Polyacrylamide cải thiện khả năng giữ nước trong bột giấy như thế nào
Câu trả lời trực tiếp: polyacrylamide làm gì để cải thiện khả năng giữ nước trong bột giấy
Hóa chất polyacrylamide (PAM) dùng trong sản xuất giấy cải thiện khả năng giữ nước trong bột giấy bằng cách giữ các hạt mịn, sợi nhỏ và chất độn gắn vào sợi và bởi hình thành mạng lưới microfloc được kiểm soát giữ nước đồng đều hơn trong mạng ướt. Trong điều kiện thực tế, hỗn hợp bột giấy thoát nước dễ dự đoán hơn, tấm bột giấy được tạo thành đồng đều hơn và màng ướt giữ lại đủ nước để giảm các vệt khử nước và cải thiện khả năng chảy mà không “rửa trôi” các hạt nhỏ có giá trị.
Lợi ích ổn định nhất đạt được khi PAM được chọn và định lượng để phù hợp với nhu cầu điện tích đầu ướt và điều kiện cắt. Các mục tiêu thử nghiệm nhà máy điển hình bao gồm Cải thiện 5–20% khả năng duy trì lượt vượt qua lần đầu và Chất rắn ép cao hơn 0,5–2,0 điểm phần trăm khi chương trình PAM được tối ưu hóa cho cấp độ và cung cấp.
Tại sao “giữ nước” thay đổi khi bạn thêm PAM
Ở phần cuối ướt, “giữ nước” không liên quan đến một đặc tính đơn lẻ mà liên quan nhiều hơn đến cách phân phối và giải phóng nước:
- Nước liên kết : nước liên quan đến sự phồng lên của sợi và các sợi nhỏ (khó loại bỏ hơn).
- Nước kẽ : nước bị giữ lại giữa các hạt và sợi trong thảm tạo hình (được giải phóng bằng cách thoát nước/ép).
- Nước miễn phí : nước thoát nhanh qua dây/vải ép.
PAM thay đổi sự cân bằng bằng cách giữ lại các hạt mịn và chất độn cũng như bằng cách thay đổi cấu trúc bông bùn. Điều này có thể làm tăng khả năng giữ nước đo được (nhiều nước được giữ trong thảm tại một điểm nhất định) trong khi vẫn cải thiện khả năng khử nước của máy nếu các khối bông nhỏ, chắc và ổn định cắt thay vì lớn và sền sệt.
Cơ chế: cách polyacrylamide giữ nước trong mạng lưới sợi
1) Cầu nối keo tụ tạo ra vi cấu trúc giữ nước
Chuỗi PAM có trọng lượng phân tử cao có thể gắn vào nhiều hạt và sợi cùng một lúc, tạo thành cầu nối. Khi được điều chỉnh đúng cách, những cây cầu này sẽ tạo ra microfloc giúp cải thiện tính đồng nhất của hình thành và tăng khả năng giữ nước ở kẽ hở một cách có kiểm soát. Điều này làm giảm “sự phân luồng” trên dây nơi nước chảy qua các điểm yếu và loại bỏ các hạt mịn.
2) Lực hút tĩnh điện giữ các hạt mịn và chất độn
Hầu hết bột giấy và chất độn đều mang điện tích anion ròng. PAM cation (CPAM) cải thiện khả năng bám dính bằng cách trung hòa điện tích cục bộ và thúc đẩy sự hấp phụ. Kết quả là Khả năng giữ lại các hạt mịn và vi sợi cao hơn , làm tăng diện tích bề mặt riêng của thảm bột giấy và khả năng giữ nước của nó.
3) Giảm “sự rửa trôi” khi cắt (bơm quạt, chất tẩy rửa, dòng tiếp cận)
Nếu không có chương trình lưu giữ hiệu quả, hạt mịn và chất độn vẫn bị phân tán và có thể bị mất cùng với nước trắng, làm giảm hiệu quả tỷ lệ giữ nước của vật liệu cung cấp. Chương trình PAM được lựa chọn phù hợp sẽ cải thiện khả năng phục hồi cắt để các hạt mịn bám vào sợi thông qua hệ thống tiếp cận, tạo ra khả năng giữ nước và thoát nước ổn định hơn ở hộp đầu và trên dây.
4) Phối hợp với các vi hạt để “giữ nước ở nơi cần thiết” và giải phóng nước ở nơi cần thoát nước
Các hệ thống kép (PAM bentonite/silica/micropolymer) thường hoạt động tốt hơn chỉ riêng PAM bằng cách tạo ra mạng lưới bông xốp mịn. Cấu trúc này có thể cải thiện sự hình thành và lưu giữ trong khi vẫn giữ cho đường thoát nước được thông thoáng, đó là lý do tại sao nhiều máy móc thấy được đạt được đồng thời khả năng duy trì và ổn định khử nước .
Loại polyacrylamide nào hỗ trợ giữ nước bột giấy tốt nhất
| chương trình PAM | Vai trò đầu ướt điển hình | Nó ảnh hưởng như thế nào đến việc giữ nước trong bột giấy | Nơi nó thường phù hợp nhất |
|---|---|---|---|
| Cationic PAM (CPAM) | Hỗ trợ lưu giữ/ thoát nước sơ cấp | Tăng độ bám dính của hạt mịn/chất độn, nâng cao khả năng giữ nước và độ ổn định của thảm | Hầu hết các hoạt động in ấn/viết, đóng gói, đồ nội thất tái chế |
| PAM anion (APAM) | Chất keo tụ/chất thu gom với đối tác cation hoặc cho các hệ thống cụ thể | Có thể xây dựng cấu trúc thông qua quá trình tạo phức; khả năng giữ nước phụ thuộc vào cân bằng nhu cầu cation | Hệ thống sử dụng tinh bột cation/chất keo tụ; một số dòng DIP |
| PAM lưỡng tính | Hỗ trợ duy trì khả năng chịu phí | Kiểm soát khả năng giữ nước mạnh mẽ hơn qua các dao động pH/ion | Nguồn cung cấp đa dạng, độ dẫn điện cao, thay đổi cấp độ thường xuyên |
| Vi hạt PAM (bentonite/silica) | Hệ thống lưu giữ và thoát nước hiệu quả cao | Tạo microfloc xốp: giữ nước đồng đều nhưng bảo toàn kênh thoát nước | Máy tốc độ cao, độ độn cao, thông số định hình chặt chẽ |
Sự lựa chọn không chỉ là “PAM nào” mà còn là trọng lượng phân tử, mật độ điện tích và nhũ tương so với dạng dung dịch. Ở nhiều nhà máy, độ ổn định giữ nước tốt nhất đạt được bằng cách ghép PAM cation sơ cấp với hệ thống vi hạt để giảm nguy cơ quá liều và duy trì sự hình thành.
Ứng dụng thực tế: liều lượng, cách pha chế và các điểm bổ sung để bảo vệ khả năng giữ nước
Phạm vi liều lượng điển hình (điểm bắt đầu cho thử nghiệm)
- CPAM duy trì chính: 0,05–0,30 kg/tấn (hoạt động) tùy thuộc vào nhu cầu cung cấp, phụ tùng và tính phí.
- Vi hạt (nếu sử dụng): thường xuyên 0,2–1,0 kg/tấn (cơ sở sản phẩm), được điều chỉnh để cắt hộp đầu và đóng nước trắng.
- Nếu sử dụng chất keo tụ ngược dòng (tách khỏi PAM): điều chỉnh để giảm “rác anion” trước khi PAM được tối ưu hóa.
Trang điểm và lão hóa: tránh hoạt động kém hiệu quả giống như “không có tác dụng giữ nước”
Nhiều thất bại trong PAM là do sự chuẩn bị thất bại. Cách thực hành tốt nhất thông thường là chuẩn bị tại 0,1–0,5% dung dịch (kiểm tra thông số kỹ thuật của nhà cung cấp), đảm bảo đảo ngược hoàn toàn (đối với nhũ tương) và cho phép đủ thời gian lão hóa để chuỗi hydrat hóa hoàn toàn. Quá trình hydrat hóa kém sẽ rút ngắn chiều dài polymer hiệu quả, giảm khả năng kết nối và làm suy yếu cấu trúc microfloc hỗ trợ giữ nước ổn định.
Quy tắc cộng điểm
- Thêm PAM sơ cấp để có sự trộn tốt nhưng không bị cắt quá mức—thường là sau bơm lồng máy/quạt tùy thuộc vào cách bố trí hệ thống.
- Nếu sử dụng vi hạt, hãy thêm nó sau (gần hộp đầu) để “thắt chặt” các khối sau các vùng cắt chính.
- Tránh thời gian lưu trú lâu sau khi bổ sung PAM nếu hệ thống có độ tuần hoàn cắt cao; nếu không, các khối bông có thể vỡ ra và giải phóng các hạt mịn, làm giảm độ ổn định giữ nước.
Cần đo lường những gì để chứng minh PAM đang cải thiện khả năng giữ nước (và không chỉ là vấn đề dịch chuyển)
Sử dụng kết hợp các chỉ số lưu giữ, khử nước và độ đồng đều của tấm. Một thước đo duy nhất có thể gây hiểu nhầm vì “giữ nhiều nước hơn” có thể tốt (đồng đều, ổn định) hoặc xấu (thoát nước chậm) tùy thuộc vào nơi nó xảy ra.
| Số liệu | Nó nói gì với bạn | Một “hướng đi tốt” thiết thực khi PAM được tối ưu hóa |
|---|---|---|
| Duy trì lượt đầu tiên (FPR) | Bao nhiêu chất rắn còn lại trong tấm so với nước trắng | Tăng ~5–20% (phạm vi mục tiêu thử nghiệm điển hình) |
| Độ đục của nước trắng/mất tiền phạt | Liệu hạt mịn có bị rửa trôi hay không (làm ảnh hưởng đến khả năng giữ nước) | Giảm khối lượng và tro ở mức cơ bản ổn định |
| Phản ứng thoát nước (ví dụ: xu hướng thoát nước/thời gian thoát nước) | Tốc độ nước rời khỏi vật liệu trong điều kiện hình thành | Ổn định hơn, ít nhạy cảm hơn với các chuyển động xoay |
| Nhấn chất rắn | Bao nhiêu nước được loại bỏ khi nhấn | 0,5–2,0 điểm thường có thể đạt được khi khả năng lưu giữ/thoát nước được ổn định |
| Sự hình thành/hai mặt | Tính đồng nhất của sự phân bố xơ/hạt mịn (tác động đến khả năng giữ nước cục bộ) | Cải thiện hoặc giữ ở mức trung lập trong khi tỷ lệ giữ chân tăng lên |
Các dạng lỗi thường gặp và cách khắc phục
Quá liều: khả năng giữ nước tăng lên nhưng khả năng thoát nước và hình thành bị ảnh hưởng
Quá nhiều PAM có thể tạo ra các khối lớn, có thể nén được, giữ nước và xẹp xuống dưới chân không/ép, gây ra tình trạng thoát nước chậm, hình thành kém và các khuyết tật ở tấm. Một sự điều chỉnh điển hình là giảm liều PAM và/or move to a vi hạt PAM phương pháp thắt chặt các khối mà không làm cho chúng trở nên cồng kềnh.
Mật độ điện tích sai: hấp phụ kém, giữ không ổn định, giữ nước không nhất quán
Nếu polyme không phù hợp với nhu cầu tích điện của hệ thống (bị ảnh hưởng bởi các chất gây ô nhiễm sợi tái chế, chất độn, chất hữu cơ hòa tan và độ dẫn điện), thì nó có thể vẫn ở pha nước thay vì giữ lại các hạt mịn. Điều chỉnh mật độ điện tích, thêm chất keo tụ ngược dòng hoặc chuyển sang PAM lưỡng tính thường giúp ổn định kết quả.
Phá hủy do cắt: polyme được thêm vào quá sớm hoặc bị cắt quá mức
PAM trọng lượng phân tử cao dễ bị suy thoái cơ học. Nếu được thêm vào trước các vùng có độ cắt cao, độ dài chuỗi hiệu quả sẽ giảm và hiệu quả bắc cầu giảm, dẫn đến các khối kết bông yếu hơn và giảm khả năng giữ lại các hạt mịn. Việc di dời điểm bổ sung đến vị trí có độ cắt thấp hơn có thể khôi phục hiệu suất mà không cần tăng liều lượng.
Kết cấu kém: “chúng tôi đã thêm PAM nhưng không có gì xảy ra”
Đảo ngược không hoàn toàn, nồng độ không chính xác, tương tác nước cứng hoặc thời gian lão hóa không đủ đều có thể hạn chế khả năng giãn nở của polyme. Cách khắc phục mang tính quy trình: xác nhận chất lượng nước pha loãng, năng lượng trộn, thời gian lão hóa và độ ổn định của thức ăn. Thông thường, việc cải thiện chế phẩm sẽ mang lại hiệu quả tương tự như việc tăng liều lượng mà không có tác dụng phụ.
Ví dụ về kết quả thử nghiệm: “khả năng giữ nước được cải thiện” trông như thế nào trên máy
Phần sau đây minh họa loại mẫu trước/sau mà nhiều nhà máy sử dụng để xác nhận rằng polyacrylamide sản xuất giấy đang cải thiện khả năng giữ nước trong bột giấy theo cách có lợi (các giá trị đại diện cho các mục tiêu thử nghiệm chung và cần được xác nhận đối với sản phẩm và máy của bạn):
- Khả năng duy trì lượt vượt qua đầu tiên tăng từ ~60% lên ~70% ( ~ 10 điểm ), trong khi độ đục của nước trắng giảm ở tốc độ sản xuất ổn định.
- Độ ổn định ở đầu ướt được cải thiện: ít vệt thoát nước hơn và ít biến đổi trọng lượng cơ bản hơn do giảm rửa trôi hạt mịn.
- Chất rắn ép tăng lên bằng ~0,5–2,0% , giảm nhu cầu hơi của máy sấy và cải thiện độ bền của tấm.
- Sự hình thành vẫn ổn định hoặc được cải thiện khi các bông bùn được kiểm soát (chiến lược microfloc), tránh hiện tượng lốm đốm các bông lớn.
Nếu khả năng lưu giữ được cải thiện nhưng sự hình thành trở nên tồi tệ hơn, điều đó thường cho thấy các khối keo tụ quá lớn hoặc quá dễ bị nén - việc điều chỉnh trọng lượng phân tử/mật độ điện tích PAM, liều lượng hoặc chuyển sang hệ thống vi hạt thường là cách điều chỉnh nhanh nhất.
Bài học rút ra: quy tắc thực tế khi sử dụng PAM để cải thiện khả năng giữ nước của bột giấy
Cách đáng tin cậy nhất để cải thiện khả năng giữ nước trong bột giấy bằng polyacrylamide dùng trong sản xuất giấy là giữ lại các thành phần nhỏ nhất, giữ nước nhiều nhất (hạt mịn/sợi/chất độn) trong khi chế tạo các vi hạt vẫn giữ được độ xốp . Cách tiếp cận đó giúp ổn định việc phân phối nước theo màng ướt, giảm hiện tượng rửa trôi hạt mịn và hỗ trợ quá trình khử nước có thể dự đoán được—mang lại khả năng vận hành tốt hơn và các đặc tính tấm đồng nhất hơn.
