紙張是由植物纖維、合成材料和無機物等組成的一個複雜的綜合產品。包括木材、非木材纖維與其他組分、無機與有機填料、天然和合成聚合物助劑(用於施膠、助留和增強等)以及其他為滿足特種紙或特種工藝所需的添加劑。各個配料的留著率大小對紙頁性能、質量以及降低成本與環境汙染效應都有重要意義。
Lodzinski早在1975年出版的《Retention of Fines Solids During Paper Manufacture》一書中,就將留著率定義為“用於描述在一定生產過程中紙頁各組分的留著效率或描述某些物質的留著能力”的專用術語。留著率主要就是描述某些物質在最終產品中的數量與它在若幹最初造紙過程中所存在數量的比例關係。
以後,隨著造紙工業的進步,紙機的生產規模越來越大,車速越來越快,留著率顯得更為重要。許多高級文化用紙廠陸續由酸性抄紙改為堿性抄紙,這使得有可能使用新的廉價填料,於是各類碳酸鈣填料(包括沉澱碳酸鈣、研磨碳酸鈣、白堊粉)開始扮演主角。這類填料除了價格上的優勢外,還可提供為滿足產品更嚴格要求所需的各項性能。例如,最常見的是,我們有時希望同一張紙能同時滿足噴墨打印和靜電複印方麵的需要。
紙頁的填料含量較以前增加了,而且可能還將繼續增加,這給填料留著率問題提出了更高要求。轉向堿性抄紙也使得施膠化學過程發生了改變,例如,烯基琥珀酸酐(ASA)和烷基烯酮二聚體(AKD)等合成膠料取代了傳統的鬆香膠料,成為堿性抄紙的主要施膠劑。它們如何與紙頁的其他組分互起作用以及它們如何在紙頁中留著,對紙頁性能來說也是非常重要的。最後,隨著造紙工作者認識到因留著率低而在環境汙染和產品流失方麵所付出的代價,就更有必要減少從紙廠排出的廢料。所有這些因素綜合起來,使得造紙物料的留著率成為濕部作業中一個最重要的工藝指標。
留著率概念本身很容易了解。該術語一般是指,留著下來作為成紙組成部分的所有懸浮物和溶解物的總和占原先(即濾水前)過程中所含物質總和的比例。根據需要,可將留著率分為單程留著率、真實留著率和綜合留著率三類。為避免造紙工業對留著率的定義產生混亂和爭論,美國造紙協會(TAPPI)曾專門成立一個特別工作組,為造紙工業製定了留著率的標準定義。並公布了一個評估綜合留著率的測試方法(該方法見美國造紙協會公布的TAPPI測試法TAPPI T 269 cm-92 “紙機綜合留著率的評估方法”)。
一個典型的長網造紙機係統,它概括了紙機各部之間的關係。雙網造紙係統雖然成形部有所不同,但基本構成是一樣的。圖中示出的術語將有助於了解下麵所述留著率的定義。
在介紹留著率與留著機理前,下述造紙術語解釋也將有助於了解留著率的定義:
(1)紙料:用於抄紙的含有纖維、細小纖維、填料、幹擾物和各種助劑的水懸浮液。
(2)濃度:是指通過過濾與幹燥手段所測出的紙料中總固形物百分含量。
(3)灰分:是指通過過濾與將可燃物(如纖維、細小纖維和有機添加物)灼燒而測出的紙料中無機固形物百分含量。
(4)細小物質:是指紙料中所含的可通過200目篩(75μm小孔)的細小粒子。它包括細小纖維和填料兩部分,細小纖維規格一般為2~20μm。有不少紙種不添加填料,此時“細小物質”即指細小纖維。
(5)纖維:是指不能通過200目篩的纖維素物質。該物質在抄紙時幾乎全部留著在造紙網上。
(6)損紙:已在紙機上製成的但由於各種原因又返回到濕部的紙張,它與原漿混合後又上網抄造。
(7)白水:所有在抄紙過程中從紙料分離出來的水的總稱。
一、三種留著率術語的定義
(一)單程留著率
單程留著率(或首次留著率)是造紙工作者最常用的留著率術語。它的定義在文獻中有不同的提法,如果不對這些定義仔細分析,就會造成很大誤解和混亂。Lodzinski將單程留著率稱為一定的物料經過流漿箱和造紙網後的留著百分比,常用以表示總懸浮固形物一次性通過的留著情況。Sharpe和Honig將單程留著率稱為“以沉積在網上的數量為基準,留著在紙頁中的物料百分比”,所以有的也稱它為“網上留著率”。Unbehend 和Britt將其正式定義為“在流漿箱中固形物濃度與白水盤中固形物濃度之比”。Kanitz在TAPPI確定留著率定義的一次會議上,建議將單程留著率(fpr)簡單地表述為流漿箱濃度(cH)減去白水盤濃度(cT)再除以流漿箱濃度。其公式如下: