聚合氯化鋁鐵在造紙上的應(yīng)用

長期以來，作為一種的絮凝劑，聚合氯化鋁鐵一直廣泛用于水處理過程中。近些年來，聚合氯化鋁鐵也越來越多地應(yīng)用于造紙工業(yè)。八十年代初，歐洲率先開發(fā)了分散松香膠(DRS)/聚合氯化鋁鐵(PAC)中性施膠系統(tǒng)，用聚合氯化鋁鐵代替硫酸鋁成功地實(shí)現(xiàn)了松香中性施膠。與此同時，聚合氯化鋁鐵在造紙濕部還能起到良好的助留、助濾作用。
聚合氯化鋁( 別稱 PAC、聚鋁、聚氯化鋁)鐵（PolyaluminiumChloride），簡稱PAC,通常也稱作堿式氯化鋁、聚羥基鋁等，它是介于氯化鋁和氫氧化鋁兩種物質(zhì)之間的一種水溶性無機(jī)高分子聚合物，通常以通式Aln(OH)mCl3n-m來表示，其中n代表聚合程度，這取決于制備過程中的多方面因素，m表示某種聚合氯化鋁鐵產(chǎn)品的中性化程度，即氫氧根離子取代氯離子的多少程度。聚合氯化鋁鐵聚合氯化鋁是一種無機(jī)高分子混凝劑，由于氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用而生產(chǎn)的分子量較大、電荷較高的無機(jī)高分子水處理藥劑）的特點(diǎn)主要是由壓力式霧化器的工作原理所決定的。由此可見，聚合氯化鋁鐵所代表的并不是某一種特定的無機(jī)化合物，而是一系列無機(jī)聚合物的總稱。
聚合氯化鋁鐵是預(yù)制的水解產(chǎn)物，它是在一定控制的條件下鋁鹽的水解-聚合-沉淀過程的中間產(chǎn)物，無論作為一種的水處理劑還是作為造紙濕部松香中性施膠的沉淀劑，都有替代傳統(tǒng)的鋁鹽（如硫酸鋁）的趨勢。自六十年代以來，聚合氯化鋁鐵作為一種新型絮凝劑，在水處理方面正逐步發(fā)展成為混凝過程的主要藥劑，它是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)成熟、效能高、應(yīng)用廣泛的品種。
目前，聚合氯化鋁鐵在中國、日本、前蘇聯(lián)以及東、西歐都有相當(dāng)?shù)纳�產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用，但總體來講，生產(chǎn)應(yīng)用研究多于基礎(chǔ)理論研究，而且基礎(chǔ)理論研究方面還停留在傳統(tǒng)鋁鹽作用的機(jī)理上，對于這種新型絮凝劑為何具有明顯的尚缺乏深入的科學(xué)驗(yàn)證和理論依據(jù)，在一定程度上影響了這一優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提高和應(yīng)用。聚合氯化鋁鐵聚合氯化鋁是一種無機(jī)高分子混凝劑，由于氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用而生產(chǎn)的分子量較大、電荷較高的無機(jī)高分子水處理藥劑）的特點(diǎn)主要是由壓力式霧化器的工作原理所決定的。大量實(shí)踐表明，沒有深入的基礎(chǔ)研究，也很難制得能產(chǎn)品。
歐洲于八十年代初率先提出用聚合氯化鋁鐵作為松香施膠沉淀劑進(jìn)行中性施膠，并在生產(chǎn)中獲得成功，而到目前為止，有關(guān)其優(yōu)于傳統(tǒng)的酸性施膠沉淀劑（如硫酸鋁）的原因及作用機(jī)理尚不完全清楚，在公開發(fā)表的眾多文獻(xiàn)中，均未對這一新型施膠沉淀劑做系統(tǒng)研究（research)，甚至是系統(tǒng)的應(yīng)用研究。聚合氯化鋁固體聚合氯化鋁稀釋成液體時，首先要根據(jù)原水情況，使用前先做小試求得藥量。這必然會影響到聚合氯化鋁鐵的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，一些有關(guān)的理論研究也均停留在傳統(tǒng)的硫酸鋁等鋁鹽水解特性研究，這不利于大限度地發(fā)揮聚合氯化鋁鐵的作用。
無論是作水處理的絮凝劑還是用于造紙濕部，聚合氯化鋁鐵作為一種新型、預(yù)制的無機(jī)高分子水解產(chǎn)物，其應(yīng)用范圍之廣、效能之顯著是傳統(tǒng)鋁鹽所無法比擬的。
聚合氯化鋁鐵在造紙工業(yè)中除部分用于污水和清水處理（造紙中）外，其主要用途是用于松香中性施膠沉淀劑和助留、助濾劑，此外，它還可用于控制樹脂障礙和作為陰離子雜質(zhì)的捕捉劑等等。
1）聚合氯化鋁鐵用于松香中性施膠沉淀劑
由于范圍內(nèi)的資源緊缺，造紙用原料變得越來越寶貴，用更廉價的CaCO3填料來盡可能多地替代纖維變得更為實(shí)際，因此歐洲于八十年代中期率先采用松香中性施膠技術(shù)生產(chǎn)中性紙張，該生產(chǎn)過程可用CaCO3作為填料，這項(xiàng)技術(shù)成功的關(guān)鍵之一是用聚合氯化鋁鐵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的明礬作為施膠沉淀劑。由于聚合氯化鋁鐵可在中性甚至堿性范圍內(nèi)仍能保持較高的正電性，而不像Al2(SO4)3那樣很快形成Al(OH)3沉淀，而且由于聚合氯化鋁鐵的預(yù)水解，它不像Al2(SO4)3那樣把系統(tǒng)的pH值降得很低，所以，聚合氯化鋁鐵是十分理想的進(jìn)行中性施膠的新型鋁源，其施膠pH值可達(dá)到7.5。繼歐洲之后，北美和其他許多地區(qū)的紙廠都相繼采用了這項(xiàng)技術(shù)變酸性(acidity)造紙為中性造紙。利用這種方法進(jìn)行中性施膠不僅大大降低了生產(chǎn)成本，同時也克服了用合成（解釋:由幾個部分合并成一個整體)膠料（如AKD等）進(jìn)行中性施膠時存在的一些難以避免的缺點(diǎn)（如打滑、施膠度難以控制等）。即使如此，由于聚合氯化鋁鐵是一種處于亞穩(wěn)狀態(tài)下的、復(fù)雜的無機(jī)高分子聚合物，因此，在使用過程中還存在著能否合理選用及其產(chǎn)品本身的穩(wěn)定性等諸多問題，這還有待于在今后的研究和開發(fā)中進(jìn)一步得到解決。
2）聚合氯化鋁鐵用作助留、助濾劑
濕部化學(xué)是研究在脫水、成形過程中，紙料中的各種細(xì)小組分、添加劑以及纖維之間相互作用的表面及膠體化學(xué)的規(guī)律。在過去的十幾年當(dāng)中，濕部化學(xué)的主要發(fā)展趨勢是造紙過程由酸性(acidity)向中、堿性環(huán)境的過渡，而近些年來，另一種發(fā)展趨勢是在造紙濕部廣泛使用各種各樣的化學(xué)添加劑及添加系統(tǒng)。我國造紙工業(yè)以非木材纖維原料為主，其中又以禾本科植物纖維原料為主，由于草漿本身存在纖維短，雜細(xì)胞含量高，造成紙張強(qiáng)度差，抄紙過程中濾水困難，因而研究其在中、堿性條件下抄紙及利用各種助劑提高留著、濾水性能是適合我國國情的濕部化學(xué)的研究方向。

　　A、助留劑
目前，許多學(xué)說都認(rèn)為，細(xì)小纖維和填料等在紙頁中的留著主要通過兩種方式作用，即機(jī)械截留和膠體絮凝作用來實(shí)現(xiàn)的，而隨著對留著機(jī)理不斷深入的研究，認(rèn)為后一種作用更為重要。機(jī)械截留作用主要是顆粒機(jī)械地留著在逐漸形成的紙頁結(jié)構(gòu)中，這種機(jī)理類似于過濾作用，它僅僅適用于紙料中的較長纖維部分，無法說明細(xì)小組分留著率高的原因，也無法解釋助留劑的助留效果。
當(dāng)前，越來越多的研究集中于有關(guān)細(xì)小纖維及填料的留著機(jī)理，這些研究建立了許多不同的概念和模型，為解釋和發(fā)展留著機(jī)理、優(yōu)化工藝過程提供了理論基礎(chǔ)。聚合氯化鋁鐵聚合氯化鋁是一種無機(jī)高分子混凝劑，由于氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用而生產(chǎn)的分子量較大、電荷較高的無機(jī)高分子水處理藥劑）的特點(diǎn)主要是由壓力式霧化器的工作原理所決定的。膠體絮聚作用包括凝聚作用（coagulation）和絮凝作用（flocculation）。凝聚作用（coagulation）指用無機(jī)鹽或分子量小、電荷密度較高的聚合物使膠體懸浮液失去穩(wěn)定性而發(fā)生絮聚的作用，所產(chǎn)生的絮聚物是細(xì)小而緊密聚集的沉淀物，它主要是通過(tōng guò)電荷中和、異相凝聚和補(bǔ)綴作用幾種形式來實(shí)現(xiàn)的。
絮凝作用（flocculation）指用一長鏈聚合物將膠體結(jié)合在一起，使膠體懸浮液失去穩(wěn)定性而發(fā)生絮聚的作用，所產(chǎn)生的絮凝物為粗大、疏松、多孔的團(tuán)塊。絮凝作用主要通過橋聯(lián)絮凝作用和網(wǎng)絡(luò)絮凝作用兩種形式來實(shí)現(xiàn)。

　　B、助濾劑
由于紙料的脫水過程會直接影響紙張的質(zhì)量和紙機(jī)的運(yùn)行性能，而且濾水性能的提高可以提高生產(chǎn)率(productivity)，改善紙頁成形，降低干燥部能耗等，所以提高紙料的濾水性能是濕部化學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。在通常情況下，幾乎所有的助留劑和電荷中和劑均兼有助濾功能，所以硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵、陰離子淀粉、聚電解質(zhì)以及微粒助留系統(tǒng)都可以起到助濾作用。
3）聚合氯化鋁（Al)鐵的其它用途
隨著造紙過程逐漸由酸性(acidity)轉(zhuǎn)向中、堿性范圍，白水封閉程度不斷提高，高得率漿及涂布損紙數(shù)量的增加，紙漿中的陰離子雜質(zhì)問題越來越突出，若得不到及時處理，它將會嚴(yán)重影響到紙機(jī)操作控制及成紙質(zhì)量。實(shí)踐證明，本身帶有較高陽電荷的聚合氯化鋁鐵是一種良好的雜質(zhì)捕捉劑，它能與這些陰離子雜質(zhì)結(jié)合并將其沉積到纖維上，從而不僅控制了陰離子雜質(zhì)在紙漿中的干擾作用，也改善了紙漿的濾水性能，因?yàn)榧词股倭康年庪x子纖維降解產(chǎn)物也會大大影響紙料的濾水作用。
與此同時，聚合氯化鋁鐵可以很容易地吸附到纖維表面，還可以吸附帶有負(fù)電荷的填料和細(xì)小纖維，使它們更多地留著在紙頁內(nèi)部；與其他有機(jī)聚合物的協(xié)同作用可以有效地提高細(xì)料的留著率，并改善漿料的濾水性能。
此外，聚合氯化鋁鐵還可以有效地控制樹脂障礙，其原理與消除陰離子雜質(zhì)相同。與Al2(SO4)3相比，聚合氯化鋁鐵可以更有效地將樹脂固著在纖維上，同時聚合氯化鋁鐵的使用可以大大減少BaSO4等不溶物的沉積。