抄造工藝參數(shù)對ASA施膠性能的影響

劉建杰，李群，牛立平，丁文慧

（天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，天津市制漿造紙重點實驗室，天津300457）

抄造工藝參數(shù)對ASA施膠性能的影響

劉建杰，李群，牛立平，丁文慧

（天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，天津市制漿造紙重點實驗室，天津300457）

以楊木APMP為原料，重點考察了抄紙漿濃、漿料pH、濕部助劑添加順序、濕部停留時間、壓榨力、壓榨時間、干燥溫度和干燥時間等抄造過程中的工藝參數(shù)對ASA施膠性能的影響。研究結(jié)果表明：抄紙漿濃過高會使手抄片的施膠度下降；漿料的pH對施膠度有很大影響，當(dāng)漿料pH在6～8之間時可以得到較好的施膠效果；濕部助劑添加順序的不同導(dǎo)致施膠度有較大的差異；施膠度隨著

ASA乳液在濕部停留時間的增長而下降；施膠度隨壓榨壓力和壓榨時間的增加而上升，但是上升幅度并不大；手抄片完全干燥后即可得到穩(wěn)定的施膠度，而施膠度受干燥溫度影響很大，溫度越低，施膠度也越低。

烯基琥珀酸酐；中性施膠；抄造工藝

烯基琥珀酸酐（ASA）是一種中/堿性施膠劑，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，目前在堿性造紙中得到廣泛的應(yīng)用[1]。ASA與紙漿纖維的反應(yīng)活性高，施膠熟化時間短，紙張下機即可取得良好的施膠效果[2-3]，但存在易水解、在纖維上留著率低等缺點[4]。ASA用于施膠前必需先乳化[5-6]，乳化后的ASA乳液需立即使用，防止其水解。紙張施膠效果與ASA乳液的穩(wěn)定性有關(guān)，同時也受到抄造過程工藝參數(shù)的影響和制約[7-8]。

近年來，國內(nèi)APMP制漿技術(shù)發(fā)展迅速，楊木APMP已被普遍用于配抄生產(chǎn)文化用紙、新聞紙、LWC原紙和SC紙等產(chǎn)品[9-10]，在可以預(yù)見的未來，楊木APMP在造紙工業(yè)生產(chǎn)中將會占據(jù)更加重要的位置。

本文詳細研究了以楊木APMP為原料，紙頁抄造過程中漿濃、漿料pH、濕部助劑添加順序、濕部停留時間、壓榨和干燥溫度等抄造工藝參數(shù)對ASA施膠效果的影響，這對研究ASA施膠特性、完善ASA在楊木APMP中的施膠條件、改善其施膠效果、提高ASA內(nèi)部施膠紙張的質(zhì)量和產(chǎn)量，促進ASA在國內(nèi)的應(yīng)用等方面有一定的參考價值。

1 實驗

1.1 原料與藥品

楊木APMP，自制，最終打漿度50°SR；ASA取自工廠；ASA乳化劑，自制；陽離子淀粉（CS），取代度0.05，自制；CPAM，汽巴公司提供；PCC（400目），河北產(chǎn)；氫氧化鈉、鹽酸、硫氰酸銨、三氯化鐵以及其他化學(xué)品均為分析純。

1.2 試驗方法

陽離子淀粉的糊化：稱取一定量的陽離子淀粉加入蒸餾水中，控制濃度，在90℃的恒溫水浴中加熱并不斷的攪拌，保溫20 min后停止攪拌，冷卻至30℃后備用。

CPAM的溶解：稱取一定量的CPAM顆粒加入水中，控制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，在電磁攪拌器上攪拌3 h。

ASA的乳化：將ASA與乳化劑按一定的比例加入到高速攪拌器中并加入一定量的明礬，控制ASA的濃度，并控制一定的溫度與時間，進行乳化。

漿料疏解：取所需質(zhì)量已經(jīng)準(zhǔn)備好的楊木APMP漿料用標(biāo)準(zhǔn)纖維疏解器進行疏解，疏解轉(zhuǎn)數(shù)15 000轉(zhuǎn)。

根據(jù)實驗的安排，改變相應(yīng)工藝參數(shù)進行漿內(nèi)ASA施膠抄紙。助劑的加入順序為：漿料CSASA乳液PCCCPAM。每種助劑加入相隔1 min并不停的攪拌。助劑加入量分別為w（CS）=0.5%（對絕干漿，下同），w（ASA）=0.2%，w（PCC）=15%，w（CPAM）=0.03%。

手抄片的抄造：抄片漿濃0.25%，定量60 g/m2，壓榨壓力1.06 MPa，壓榨時間7 min（正面5 min，反面2 min），真空干燥溫度95℃，時間5 min，取出后放進電熱鼓風(fēng)干燥箱（105℃）干燥20 min進行熟化。實驗過程中除改變相應(yīng)參數(shù)之外，其他參數(shù)保持不變。

按GB/T 460—2008標(biāo)準(zhǔn)（液體滲透法）對手抄片進行施膠度測定，并分析結(jié)果。

緊度的測定：按GB/T 451.2—2002測定手抄片的定量，按GB/T 451.3—2002測定手抄片的厚度，根據(jù)定量與厚度計算手抄片的緊度，計算公式為：ρ=g/（1 000×δ），其中：ρ表示緊度，單位g/cm3；g表示定量，單位g/m2；δ表示厚度，單位mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 抄紙漿濃對ASA施膠效果的影響

稱取實驗所需的楊木APMP漿料，控制一定濃度進行疏解，只改變抄紙前的漿濃，其他條件不變。成紙后測定手抄片施膠度，實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 抄紙漿濃對ASA施膠效果的影響

從圖1可知，抄紙漿濃對ASA的施膠效果有很大影響。在抄紙漿濃為0.15%時，施膠度為53.5 s，抄紙漿濃為0.20%時，施膠度為最高54.1 s，抄紙漿濃繼續(xù)增加，施膠度則明顯下降，而當(dāng)抄紙漿濃為1.00%時，施膠度降到了38.4 s。所以，用ASA施膠要想取得較好的施膠效果，需要對抄紙漿濃進行控制。抄紙漿濃過低或過高都不利于ASA的施膠，抄紙漿濃過低，加入ASA后，ASA不易吸附在纖維上，而且很容易水解，進而影響ASA的施膠效果；抄紙漿濃過高時，ASA不能和漿料混合均勻，致使ASA不能均勻有效地吸附在纖維上，從而導(dǎo)致ASA的施膠效果大大下降。

2.2 漿料pH對ASA施膠效果的影響

稱取一定量疏解好的漿料，在不斷攪拌的情況下向漿料中緩慢加入已配好的HCl溶液或NaOH溶液，調(diào)節(jié)漿料的pH，調(diào)節(jié)好pH后，按實驗步驟加入助劑，然后抄片。實驗檢測結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH對ASA施膠效果的影響

由圖2可知，對于楊木APMP的ASA施膠來說，漿料pH對ASA施膠有非常大的影響，其最適pH范圍為6.0～8.0。在漿料的pH太低或太高時ASA的施膠效果均不理想。ASA分子易與纖維上的羥基作用固著在纖維上從而產(chǎn)生施膠效果,而與水分子作用則發(fā)生水解反應(yīng)。造紙系統(tǒng)pH在6.0～8.0范圍ASA的反應(yīng)活性很大，同時在此pH下，紙漿中加入的另一個主要組分PCC填料，負電性最小，也即PCC對ASA的吸附量最低。pH太低時，施膠劑的化學(xué)反應(yīng)速度比較慢，pH過低，會引起假施膠，并且部分CaCO3發(fā)生分解，造成系統(tǒng)泡沫增多，紙病增多，從而降低ASA施膠效果。當(dāng)pH大于8時，手抄片的施膠度開始下降，因為CaCO3對具有相反電荷物質(zhì)的吸附能力迅速上升，pH過高，ASA膠粒的陽電性能也受到影響，對顯負電性漿料的吸附能力有所削弱；并且有更多的ASA漿料吸附到CaCO3填料上，CaCO3填料的流失也導(dǎo)致ASA留著的降低，從而降低ASA的施膠效果。同時pH過高，纖維的反應(yīng)活性也受到較大影響，也會造成ASA施膠效果的下降。

2.3 濕部助劑添加順序?qū)SA施膠效果的影響

添加濕部助劑時按照表1的順序添加，改變助劑的加入順序抄造手抄片，其他條件不變。測定成紙施膠度，實驗結(jié)果如圖3所示。

表1 濕部助劑加入順序表

圖3 濕部助劑添加順序?qū)SA施膠效果的影響

由圖3可知，助劑填料的加入順序?qū)κ殖氖┠z度也有很大影響，按1、4和5號的加入順序手抄片獲得了較高的施膠度，2和3號的添加順序與其他3組相比獲得的施膠度偏低。其中5號加入順序的施膠度最高，2號加入順序的施膠度最低。這是因為楊木APMP漿料中含有較多的細小組分和陰離子垃圾等物質(zhì)，這些物質(zhì)與加入的填料具有較大的比表面積，對施膠劑的吸附能力比纖維大得多，在加入ASA之前不加任何陽離子助劑處理漿料，大部分的ASA會優(yōu)先吸附在細小組分和填料上，而細小組分等的流失會導(dǎo)致ASA大量的流失，使得ASA的留著下降，也致使ASA不能很好地分布在長纖維上，從而施膠度偏低，也就是圖中2和3的結(jié)果。1、4和5號在加ASA之前，都加了陽離子淀粉，陽離子淀粉的加入首先中和了漿料中大部分細小組分和陰離子垃圾等的負電性，使這些細小組分對ASA的吸附能力降低，從而使大部分的ASA都較好地吸附在纖維上，提高了ASA的留著率。另外，對于4和5號，ASA加完后很快就進行了抄紙，由于ASA的水解速率比較快，ASA水解后生成的ASA酸是反施膠劑，所以ASA在漿料體系中的停留時間較短，與其他添加方式相比，這樣避免了ASA的過多水解，從而也有利于ASA的施膠。

2.4 ASA在濕部的停留時間對施膠效果的影響

改變ASA在濕部的停留時間抄造手抄片，其他條件不變。加入ASA后，在不斷的攪拌下，延長ASA在漿料體系中的停留時間，時間從2～12 min改變，抄紙后測施膠度，實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 ASA濕部停留時間對施膠效果的影響

由圖4可知，ASA在濕部停留的時間對ASA的施膠效率也有一定的影響。隨著ASA在濕部停留時間的增加，施膠度呈下降趨勢。加入ASA后即刻抄紙，施膠度為51.2 s，而加入ASA停留12 min后再抄紙，施膠度為46.9 s?？梢?，在短時間內(nèi)施膠度就有所降低了，這說明ASA在漿料中極易水解，需在靠近上網(wǎng)處加入，以減少ASA在濕部的停留時間，防止其水解。由于ASA是反應(yīng)型施膠劑，化學(xué)性質(zhì)比較活潑，乳液保留時間短，易水解，所以ASA乳液隨著在濕部停留時間的增加，ASA的水解加劇，最終導(dǎo)致施膠度有所下降。

2.5 壓榨對施膠效果的影響

首先改變壓榨壓力抄造手抄片，其他條件都保持不變。壓榨壓力從0 MPa變化到3.0 MPa，測定手抄片的施膠度，實驗結(jié)果如圖5（a）所示；再改變壓榨時間抄造手抄片，其他條件都保持不變，壓榨時間從1 min到6 min改變。測定手抄片的施膠度，實驗結(jié)果如圖5（b）所示。

從圖5（a）中可以看出，隨著壓榨壓力的增大，手抄片的施膠度與緊度都有所上升，但上升趨勢不是很大。在壓榨壓力為0 MPa時，施膠度為44.1 s，緊度為0.44 g/cm3；而在壓榨壓力為0.5 MPa時，手抄片施膠度為49.2 s，上升了5.1 s，緊度為0.45 g/cm3，也有所增加。從壓力為1.5 MPa開始再增加，施膠度已基本不會變，但緊度稍有增加。說明手抄片開始的壓榨對施膠有一定幫助，這可能是因為經(jīng)過壓榨后的手抄片水分迅速減少，增加了ASA與纖維的接觸，使得ASA更易與纖維素發(fā)生反應(yīng)，從而獲得較好的施膠效果。同時，壓榨會使手抄片緊度提高，手抄片緊度的提高使得纖維間的結(jié)合更加緊密，手抄片的松厚度下降，這對提高ASA的施膠效果也是有幫助的。從圖5（b）可以看出，隨著壓榨時間的增長，緊度有所上升，施膠度也有所上升，但上升幅度很小，可知對于ASA施膠來說，有一定的壓力即可以提升部分施膠度，而壓榨時間對施膠度沒有明顯的影響。

圖5 壓榨壓力和壓榨時間對ASA施膠效果的影響

2.6 干燥溫度對ASA施膠效果的影響

改變干燥溫度，其他條件不變抄造手抄片。紙片成形壓榨后，2組分別放在105℃、75℃烘箱中干燥，一組放在25℃恒溫環(huán)境下干燥，另外一組在-50℃下冷凍干燥，等其完全干燥后測定施膠度，實驗結(jié)果如圖6示。

圖6 干燥溫度對ASA施膠效果的影響

從圖6可以看出，干燥溫度對ASA施膠有很大的影響。隨著干燥溫度的下降施膠度也隨之降低，而在冷凍干燥的情況下，手抄片就沒有了施膠度。這是因為ASA與纖維素羥基的酯化反應(yīng)需要在一定溫度下才能進行，較高的干燥溫度有利于ASA與纖維的結(jié)合，從而有較高的施膠速率和較好的施膠效果。所以用ASA施膠時要盡量保證較高的干燥溫度，這樣有利于ASA的快速融熔擴散，使其分布得更均勻、與纖維反應(yīng)得更快、排列得更有序，ASA內(nèi)酯環(huán)與纖維素羥基的酯化反應(yīng)隨溫度的升高而加速，在較高的溫度下干燥手抄片，將獲得較高的施膠效率和最高的施膠度。

2.7 干燥時間對ASA施膠效果的影響

稱取一定量疏解好的楊木APMP漿料，按照實驗操作過程進行抄片，只改變干燥時間，其他條件不變。抄好的手抄片先真空干燥5 min，然后放105℃烘箱干燥，時間依次是5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min和35 min，檢測施膠度，實驗結(jié)果如圖7示。

圖7 干燥時間對ASA施膠效果的影響

從圖7可以看出，真空干燥器干燥5 min后的手抄片就已經(jīng)具有了施膠度，但施膠度相對較低，這是因為手抄片取出時還沒有被完全干燥。接著放烘箱干燥5 min后，施膠度從35.8 s提高到51.9 s，而且隨干燥時間的延長，施膠度幾乎沒有變化。說明手抄片完全干燥后ASA也完成了施膠過程，這說明ASA的熟化速率較快。由于ASA與纖維素羥基的酯化反應(yīng)需要在一定溫度和一定時間內(nèi)才能完成，所以手抄片的干燥時間也影響ASA的施膠速率和效應(yīng)。在烘干過程中，如果干燥時間過短，手抄片水分過高，會影響ASA與纖維之間的反應(yīng)；反之，干燥時間越長，手抄片水分越低，參加反應(yīng)的ASA就越多。在相同干燥溫度下，隨著干燥時間的增加，紙張中的水分越來越少，紙張中參加反應(yīng)的ASA越來越多，使紙張施膠度不斷上升，直到留著在紙張中的ASA全部參加了反應(yīng)，紙張施膠度不再上升。且由于ASA不像AKD具有可逆施膠的效果，紙張施膠度達到最高后不會隨著時間的增加而有所下降。

3 結(jié)論

（1）手抄片施膠度隨著抄紙漿濃的上升而下降，抄紙漿濃過低或過高都不利于ASA的施膠。漿料pH對紙張施膠度影響較大，在pH為6.0～8.0時，ASA的施膠效果較好。濕部助劑的添加順序?qū)钅続PMP的ASA施膠影響也很大，在漿料中先加入ASA不利于施膠，在加入ASA之前加入陽離子淀粉有利于提高ASA的施膠效率。

（2）ASA乳液在濕部停留時間越長，由于ASA的水解作用使得施膠效率有所下降。因此ASA乳液應(yīng)該在靠近上網(wǎng)處加入，以減少ASA在濕部的停留時間，防止其水解。

（3）手抄片施膠度和緊度都隨壓榨壓力的增加而上升，但上升幅度不大，壓榨時間對施膠度幾乎沒有影響。干燥溫度對ASA的施膠效率影響較大，干燥溫度越高施膠效果越好，而干燥時間對手抄片施膠度影響不大，手抄片在完全干燥后就得到了穩(wěn)定的施膠度。

ASA的使用提高了紙張產(chǎn)品質(zhì)量，以及紙漿的回抄利用并且延長了紙機設(shè)備使用壽命等，滿足市場的需要，更適宜大型化、連續(xù)化造紙企業(yè)的生產(chǎn)，符合國內(nèi)造紙行業(yè)發(fā)展方向，相信ASA中性施膠劑在今后造紙工業(yè)中將會有更加廣闊的應(yīng)用前景。

［1］李有金，任其龍，唐鵬飛，等.ASA新型乳化劑的制備及應(yīng)用［J］.中國造紙，2007，26（1）：11-14.

［2］劉成良，劉春景，王進.ASA施膠過程中的工藝控制［J］.中國造紙，2008，27（8）：77-79.

［3］鄭博文.造紙中性施膠劑ASA的制備、產(chǎn)品性能及應(yīng)用［J］.中國造紙，1989，8（8）：22-27.

［4］曹春昱.造紙中性施膠劑——烯烴基琥珀酸酐（ASA）［J］.中國造紙，2002，21（3）：61-64.

［5］于得海，劉溫霞.膨潤土與氫氧化鎂鋁聯(lián)合乳化ASA及其施膠性能［J］.中國造紙，2009，28（6）：26-29.

［6］Frank HConsart.Problemswith ASA sizing［C］.TAPPI，1989 Paper Makers Conference：99-102.

［7］關(guān)穎，李大力，穆軍.陽離子淀粉對ASA乳化的影響［J］.中國造紙，2002，21(5)：17.

［8］James EMaher.ASA sizes are highly effective，versatile for alkalinepapermaking［J］.Pulp&Paper，1983，57（6）：118.

［9］唐艷軍，劉秉鉞.APMP的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.中國造紙，2004，23（2）：50.

［10］Xu E C，Sabourin M J.Process selection for chemimechanical pulping of aspen［J］.Pulp&Paper Canada，2002，103（3）：36.

Effect of Papermaking Process Parameters on Sizing Performance of ASA

LIU Jian-jie，LIQun，NIU Li-ping，DINGWen-hui
（Tianjin Key Laboratory of Pulp and Paper，SchoolofMaterials Science&Chemical Engineering，Tianjin University of Science&Technology，Tianjin 300457，China）

The influences of papermaking process parameters，which included paper furnish concentration，pH，adding sequence ofwetend additives，residence time of ASA in wetend，press nip pressure，pressing time，drying temperature and drying time，on the sizing performance of ASA were investigated in this paper.The results showed that high paper furnish concentration resulted in the reduction of ASA sizing performance.The pH showed significant influence on the ASA sizing：the sizing degree was higherwhen the pH valuewas in the range of 6 to 8. The different adding sequence ofwet end additives gave different sizing responds.Increasing the residence time of ASA in wet end.lowered the sizing performance of ASA.As the nip pressure and pressing time increased，the sizing degree of ASA sized paper also increased，but the range of variation was not large.After being dried，a paper with stable sizing degree could be obtained.The drying temperature also had a great impact on ASA sizing.Lower drying temperature resulted in paperwith lower sizing degree.

ASA；neutral sizing；papermaking process

book=4,ebook=84

TS727.5

A 文獻標(biāo)識碼：1007-2225（2010）02-0005-06

劉建杰先生（1984-），在讀碩士；主要從事清潔制漿與造紙助劑和濕部化學(xué)方面的研究；E-mail：liujianjie2008@126.com。

2009-11-25（修回）

本研究得到浙江省自然科學(xué)基金“纖維素非勻相酯醚化反應(yīng)性與紙頁施膠時的物理化學(xué)原理”項目（編號：Y406226）的資助

本文文獻格式：劉建杰，李群，牛立平，等.抄造工藝參數(shù)對ASA施膠性能的影響[J].造紙化學(xué)品2010，22，（2）：5-9,67.