ポリアクリルアミドが紙パルプの保水性を向上させる仕組み
直接の答え: パルプの保水性を改善するためにポリアクリルアミドが何をするのか
製紙用ポリアクリルアミド (PAM) 化学薬品は、次のような方法でパルプ内の保水性を向上させます。 微粒子、フィブリル、フィラーを繊維に付着させたままにする そしてによって 制御されたマイクロフロックネットワークの形成 湿ったウェブ内で水をより均一に保持します。実際には、パルプスラリーはより予測通りに排出され、シートはより均一に形成され、湿ったウェブは貴重な小さな粒子を「洗い流す」ことなく、脱水縞を減らして走行性を向上させるのに十分な水を保持します。
ウェットエンドの電荷需要とせん断条件に一致するように PAM を選択および投与すると、最も安定したゲインが得られます。典型的な工場試験のターゲットには次のものがあります。 初回パス保持率が 5 ～ 20% 向上 そして プレス固形分が 0.5 ～ 2.0 パーセントポイント増加 PAM プログラムがグレードと装備に合わせて最適化されるとき。
PAMを加えるとなぜ「保水力」が変わるのか
ウェットエンドでは、「保水力」は単一の特性というよりも、水がどのように分配され、放出されるかに関係します。
- 結合水 ：繊維の膨潤とフィブリルに関係する水分（除去しにくい）。
- 間質水 ：成形マット内の粒子と繊維の間に閉じ込められた水（排水/プレスによって解放されます）。
- 無料の水 : ワイヤー/プレス生地を通って素早く排出される水。
PAM は、微粒子と充填剤を保持し、フロック構造を変化させることによってバランスを変えます。これにより、フロックが大きくてゼラチン状ではなく、小さくて強く、剪断安定性がある場合には、機械の脱水性を向上させながら、測定された保水性 (特定の点でマットに保持される水の量) を増やすことができます。
メカニズム: ポリアクリルアミドが繊維ネットワーク内でどのように水を保持するか
1) 保水性の微細構造を形成する架橋凝集
高分子量の PAM 鎖は、一度に複数の粒子や繊維に結合し、架橋を形成することができます。適切に調整すると、これらのブリッジは マイクロフロック 制御された方法で地層の均一性を改善し、間質水の保持力を高めます。これにより、ワイヤー上の「チャネリング」が減少し、水が弱い箇所を通って流れ込み、細かい粉が剥ぎ取られます。
2) 微粉やフィラーを固定する静電引力
ほとんどのパルプと充填剤は正味アニオン電荷を帯びています。カチオン性 PAM (CPAM) は、局所的に電荷を中和し、吸着を促進することで付着を改善します。結果は 微粒子とミクロフィブリルのより高い保持力 これにより、パルプマットの比表面積と保水力が増加します。
3) せん断下での「ウォッシュアウト」の減少 (ファンポンプ、クリーナー、アプローチフロー)
効果的な保持プログラムがないと、微粒子や充填剤が分散したままになり、白水とともに失われる可能性があり、完成紙料の保水率が事実上低下します。適切に選択された PAM プログラムによりせん断弾性が向上し、アプローチ システムを通じて微粉が繊維に留まり、ヘッドボックスおよびワイヤー上でより一貫した保水および排水挙動が生成されます。
4) 微粒子との相乗効果により、水を「必要な場所に保持」し、排水すべき場所に放出します。
デュアル システム (PAM ベントナイト/シリカ/マイクロポリマー) は、多くの場合、微細な多孔質フロック ネットワークを形成するため、PAM 単独よりも優れた性能を発揮します。この構造は、排水経路を開いたままにしながら、形成と保持を向上させることができるため、多くの機械が 保持力と脱水安定性が同時に向上します .
パルプの水分保持を最もよくサポートするポリアクリルアミドのタイプはどれですか
| PAMプログラム | 典型的なウェットエンドの役割 | パルプ内の水分保持にどのように影響するか | 通常最適な場所 |
|---|---|---|---|
| カチオン性PAM (CPAM) | 一次保持/排水補助剤 | 微粒子/充填剤の付着を増加させ、マットの保水性と安定性を高めます。 | ほとんどの印刷/執筆、梱包、リサイクル家具 |
| アニオン性PAM (APAM) | カチオンパートナーまたは特定のシステム用の凝固剤/コレクター | 複合体形成により構造を構築できる。保水力はカチオンの需要バランスに依存する | カチオン性デンプン/凝固剤を使用するシステム。いくつかの DIP ライン |
| 両性PAM | 帯電耐性保持助剤 | pH/イオンの変動全体にわたるより堅牢な保水制御 | 可変の完成品、高導電性、頻繁なグレード変更 |
| PAM微粒子（ベントナイト・シリカ） | 高効率の貯留および排水システム | 多孔質のマイクロフロックを生成: 水を均一に保持しながら排水路を維持します | 高速マシン、高フィラー、緻密なフォーメーション仕様 |
選択は「どの PAM か」だけでなく、分子量、電荷密度、エマルションと溶液の形態も考慮します。多くの工場では、一次カチオン性 PAM と微粒子システムを組み合わせて、過剰摂取のリスクを軽減し、形成を維持することで最高の保水安定性が実現されています。
実際の応用: 保水力を守るための投与量、メイクダウン、添加ポイント
典型的な用量範囲（試験の開始点）
- プライマリリテンションCPAM: 0.05～0.30kg/トン (アクティブ) 家具、フィラー、料金の需要に応じて。
- 微粒子 (使用する場合): 頻繁に 0.2～1.0kg/トン (製品ベース)、ヘッドボックスのせん断と白水の閉鎖に合わせて調整されています。
- 上流で凝固剤を使用する場合 (PAM とは別に): PAM が最適化される前に、「アニオン性ゴミ」を減らすように調整します。
メイクダウンと老化：「保水効果がない」ように見えるパフォーマンス低下を避ける
PAM 障害の多くは準備障害です。一般的なベスト プラクティスは、次の時点で準備することです。 0.1～0.5% 溶液（サプライヤーの仕様を確認）、完全な反転（エマルジョンの場合）を確認し、チェーンが完全に水和するように十分なエージング時間を確保します。水和が不十分だとポリマーの有効長が短くなり、ブリッジが減少し、安定した保水力を支えるマイクロフロック構造が弱まります。
追加点の経験則
- 混合が良好だがせん断が極端ではない場合、主 PAM を追加します。多くの場合、システム レイアウトに応じて、マシンのチェスト/ファン ポンプの後に追加します。
- 微粒子を使用する場合は、主せん断ゾーンの後のフロックを「引き締める」ために、後で (ヘッドボックスの近くに) 微粒子を追加します。
- システムのせん断再循環が高い場合は、PAM 添加後の滞留時間を長くしないでください。そうしないと、フロックが壊れて微粒子が放出され、保水安定性が低下する可能性があります。
PAM が保水性を改善していることを証明するために何を測定するか (問題を変えるだけではありません)
保持、脱水、およびシート均一性のインジケーターを組み合わせて使用します。 「より多くの水分が保持される」ことは、それが発生する場所に応じて良い（均一性、安定性）こともあれば悪い（排水が遅い）こともあるため、単一の指標は誤解を招く可能性があります。
| メトリック | それがあなたに伝えること | PAM を最適化した場合の実際的な「良い方向」 |
|---|---|---|
| ファーストパス保持 (FPR) | シート内に残る固形物と白水の量の比較 | ~5 ～ 20% 増加 （代表的な試験対象範囲） |
| 白水の濁り・微粒子の損失 | 微粒子が洗い流されているかどうか（保水能力が損なわれる） | 定常坪量と灰分の減少 |
| 排水応答 (例: フリーネス傾向 / 排水時間) | 成形条件下で水がどのくらいの速さで完成品から出るか | より安定し、家具の揺れの影響を受けにくくなります |
| プレスソリッド | プレス時にどれくらいの水分が除去されるのか | 0.5～2.0ポイント 通常、滞留/排水が安定している場合に達成可能です |
| 形成・二面性 | 繊維/微粉分布の均一性 (局所的な水分保持に影響) | 定着率が向上する一方で、改善するかニュートラルな状態を維持します |
一般的な故障モードとその修正方法
過剰摂取: 保水力は上昇しますが、排水と地層は損なわれます。
PAM が多すぎると、水を捕らえて真空/加圧下で崩壊する大きな圧縮性フロックが生成され、排水の遅れ、形成不良、シート欠陥が発生する可能性があります。典型的な修正は次のとおりです。 PAMの投与量を減らす そして/or move to a PAM微粒子 フロックをかさばらずに引き締めるアプローチ。
間違った電荷密度: 不十分な吸着、不安定な保持、一貫性のない水分保持
ポリマーがシステムの電荷需要と一致しない場合（リサイクル繊維汚染物質、充填剤、溶解有機物、導電率の影響により）、微粒子が固定されずに水相に残る可能性があります。電荷密度を調整したり、上流に凝固剤を追加したり、両性 PAM に切り替えたりすると、結果が安定することがよくあります。
せん断破壊: ポリマーの添加が早すぎるか、極度のせん断が加えられる
高分子量 PAM は機械的劣化を受けやすいです。高せん断ゾーンの前に添加すると、有効鎖長が短くなり、架橋効率が低下し、フロックが弱くなり、微粉保持力が低下します。添加点をより低い剪断力の位置に移動すると、投与量を増やすことなく性能を回復できます。
ひどい補填: 「PAM を追加しましたが、何も起こりませんでした」
不完全な反転、不正確な濃度、硬水の相互作用、または不十分な熟成時間はすべて、ポリマーの伸長を制限する可能性があります。修正は手順に基づいて行われます。希釈水の品質、混合エネルギー、熟成時間、飼料の安定性を検証します。多くの場合、製剤を改善すると、副作用を伴うことなく、投与量を増やすのと同じ効果が得られます。
試験結果の例: マシン上での「保水性の向上」がどのように見えるか
以下は、製紙用ポリアクリルアミドが有益な方法でパルプ内の保水性を改善していることを確認するために多くの工場で使用されている前後パターンのタイプを示しています (値は一般的な試験目標を表しており、使用する完成紙料と機械で検証する必要があります)。
- 初回パスの保持率が最大 60% から最大 70% に増加します ( ～10ポイント )、一方、白水の濁度は安定した生産速度で低下します。
- ウェットエンドの安定性が向上します。微細粒子の洗い流しが減少するため、排水縞が減り、坪量の変動が少なくなります。
- プレス固形物が上昇する ～0.5～2.0% 、乾燥機の蒸気需要を低減し、シート強度の一貫性を向上させます。
- フロックを制御すると（マイクロフロック戦略）、形成が安定したままになるか改善され、大きなフロックの斑点が避けられます。
保持力は向上するが形成が悪化する場合は、通常、フロックが大きすぎるか、圧縮性が高すぎることを示しています。通常、PAM の分子量/電荷密度、用量の調整、または微粒子システムへの移行が最も早い修正です。
要点: PAM を使用してパルプの保水性を向上させるための実際的なルール
製紙用ポリアクリルアミドを使用してパルプの保水性を向上させる最も信頼できる方法は、 多孔質を保つマイクロフロックを加工しながら、最小かつ最も保水性の高い成分（微粒子/フィブリル/フィラー）を保持します。 。このアプローチにより、湿ったウェブの水の分布が安定し、微粉の流出が減少し、予測可能な脱水がサポートされ、より優れた走行性とより安定したシート特性が実現されます。
