传统单元聚合物助留系统或双元聚合物助留系统相比，微粒助留系统能提供更好的助留、滤水作用和良好的纸张匀度。
微粒助留系统的种类、作用机理和概述
微粒助留系统的种类
商品微粒助留系统主要分为3类：
二氧化硅微粒助留系统包括非结构二氧化硅微粒凝胶(球形，直径5 nm，表面积500~800m2/g)和聚二氧化硅微粒凝胶(球形，直径1~3nm，链长40nm，表面积1200~1400m2／g)；与阳离子淀粉和／或阳离子聚合物共用。
膨润土微粒助留系统由蒙脱石片晶(0.9nm×100nm×300nm)组成，表面积700~800m2/g；在水中形成水合物；多数情况下与阳离子聚合物和Al2(SO4)3，共用。
微聚合物助留系统微聚合物为高度交联的阴离子聚合物微细小球；通常与水溶性的阴离子絮凝混合，然后再与阳离子聚合物和Al2(SO4)3共用。
微粒助留系统的作用机理
微粒助留系统一般使用2种组分：高分子质量的阳离子聚合物(如阳离子聚丙烯酰胺)和阴离子无机粒子或阴离子微聚合物。微粒助留系统的作用机理为：在压力筛前先加入高分子质量的阳离子聚合物(通常为阳离子聚丙烯酰胺)，使体系过度絮聚，然后利用冲浆泵和／或压力筛的高剪切力打碎浆料中高度絮聚的凝聚物，使之变小，再加入阴离子胶体二氧化硅或膨润土或微聚合物，以便将凝聚物重组变成超絮凝结构(如图1)。微粒的这些作用显著提高了助留、滤水效果，进而改善纸机生产能力和纸张质量。
微粒助留系统的概述
微粒助留系统中作为第1组分的阳离子聚合物常为阳离子聚丙烯酰胺，第2组分即阴离子粒子或阴离子微聚合物使得微粒助留系统的产品价格及使用性能有所不同。
二氧化硅系统
20世纪80年代初由依卡诺贝尔化学品公司开发应用。在纸机上应用的第1代胶体二氧化硅为球状，平均直径5nm，表面积500～800m2／g，表面带强负电荷。新近开发的结构聚二氧化硅微粒凝胶表面积达1200～1400m2／g，因此在相同用量下，与第l代胶体二氧化硅相比，其提高助留、滤水的效果更明显。
在高级纸和纸板的生产过程中，由于填料和原生纤维含量高且需保持纸产品的强度性能，因此，胶体二氧化硅系统最初被应用于高级纸和纸板机，随后该系统在碱性／中性施胶纸机和未施胶纸机中广泛应用。该系统现在可用于新闻纸、低定量涂布纸、箱纸板、瓦楞原纸和漂白纸板等生产过程中，其特点是可显著改善网部、真空部和压榨部的助留、滤水性能，从而降低蒸汽用量，提高纸机车速和改善纸张匀度。
膨润土系统
膨润土与胶体二氧化硅有许多相似之处。膨润土在水中水化后其表面积大大增加，可达800m2／g，并且有很高的阴离子表面电荷。
膨润土性能独特之处是可以作为湿部有效的净化剂，在其表面吸附阴离子和非离子胶体物质，从而降低湿部树脂和其他沉积物的含量，改善纸机运转性能和生产能力。因此，膨润土微粒助留系统在带有封闭白水系统且使用回用纤维或机械浆的纸厂获得更为广泛的应用。多数情况下，膨润土微粒助留系统与阳离子聚丙烯酰胺和硫酸铝共同使用。若不使用硫酸铝，该系统的效果并不是很理想。膨润土微粒助留系统也能提高助留、滤水效果，从而提高纸机生产能力。
微聚合物系统
微聚合物系统于20世纪90年代初发展起来，目的是为了解决二氧化硅和膨润土助留系统过量滤水及成本较高的问题。微聚合物通常是高度交联的，具有亚微的、三维方向受约束的结构态的微细小球状结构，其表面高度阴离子化并具有较高的阴离子电荷。固态微聚合物粒子的粒度为60—80nm，据报道聚合物微乳胶的小液滴的粒度为130nm。
微聚合物通常与水溶性阴离子絮凝剂混合后再与阳离子聚丙烯酰胺和硫酸铝共用。微聚合物助留系统与二氧化硅和膨润土助留系统的作用相似，但其对体系滤水性能的改善却不如它们。
微粒助留系统比较
每种微粒助留系统都有其优点和不足。一般而言，二氧化硅助留系统在洁净体系(低电导率、稍许负电性)中作用很好，但其可适用的湿部pH值范围较窄，滤水性能和纸张匀度难控制，且生产成本高。膨润土系统在电导率高、阴离子垃圾含量高的体系中效果明显。因此，膨润土系统常用于净化湿部和控制封闭白水系统中的树脂；该系统的缺点是成纸白度低，且其需要单独的制备系统。
微聚合物系统由于成本较低和易于控制滤水性能，因此，近年来其应用也在逐渐扩大；此系统的最大缺点是改善滤水性的能力较为有限。表1为上述3种助留系统的比较。
除了上述常用系统外，还有其他微粒助留系统如阳离子微粒助留系统，已在实验室和生产中取得一定的成果。另外，还进行了将阴离子微粒(如二氧化硅或膨润土)与阴离子微聚合物混合作为微粒助留系统的第2组分的实验，并取得了一些成果。但这些系统仍需进一步扩大试验。
微粒助留系统的应用
微粒技术自20世纪80年代初引入以来，显著改善了纸机性能和纸张质量。目前有600多台纸机应用不同的微粒助留系统，其中350台纸机应用二氧化硅微粒助留系统，250台纸机应用膨润土微粒助留系统，还有几台纸机应用微聚合物助留系统或其他改善助留／滤水性能的系统。据大量文献报道，在世界范围内几乎所有主要的商品纸及纸板品种的生产都采用微粒助留系统。
微粒助留系统的优点
与传统单元或双元聚合物助留系统相比，微粒助留系统的成本较高。但许多纸厂发现，应用微粒助留系统可获得许多效益，因此，虽然成本高，但还是值得采用的。微粒助留系统的典型效益主要包括以下3方面：
(1) 纸机运转性能和生产能力
提高网部、真空部和压榨部的滤水性能
降低蒸汽用量或提高纸机车速
净化白水系统，沉积物问题减少
减少湿部断纸
(2) 纸产品质量
改善纸张匀度
纸幅横向定量、水分分布均匀
提高纸张抗张强度和其他物理性能
（3）节约原料
减少蒸汽用量(在纸机车速相同条件下)
减少纤维用量(纸张填料含量增加)
降低湿部淀粉用量
微粒助留系统的选择
不同微粒助留系统的作用原理或机理相同，其化学品加入点也一样(见图4)。应用微粒助留系统面临最大的问题是既要改善助留／滤水性能又要保持纸张匀度良好，因为快速滤水对纸张匀度可能产生负面作用。纸机构造和湿部化学是选择微粒助留系统的非常关键的因素。
机械方面
由于滤水性能改善，为保持或提高纸张匀度，流浆箱浆料浓度应较低，因此，冲浆泵要有额外的能力将较多浆料送至流浆箱。与微聚合物助留系统相比，二氧化硅或膨润土助留系统可能要求冲浆泵有更大的能力。为了保证网部脱水能力，应对长网纸机进行改造，使脱水板能力提高。应对带有顶网或Bel—Bond构型的纸机进行调整，使其从顶网部分也可脱水。真空箱需要进行改造，以应付真空部携带水过量的问题。带有双网成形器的纸机必须在控制好纸张匀度的条件下改善助留效果。
湿部化学方面
微粒助留系统中，阳离子组分(淀粉或聚丙烯酰胺)通过架桥机理使助留系统正常发挥作用。因此，在添加化学品前，将浆料电荷控制在适宜的范围内非常重要。若浆料电荷阴离子性过强，助留作用将受到桥联问题的影响；反之，浆料中过量的阳离子电荷会导致与微粒反应的阳离子聚合物(组分)过量(未被吸附)，从而降低助留效果或引起沉积等问题。浆料电导率是影响微粒助留系统助留效果的另一个重要因素。
一般来说，当湿部电导率较高时，二氧化硅和聚合物助留系统的助留效果不如膨润土助留系统的使用效果。而湿部电导率常受白水中残余硫酸铝(如果存在的话)含量、浆料中回用纤维含量和白水封闭程度的影响。对于不同的微粒助留系统，其适用的最佳pH值范围稍有不同。尽管胶体二氧化硅系统在pH值5的条件下仍能起到助留作用，但该助留系统却在中性／碱性(pH值6—9)条件下助留效果更好；而膨润土助留系统在酸性和碱性(pH值4～9)条件下皆适宜。
由于每种微粒助留系统在不同条件下的作用效果不同，因此，应根据纸机构型和湿部化学等实际情况选择合适的微粒助留系统。实验室动态助留／滤水测定仪对于选择合适的助留系统或优化助留系统及评估助留方案是非常有利的工具。
