聚合氯化鋁鐵在造紙上的應用

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、電荷較高的無機高分子水處理藥劑）的特點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化合物，而是一系列無機聚合物的總稱。
聚合氯化鋁鐵是預制的水解產(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，它是當前工業(yè)生產(chǎn)技術成熟、效能高、應用廣泛的品種。
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?shù)纳�產(chǎn)規(guī)模和應用，但總體來講，生產(chǎn)應用研究多于基礎理論研究，而且基礎理論研究方面還停留在傳統(tǒng)鋁鹽作用的機理上，對于這種新型絮凝劑為何具有明顯的尚缺乏深入的科學驗證和理論依據(jù)，在一定程度上影響了這一優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品性能的進一步提高和應用。聚合氯化鋁鐵聚合氯化鋁是一種無機高分子混凝劑，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、電荷較高的無機高分子水處理藥劑）的特點主要是由壓力式霧化器的工作原理所決定的。大量實踐表明，沒有深入的基礎研究，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行中性施膠，并在生產(chǎn)中獲得成功，而到目前為止，有關其優(yōu)于傳統(tǒng)的酸性施膠沉淀劑（如硫酸鋁）的原因及作用機理尚不完全清楚，在公開發(fā)表的眾多文獻中，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一步推廣應用，一些有關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、預制的無機高分子水解產(chǎn)物，其應用范圍之廣、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際，因此歐洲于八十年代中期率先采用松香中性施膠技術生產(chǎn)中性紙張，該生產(chǎn)過程可用CaCO3作為填料，這項技術成功的關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行中性施膠的新型鋁源，其施膠pH值可達到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技術變酸性(acidity)造紙為中性造紙。利用這種方法進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）進行中性施膠時存在的一些難以避免的缺點（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、復雜的無機高分子聚合物，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)中進一步得到解決。
2）聚合氯化鋁鐵用作助留、助濾劑
濕部化學是研究在脫水、成形過程中，紙料中的各種細小組分、添加劑以及纖維之間相互作用的表面及膠體化學的規(guī)律。在過去的十幾年當中，濕部化學的主要發(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，雜細胞含量高，造成紙張強度差，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的研究方向。

　　A、助留劑
目前，許多學說都認為，細小纖維和填料等在紙頁中的留著主要通過兩種方式作用，即機械截留和膠體絮凝作用來實現(xiàn)的，而隨著對留著機理不斷深入的研究，認為后一種作用更為重要。機械截留作用主要是顆粒機械地留著在逐漸形成的紙頁結(jié)構中，這種機理類似于過濾作用，它僅僅適用于紙料中的較長纖維部分，無法說明細小組分留著率高的原因，也無法解釋助留劑的助留效果。
當前，越來越多的研究集中于有關細小纖維及填料的留著機理，這些研究建立了許多不同的概念和模型，為解釋和發(fā)展留著機理、優(yōu)化工藝過程提供了理論基礎。聚合氯化鋁鐵聚合氯化鋁是一種無機高分子混凝劑，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、電荷較高的無機高分子水處理藥劑）的特點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、異相凝聚和補綴作用幾種形式來實現(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、多孔的團塊。絮凝作用主要通過橋聯(lián)絮凝作用和網(wǎng)絡絮凝作用兩種形式來實現(xiàn)。

　　B、助濾劑
由于紙料的脫水過程會直接影響紙張的質(zhì)量和紙機的運行性能，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，它將會嚴重影響到紙機操作控制及成紙質(zhì)量。實踐證明，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，因為即使少量的陰離子纖維降解產(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，還可以吸附帶有負電荷的填料和細小纖維，使它們更多地留著在紙頁內(nèi)部；與其他有機聚合物的協(xié)同作用可以有效地提高細料的留著率，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。