微粒助留體系出現于20世紀80年代，此類體系具有十分有效的助留助濾性能，可顯著改善紙頁勻度，受到造紙界的廣泛重視。隨著造紙技術的發展，紙機逐漸向高速化、大型化和中性抄紙發展，特別是近幾年廢紙和脫墨紙漿的大量使用，使紙料的濾水變得困難，纖維留著率惡化，紙頁的強度降低，紙機運轉性能變差。對于單一聚合物類助留劑而言，所產生的絮聚物在經高剪切力破壞后不能有效地重聚。由此，微粒助留體系應運而生，并顯示出明顯的優勢，實際應用過程中則多采用多種組分配合以達到協同效果。實踐證明，微粒助留體系是一種優良的高速紙機用助留劑。 1 海德羅科爾（Hydrocol )微粒助留體系 該體系即陽離子聚丙烯酞胺／膨潤土體系，是一種典型的復式助留體系（Dual Control System)，由高相對分子質量、低電荷密度的陽離子聚丙烯酰胺和膨潤土構成，首先由英國聯合膠體公司開發，用于造紙濕部取得了巨大的成功。就我國而言，山東輕工業學院的劉溫霞最先指出了該體系的重要性，并在國內首次開展了一系列相關研究工作，取得了突破性的成效。之后，南京林業大學等單位也開展了與該體系相關的研究工作。基于該體系的卓越性能及顯著優勢，該體系在我國造紙工業中的推廣應用具有十分廣闊的前景。 海德羅科爾體系的助留機理與單一的助留劑不同，一般認為：當將陽離子聚丙烯酰胺首先加入至紙料體系中時，陽離子聚丙烯酰胺以鏈圈、鏈尾的形式吸附至紙料粒子表面，并以橋聯形式引發紙料的初始絮聚，所形成的初始絮聚體經高剪切作用，破碎成小碎塊，暴露出更多的陽離子聚丙烯酰胺吸附點；加入負電性膨潤土后，膨潤土吸附至陽離子聚丙烯酰胺的鏈圈鏈尾之間，將細小碎塊重新連接起來，形成尺寸更小、結構更為致密的微小絮塊，從而在提高紙料留著率的同時，也顯著改善了紙料的濾水性能及成紙的勻度。 應該指出，該體系可在較廣的pH范圍內獲得良好的應用效果，且綜合考慮，該體系亦十分經濟。通常情況下，為提高紙張強度，淀粉是一類常用的造紙助劑，海德羅科爾體系不僅能大幅度地改善淀粉的留著性，而且允許使用價格低廉、質量相對較差的陰離子淀粉；該體系在提高淀粉留著率的同時，也可降低排放廢水的生化耗氧量。 2 陰離子膠體二氧化硅／陽離子淀粉（康波季爾）助留體系 該體系是由瑞典依卡公司開發的。應用這種體系時，首先加入陽離子淀粉，使其充分吸附，在紙漿體系受到高剪切作用之后，再加入陰離子膠體二氧化硅，形成復式控制系統。體系中的膠體二氧化硅是一種無機陰離子微粒，其粒徑小，比表面積大，負電性高。對于該體系的作用機理而言，一般認為：加入至紙料體系中的、具有龐大的三維結構的陽離子淀粉，在紙料表面吸附時幾乎不產生重構和擴散作用，而是從粒子表面伸出，提供某種架橋作用，所形成的初始絮聚體具有很強的韌性，經過高剪切力的作用，在一定程度上仍保持原始絮聚狀態。淀粉中直鏈淀粉相對分子質量小，其數量遠遠超過支鏈淀粉。在典型加入量的條件下，這些分子可提供較多的陽離子位置，因此對細小纖維和填料上的表面負電荷的中和更為完全、均勻。加入陰離子膠體二氧化硅后，經剪切后的紙料形成微小絮聚物，起到協同助留作用，應當指出，膠體二氧化硅在最后的絮聚中主要起電中和作用，其電荷密度對體系的絮聚效率非常重要。 當漿料配比中的機械漿、廢紙脫墨漿（DIP）及涂布損紙漿增加時，紙料體系中含有更多的陰離子，這就使得紙機濕部化學變得更為復雜。由此，便出現了三階段“Compozil”助留體系。在這一體系中，第一階段是向漿料體系中添加特殊的高電荷密度的線形低相對分子質量聚合物，即陰離子垃圾捕捉劑(Anionic Trash Catcher, ATC )，它能夠減少已溶解和分散的雜質的不良影響，可將樹脂固著在紙漿纖維上，使之絮凝成團而減少樹脂障礙的產生。第二階段是向紙漿體系中添加新型的高陽離子化淀粉(HCS)。第三階段是向體系中加入膠體二氧化硅，完成“Compozil”體系的絮凝作用。 3 陽離子聚丙烯酰胺／高聚結構二氧化硅助留體系 由陽離子聚丙烯酰胺與新型的高聚結構三氧化硅組成的微粒助留體系在當今現代化的夾網成型紙機的高剪切力條件下具有較好的使用效果。高聚合結構二氧化硅粒徑為2~3 nm，比表面積為900m2/g ,球狀三氧化硅通過共價硅氧烷鍵相互聯接，足以抵御剪切力的破壞。應該指出，保持良好的使用效果所需要的相對分子質量和電荷密度取決于體系的電導率、 陰離子干擾物的數量和與紙機流送系統剪切點相關的加入點。紙機的車速和系統的剪切力越高，相應的聚合物相對分子質量就應越大，以抵消聚合物鏈上增加的劈斷，從而獲得較好的橋聯絮聚效果。 4 氫氧化鋁類微粒助留體系 常規的氫氧化鋁類微粒助留體系由陽離子淀粉和由硫酸鋁、氫氧化鈉現場制得的氫氧化鋁膠體組成。應用這種助留體系時，先將陽離子淀粉加入到預先堿化的紙漿體系中，在纖維和細小纖維表面形成陽離子補丁；然后在高剪切力之后再加入明礬，并使之與預先加入的堿發生堿化水解反應，生成陰離子性的膠體氫氧化鋁。在pH約為8時，生成的陰離子膠體氫氧化鋁與表面吸附了陽離子淀粉的纖維發生交聯等作用。這種助留體系所對應的填料留著 率較高，并且能夠改善濾水性能：除利用硫酸鋁的堿性水解生成膠體氫氧化鋁外，還可利用預先堿化的聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁直接水解生成膠體氫氧化鋁，與陽離子淀粉組成微粒助留體系。這樣便省去了紙漿的預堿化。 應該指出，聚鋁類無機聚合物屬鋁鹽水解的中間產物，其水解生成的氫氧化鋁類膠體只有在中性到微堿性的條件下才能帶有足夠多的負電荷。 因此，這種微粒助留體系在中性到微堿性的條件下更為有效。另外，由聚鋁類無機聚合物如聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁與陽離子淀粉組成的微粒助留體系，對于紙漿體系中的Ca2+，不像膠體二氧化硅微粒助留體系那樣敏感，尤其在脫水過程中，當Ca2+濃度較高時，仍能保持較好的脫水性能。由聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硅酸硫酸鋁與陽離子淀粉組成的微粒助留體系對兩組分的加入順序不敏感。 5 陽離子改性膠體SiO2／陰離子聚合物助留體系 這是一種由陽離子微粒和陰離子聚合物構成的微粒助留體系。其中的陽離子微粒組分實際上可通過對膠體二氧化硅進行改性處理，使其表面帶有一層氧化鋁，或者可以通過使鋁離子取代膠體二氧化硅表面的部分區域，使之在低pH的條件下帶有陽電荷，另外，還可以將氧化鋁混合于二氧化硅溶膠的結構中。 應用這種體系時，一般先加入陽離子微粒，在紙漿纖維和填料表面形成陽離子補丁或在它們之間形成絮聚體，這種絮聚體具有“彈性”。在高剪切力的作用下，這種絮聚體被分散成一定尺寸的小絮聚體；此時再加入陰離子聚合物，通過架橋和靜電中和等作用，得到理想的“微絮聚物”。 在紙漿體系中單獨使用陽離子微粒時，攪拌速率對細小纖維和填料所形成的絮聚體的影響較小，這說明陽離子微粒在具有較高的陽電荷密度和合適的尺寸的情況下，已經在纖維和填料間形成了較強的結合；而單獨使用陰離子聚合物時，在一定的條件下由于陰離子聚合物主要通過橋聯起作用，因此，隨著攪拌速率的增大，體系的絮凝情況逐漸減小，即表現為相對濁度逐漸增大。采用陽離子微粒與陰離子聚合物復配時，隨著攪拌速率的增大，體系的相對混濁度變化很小，直至攪拌速率增大到1000 r/min以上時，相對混濁度才有所上升。 6 Retaminol Syncro助留體系 這一微粒助留體系是由拜爾化學公司新近開發出的一種新的微粒助留助濾體系。傳統微粒助留體系是使陽離子聚合物引發的原始絮聚遭受高剪切力，然后通過添加微粒使它們再絮聚。這種機械控制工藝的缺點是聚合物的消耗量相對較高；而新的微粒助留體系的主要特點是引發初始絮聚的陽離子聚丙烯酰胺是用Retaminol Syncro PR系列的、經特別改性的陽離子聚丙烯酰胺乳液，而微粒組分是經特殊工藝處理的蒙脫石；初始絮聚用化學方法進行控制，而不是傳統微粒助留體系中借助機械剪切作用的方法。經改性的蒙脫石不需要借助于機械剪切作用而很容易地分散成懸浮液，具有相當有效的助留助濾作用，它可廣泛用于各種中性和堿性抄紙。 7 陽離子膠體A12O3助留體系 陽離子膠體A12O3微粒是水軟石A12O3（Boehmite Alumina）的乙酸鹽，是一種纖維狀的陽離子物質。該物質是一種高度陽離子化的微粒，具有“纖維”形態，且有較高的正電荷和可控的粒度，具有特定的微粒助留性能，可單獨或與聚合物類物質配合而用于造紙濕部中，在特定的條件下對紙料體系起到有效的助留作用。所用聚合物可以是陽離子型、非離子型和兩性型，或者是它們的混合物。 8 陽離子氫氧化鎂鋁膠體／陰離子聚丙烯酰胺體系 氫氧化鎂鋁為一種混合金屬氫氧化物，是最常見的一類水滑石，具有與蒙脫石類似的層狀結構，所不同的是其骨架帶有正電荷，層間平衡離子為陰離子，呈正電性，層間距可通過填充離子半徑不同的陰離子來調節。層狀結構是由金屬氫氧八面體靠共用邊連接而成的，有單層、雙層和多層結構，厚度一般為0.5~4.0 nm，有的可達8 nm，粒徑15~50 nm 。永久性正電荷由八面體中心的Mg2+被A13+同象置換而產生。氫氧化鎂鋁具有正電性，具有潛在的微粒助留性能。研究表明，將采用共沉淀法制備的氫氧化鎂鋁與陰離子聚丙烯酰胺配合，所構建的助留體系在特定條件下可起到良好的助留作用。 9 結束語 隨著人們精益生產意識的加強，紙機的車速越來越高，要使造紙濕部的細小纖維及填料有較高的留著率，達到節約成本、降低環境污染、改善紙機運轉性能的目的，一個有效的助留體系起著至關重要的作用。〕微粒助留技術已被實踐證明是一項能夠優化生產、提高生產應變性能以及產品質量的有效途徑。微粒助留技術的進一步發展必將對造紙工業產生深遠的影響。 信息來源于：中國造紙技術網