造紙系統的電荷是建立在濕部化學的基礎上的,通常用來解釋濕部現象的變化。造紙工作者和化學品供應商都相信漿料的電荷在抄紙過程中是重要的因素,對濕部添加劑的效率有很大的影響。因此,電荷分析在多數工廠就變得非常普遍,也經常被化學品供應商用于濕部檢測以使過程優化。但是,盡管電荷測定得到了認同和普遍的應用,但是很少有工廠能根據電荷的變動來控制濕部的操作。

　　1　系統的電荷

　　纖維、細小纖維、填料、助留劑、干強劑、濕強劑、木素、半纖維素、分散劑、鋁礬等等不論是分散的顆粒還是溶解的分子都帶有一定的靜電荷,其主要有表面吸附電荷和電離電荷。主要包括造紙纖維和細小纖維的電離電荷、顏料和填料表面吸附的電荷、聚合電解質的電離電荷。抄紙系統的電荷來自纖維素纖維的離子基團,來自于制漿和造紙的不同階段引入系統的離子化學添加劑,漿料由于其電荷顯示了一定的電動性能。自20世紀70年代起,許多研究者在此領域進行了深入的研究,許多造紙工作者認為零Zata電位對絮聚和留著是最理想的狀態。電荷控制可產生的效益為:減少紙頁的斷頭時間、有效的化學品的使用量、更均勻的紙產品。

　　2　電荷分析的方法

　　通常有兩種類型的技術進行電荷分析:一種是通過漿料的電動特性測量電位,另一種是電荷滴定來測量漿料的電荷數量。電位方法包括微電泳、電滲析、滲透電位和流動電位。前兩種方法測量固相或液相的相對運動,固相或液相的相對運動由一個電場產生;后兩種方法電位的產生是由于移動的固相或液相產生,結果以微伏計。其中以微電泳方法最簡單也最為常用。滴定方法測電荷需求滴定和膠體滴定比率(ＣＴＲ)。用一個聚離子的相反電荷且已知其電荷密度的物質來滴定漿料。

　　電荷需求滴定的結果以每升的毫當量來表示,電荷滴定比率也可以用陽離子和陰離子的比來表示,所測數值小于1表示漿料為純陰性。電位測量方法測得的是漿料中離子表面的電荷。在這個范疇內,微電泳測量細小纖維的電荷,流動電位決定整個漿料的電荷(細小纖維和纖維)。另外,電荷滴定測量的是整體的電荷,比如微粒的電荷和溶液中的電荷。

　　多數方法都是建立在假設的基礎上的,電位方法是假設在所有的系統中細小纖維、填料和纖維有同樣的電荷。滴定方法假設帶電的高分子聚合物能夠吸引在吸附在帶相反電荷的表面指導電荷為中性。但是這些假設不一定都很正確。在紙的抄造期間,有許多變量要進行控制。這些變量包括濕部的留著率、濾水性能、紙機的運行性能和紙的性能,每個變量都會受一些參數的影響,所以僅僅依靠控制漿料的電荷不可能維持較好的生產水平。

　　即使是絮聚過程——受漿料電荷的影響最大——普遍認為太多的陰電荷會影響陽離子助劑的效果,因此需要加入一定量的絮凝劑來減少陰電荷的影響。以前的多數助留助濾理論都是建立在絮聚機理是由電荷互相作用的基礎上的,正如ＤＬＶＯ理論所描述的,零Zata電位能夠提供最大程度的微粒間的接近,能夠取得最大程度的留著和助濾。對現在的高速紙機,為了防止剪切作用系統中加入了高分子量的聚合物,這些助留劑的助留作用通過橋聯機理,不需要電荷的中和。對于微粒助留和非離子助留系統,它們之間電動作用不再那么重要。在這些情況下最優的絮聚不能產生或者不在零電荷附近。都能接受的一個觀點就是電荷測量是漿料中干擾物質數量的指示,但不是所有的干擾物質都為陰性。

　　3　在線電荷測量技術

　　在線檢測的一個主要應用是確定網前箱的Zeta電位變化與紙機運行性間的聯系,Zata電位變化越大,紙機運行性能越差。在線電荷需求分析經過10年的發展顯示,在白水的測量中經常不能產生有意義的結果。這其中的一個原因就是白水中包括不同電荷的物質,比如細小纖維、填料和膠溶的陰離子物質。另外,在這樣的一個特殊的檢測點經常檢測不到在白水塔中的中性逆流電荷攜帶物。由于使用更復雜的助留體系的趨勢和廢紙漿回用量增加的趨勢,白水的電荷測量技術失去了其重要的作用。

　　在線電荷檢測技術監控的參數如下:利用Zata電位在化學添加劑加入點前后的變化來確定添加劑與纖維、細纖維的作用情況;損紙漿進入處理設備前后的陽離子需求量和Zeta電位的變化;利用填料中陽離子需求量和Zata電位來確定其平均使用量和離子表面電荷類型。比如在填料、淀粉和固著劑同時加入時就會有一定量的陰離子垃圾,但是不能對單個化學藥品對紙的干強度的影響做出可靠結論。

　　淀粉可能會和陰離子垃圾反應或者固著劑會和纖維反應,在后者的情況下纖維會部分阻塞淀粉的吸收,進而引起干強度的損失,因此沒有人能預測單個化學藥品的反應機理。紙廠的經驗表明:在線的電荷測量設備能很好地用于紙機的抄造過程,特別是在較濃的漿料系統可以沿紙機多個點進行電荷需求的測量。單個過程的測量和電荷需求變動的監測比以前更有效,換句話說在線電荷測量能夠連續監測和控制被檢過程,進入系統的原料的質量變動能夠在較早的階段檢出,能進行更有效的故障排除,這就保證了更有效的紙機操作。在線電荷需求測量用來控制抄紙過程和優化化學試劑的添加量,測量可以在不同的點進行,可以更詳細地對整個過程進行監測。

　　另外,經驗表明將系統保持在一定的陰離子水平是必要的,可以在控制過程中降低陽離子化學品的使用量。造紙濕部的電荷測量非常重要,因為紙料組分的電荷會影響細小纖維留著、填料留著、染色效果、膠料乳化、膠料留著等過程,紙料對化學添加劑的吸附與留著均受靜電荷的影響,所以,紙料組分的靜電荷在許多濕部化學現象中起著關鍵性的作用,測量和控制這些電荷在濕部化學過程控制中是非常關鍵的一項技術。