由于铝的多核络合物对PH、浓度、温度以及其他因素等很敏感,关于确定其化学组成、定量和平衡等方面还有一定的争论。所以,实际应用中还要依靠经验来掌握。
染料留着剂:许多造纸染料是阴离子性的,在与阳离于物质(如PAC)作用时,其一,阳离子铝和阴离子染料形成阳离子沉淀并吸附在纤维表面而被留住,这种机理在PH4.0~4.7时发生,此时铝的电荷密度高,电荷作用强。其二,染料分子的吸附留藏在Al(OH)3的聚集沉淀里,同时阳离子铝化合物将形成一个净的正电荷吸附在纤维表面上。PH值在4.5~5.2之间时,此时,Al(OH)3和多核铝络合物都存在。
填料和细小纤维助留剂——铝盐也是一种助留剂,铝可降低纸料颗粒表面的Zeta电位,使浆料发生聚集。在4.8~5.2的pH值区间时,阳离子化的多核络合物和水解铝化合物占主要作用,并能大限度降低纤维、细小纤维及填料颗粒表面的Zeta电位。
阴离子干扰物的中和剂:由于PAC成本低、电荷密度高,所以合适于阴离子干扰物,由于反应机理为电荷中和机理,应用中PH值应低于4以促进Al3+的形成和阻止纤维、细小纤维、填料与铝离子吸附的发生。
PH控制剂:PAC可用来控制PH值在4.2~4.7范围,必须强调PAC不是PH控制剂,由于PAC溶液呈弱酸性,在强碱性系统时将是无效的。好的办法是将PH控制与PAC添加剂完全分开进行。如用酸(硫酸或盐酸)来控制PH,而让PAC发挥其施胶、留着、染料的固定等功能。
树脂控制剂:木材中的树脂酸、脂肪酸等都能通过与阳离子铝化合物反应而沉淀在纤维表面上,要使PAC在树脂控制中更为有效,PH值和PAC浓度必须保证使PAC形成带电荷的化合物。
松香施胶固着剂:松香施胶时,PAC能提供一个酸性环境和一个正电荷使松香吸附在纤维表面上。这些反应都发生在纤维悬浮液中,在PH4.2~4.6时,铝化合物的阳离子性对皂化松香胶的溶解性和吸附性起主导作用。分散松香胶施胶时,PAC和分散松香只发生有限的反应。分散松香一般采取别的留着方式留在纤维上后,PAC与松香在干燥部发生反应,这种机理在pH4.8~5.5之间进行,此时铝化合物会强烈地吸附在纤维上。
PAC的不利影响:为了提高PAC的有效性,PAC必须在酸性条件下使用,这时会引起造纸系统的腐蚀性和含铝纸的不耐久等问题。另外,CaCO3填料在酸性条件下会发生化学反应生成CaO和CO2,产生大量的泡沫,故不能采用。但如果在中性造纸条件下,既能应用铝一松香施胶又能用CaCO3作填料,可以通过应用分散松香胶和严格的过程控制来实现这一目的,目前已有一些工厂这样操作。
过量的PAC加入会使PH值降低而产生沉淀问题。另一个有关铝沉淀的现象称作“PH波动”,由于含铝的白水使得造纸白水循环系统在某处的PH值突然增加,从而改变PAC的平衡。使其向Al(OH)3沉淀方面移动。Al(OH)3沉淀通常会填满毛毯和成形网,且很难除去。
PAC在造纸中的实际应用
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