каналов на проволоке, когда вода проникает через слабые места и смывает мелкие частицы.
2) Электростатическое притяжение, закрепляющее мелочь и наполнители.
Большинство целлюлоз и наполнителей несут чистый анионный заряд. Катионный ПАМ (CPAM) улучшает прикрепление, локально нейтрализуя заряд и способствуя адсорбции. Результат более высокое удержание мелких частиц и микрофибрилл , что увеличивает удельную поверхность целлюлозного мата и его способность удерживать воду.
3) Уменьшение «вымывания» при сдвиге (вентиляторный насос, очистители, приближающийся поток)
Без эффективной программы удержания мелочь и наполнители остаются диспергированными и могут быть потеряны с оборотной водой, что приводит к эффективному снижению водоудерживающей фракции бумажной массы. Правильно выбранная программа PAM повышает устойчивость к сдвигу, так что мелочь остается с волокнами в системе подхода, обеспечивая более стабильное удержание воды и дренажные свойства в напорном ящике и на сетке.
4) Синергия с микрочастицами для «удержания воды там, где это помогает» и высвобождения ее там, где она должна стечь.
Двойные системы (бентонит ПАМ/кремнезем/микрополимер) часто превосходят по эффективности один только ПАМ, создавая тонкую пористую сетку хлопьев. Эта структура может улучшить формирование и удержание, сохраняя при этом дренажные пути открытыми, поэтому многие машины видят одновременный рост устойчивости к удерживанию и обезвоживанию .
Какой тип полиакриламида лучше всего поддерживает удержание воды в пульпе?
| программа ПАМ | Типичная роль мокрой части | Как это влияет на удержание воды в пульпе | Где обычно это лучше всего подходит |
|---|---|---|---|
| Катионный ПАМ (CPAM) | Первичное средство для удержания/дренажа | Увеличивает прилипаемость мелочи/наполнителя, повышая водоудерживающую способность и стабильность мата. | Большинство полиграфических/писательских материалов, упаковки, предметов мебели из переработанных материалов. |
| Анионный ПАМ (АПАМ) | Коагулянт/коллектор с катионным партнером или для специальных систем | Может строить структуру посредством комплексообразования; удержание воды зависит от баланса спроса на катионы | Системы, использующие катионный крахмал/коагулянты; несколько DIP-линий |
| Амфотерный ПАМ | Устойчивое к заряду средство удержания | Более надежный контроль удержания воды при колебаниях pH/ионов. | Различная текстура, высокая проводимость, частая смена марок. |
| Микрочастицы ПАМ (бентонит/кремнезем) | Высокоэффективная система удержания и дренажа | Создает пористые микрофлоки: равномерно удерживает воду, но сохраняет дренажные каналы. | Высокоскоростные машины, высокий наполнитель, характеристики плотной формовки |
Выбор зависит не только от того, какой ПАМ, но также от молекулярной массы, плотности заряда и формы эмульсии или раствора. На многих заводах наилучшая стабильность удержания воды достигается за счет сочетания первичного катионного ПАМ с системой микрочастиц для снижения риска передозировки и поддержания пласта.
Практическое применение: дозировка, разбавление и точки добавления, которые защищают от удержания воды.
Типичные диапазоны дозировок (отправные точки для испытаний)
- Первичное удержание CPAM: 0,05–0,30 кг/тонну (активный) в зависимости от композиции, наполнителя и потребности в загрузке.
- Микрочастица (если используется): часто 0,2–1,0 кг/тонну (основа продукта), настроенный на сдвиг напорного ящика и закрытие белой воды.
- При использовании коагулянта на входе (отдельно от PAM): отрегулируйте его, чтобы уменьшить «анионный мусор», прежде чем оптимизировать PAM.
Ремонт и старение: избегайте снижения производительности, которое выглядит как «отсутствие эффекта удержания воды»
Многие сбои PAM являются ошибками подготовки. Обычно передовой практикой является подготовка в 0,1–0,5% раствор (проверьте спецификации поставщика), обеспечьте полную инверсию (для эмульсий) и дайте достаточно времени для выдержки, чтобы цепи полностью гидратировались. Плохая гидратация сокращает эффективную длину полимера, уменьшая образование мостиков и ослабляя структуру микрохлопьев, которая обеспечивает стабильное удержание воды.
Практические правила добавления точек
- Добавляйте первичный PAM там, где наблюдается хорошее перемешивание, но нет чрезмерного сдвига — часто после камерного/вентиляторного насоса, в зависимости от компоновки системы.
- Если вы используете микрочастицы, добавьте их позже (ближе к напорному ящику), чтобы «уплотнить» хлопья после основных зон сдвига.
- Избегайте длительного времени пребывания после добавления ПАМ, если в системе имеется рециркуляция с высоким сдвигом; в противном случае хлопья могут разрушаться и выделять мелкие частицы, снижая устойчивость удержания воды.
Что измерить, чтобы доказать, что ПАМ улучшает задержку воды (а не просто устраняет проблемы)
Используйте сочетание индикаторов удерживания, обезвоживания и однородности листа. Один показатель может ввести в заблуждение, поскольку «больше удерживаемой воды» может быть хорошим (однородность, стабильность) или плохим (медленный дренаж) в зависимости от того, где это происходит.
| Метрика | Что это вам говорит | Практическое «хорошее направление» при оптимизации PAM |
|---|---|---|
| Удержание при первом проходе (FPR) | Сколько твердых частиц остается в листе по сравнению с белой водой | Увеличение на ~5–20% (типичный целевой диапазон испытания) |
| Мутность белой воды/потери мелких частиц | Вымываются ли мелкие частицы (ухудшает водоудерживающую способность) | Снижение при постоянной базовой массе и золы |
| Реакция дренажа (например, тенденция рыхлости/время дренажа) | Как быстро вода уходит из бумажной массы в условиях формования | Более устойчив, менее чувствителен к колебаниям мебели. |
| Прессовать твердые тела | Сколько воды удаляется при прессовании | 0,5–2,0 балла обычно достижимо, когда стабилизирована ретенция/дренаж |
| Формирование/двусторонность | Равномерность распределения волокон/мелких частиц (влияет на местное удержание воды) | Улучшается или остается нейтральным, в то время как удержание растет |
Распространенные виды отказов и способы их устранения
Передозировка: задержка воды увеличивается, но дренаж и формирование страдают.
Слишком большое количество ПАМ может привести к образованию крупных сжимаемых хлопьев, которые задерживают воду и разрушаются под вакуумом/прессованием, вызывая медленный дренаж, плохое формирование и дефекты листа. Типичная коррекция заключается в уменьшить дозировку ПАМ и/or move to a ПАМ микрочастица подход, который уплотняет хлопья, не делая их громоздкими.
Неправильная плотность заряда: плохая адсорбция, нестабильное удержание, нестабильное удержание воды.
Если полимер не соответствует требованиям системы к заряду (под влиянием загрязнений переработанных волокон, наполнителей, растворенных органических веществ и проводимости), он может оставаться в водной фазе вместо того, чтобы закреплять мелкие частицы. Изменение плотности заряда, добавление коагулянта перед анализом или переход на амфотерный ПАМ часто стабилизирует результаты.
Разрушение при сдвиге: полимер добавляется слишком рано или при слишком сильном сдвиге.
Высокомолекулярный ПАМ подвержен механическому разложению. Если добавить его перед зонами с высоким сдвигом, эффективная длина цепи уменьшится, а эффективность закупорки упадет, что приведет к ослаблению хлопьев и уменьшению удерживания мелких частиц. Перемещение точки добавления в место с меньшим сдвигом может восстановить производительность без увеличения дозировки.
Плохая версия: «мы добавили PAM, но ничего не произошло»
Неполная инверсия, неправильная концентрация, взаимодействие с жесткой водой или недостаточное время выдержки могут ограничить расширение полимера. Исправление носит процедурный характер: проверьте качество воды для разбавления, энергию смешивания, время выдержки и стабильность корма. Часто улучшение препарата дает тот же эффект, что и увеличение дозировки, но без побочных эффектов.
Примеры результатов испытаний: как выглядит «улучшенное удержание воды» на машине
Ниже показан тип схемы «до/после», которую используют многие предприятия для подтверждения того, что полиакриламид при производстве бумаги благоприятно улучшает удержание воды в целлюлозе (значения являются репрезентативными для общих целей испытаний и должны быть проверены для вашей бумажной массы и машины):
- Удержание при первом проходе увеличивается с ~60% до ~70% ( ~ 10 баллов ), в то время как мутность белой воды снижается при постоянной производительности.
- Улучшается стабильность мокрой части: уменьшается количество дренажных полос и меньшая изменчивость основной массы благодаря уменьшению вымывания мелких частиц.
- Содержание твердых веществ в прессе увеличилось на ~0,5–2,0% , снижая потребность в паре для сушки и улучшая стабильность прочности листа.
- Формирование остается стабильным или улучшается при контроле хлопьев (стратегия микрофлоков), избегая пятнистости крупных хлопьев.
Если удерживание улучшается, но формирование ухудшается, это обычно указывает на то, что хлопья слишком велики или слишком сжимаемы — корректировка молекулярной массы/плотности заряда ПАМ, дозировки или переход на систему микрочастиц обычно является самой быстрой коррекцией.
Вывод: практическое правило использования ПАМ для улучшения удержания воды в пульпе.
Самый надежный способ улучшить удержание воды в целлюлозе с помощью полиакриламида для производства бумаги — это сохраняют мельчайшие и наиболее водоудерживающие компоненты (мелкие частицы/фибриллы/наполнитель), создавая при этом микрофлоки, которые остаются пористыми . Такой подход стабилизирует распределение воды по мокрому полотну, уменьшает вымывание мелких частиц и поддерживает предсказуемое обезвоживание, обеспечивая лучшую проходимость и более стабильные свойства листа.
