表面施膠型 AKD乳液的生產(chǎn)工藝控制

邢仁衛(wèi) 彭翠翠 陳夫山

(1.壽光蔡倫申興精細化工有限公司,山東壽光,262700;2.青島科技大學,山東青島,266042)

表面施膠型 AKD乳液的生產(chǎn)工藝控制

邢仁衛(wèi)1彭翠翠1陳夫山2

(1.壽光蔡倫申興精細化工有限公司,山東壽光,262700;2.青島科技大學,山東青島,266042)

闡述了AKD乳液型表面施膠劑具體的生產(chǎn)工藝控制,對每步生產(chǎn)工藝均進行了詳細的介紹。實踐表明,AKD蠟粉的改性過程中需要注意避免其與水的接觸,從而避免 AKD水解反應(yīng)的發(fā)生;AKD的熔融需要在密閉環(huán)境中進行,避免與空氣中水分的接觸,只有嚴格按照生產(chǎn)工藝生產(chǎn),才能生產(chǎn)出效果良好的AKD表面施膠劑。

表面施膠;AKD乳液;生產(chǎn);工藝

表面施膠劑主要包括改性淀粉、聚乙烯醇和共聚型產(chǎn)品,而共聚型產(chǎn)品有更好的使用效果,國內(nèi)外對共聚型產(chǎn)品的開發(fā)研究也較多[1-5]。為了適應(yīng)降低成本、提高瓦楞原紙以及箱紙板的抗水效果,人們將AKD乳液從漿內(nèi)添加轉(zhuǎn)移到表面施膠,形成一種專門提高抗水性的表面施膠劑。

新型表面施膠型AKD乳液具有很高的熟化速度,應(yīng)用于高強瓦楞原紙時一般下機 40 min后就達到全部施膠效果的 85%以上,復卷完成后基本上能夠達到其全部的抗水效果。這種新型表面施膠型 AKD乳液與漿內(nèi)添加乳液不同,生產(chǎn)上要嚴格執(zhí)行工藝要求,任何一點的差錯都有可能得不到合格的產(chǎn)品。本文介紹生產(chǎn)上的幾點經(jīng)驗,希望能對提高該種產(chǎn)品的質(zhì)量有一定的借鑒意義。

1 生產(chǎn)工藝流程

表面施膠型 AKD乳液與漿內(nèi)添加 AKD乳液不同,需要先對 AKD蠟粉進行改性,后續(xù)工藝相似,但是各步驟的要求又不一樣,現(xiàn)將大體工藝列出如下:AKD蠟粉改性→改性蠟粉的熔融→乳化劑的加入→高速攪拌→熱水的加入→均質(zhì)→快速冷卻→出料,即為產(chǎn)品。

2 生產(chǎn)工藝控制

2.1 AKD蠟粉的改性

AKD即烷基烯酮二聚體,它的分子中有 1個內(nèi)酯環(huán)和 2個烷基側(cè)鏈,是一種不飽和內(nèi)酯,熔點為40～50℃,外觀為蠟狀固體,在 65.5℃以上極易水解生成酮,應(yīng)在低溫下保存,不宜長期存放。AKD的化學結(jié)構(gòu)具有兩個特點:①擁有長碳憎液性能的官能團,即起施膠作用的基團;②擁有能與纖維素鍵合的反應(yīng)基,能與纖維素發(fā)生作用,形成酯基,取得一定的施膠效果,但反應(yīng)基也能與水反應(yīng),生成無施膠作用的水解物,影響施膠效果。根據(jù) AKD的這種結(jié)構(gòu)特點,為了使 AKD熟化速度加快,需要先對其進行改性。所選擇的改性劑應(yīng)滿足兩個條件,一是具有能夠跟 AKD內(nèi)酯環(huán)反應(yīng)的基團;二是具有陽離子基團,能夠跟纖維直接結(jié)合。促進 AKD施膠熟化的機理為:能夠跟AKD的內(nèi)酯環(huán)反應(yīng)的基團先跟AK D反應(yīng),使其預先酯化,成為抗水基團,表現(xiàn)出施膠效果。在表面施膠時依靠改性劑的陽離子基團吸附于纖維之上,抗水基團朝上翻轉(zhuǎn),無需再與纖維反應(yīng)就表現(xiàn)出一定的抗水性,最終表現(xiàn)為施膠的熟化速度加快。

AKD改性中水的影響比較大,在實驗室小試驗時加入不同量的水進行 AKD改性,制成乳液后進行表面施膠實驗,具體結(jié)果如圖1所示。

圖1 AKD改性過程中水分的影響

由于AKD膠粒的反應(yīng)官能團是內(nèi)酯環(huán),因此它除與纖維素羥基反應(yīng)外,還與水發(fā)生反應(yīng)使 AKD水解,最后的水解產(chǎn)物二烷基酮是一種穩(wěn)定的蠟狀固體。這種酮與AKD相比沒有施膠效果,最新研究表明[6]:AKD和酮在玻璃表面具有較強的吸附能力,在纖維素表面 AKD有較強的吸附力,而酮則表現(xiàn)出較弱的吸附能力。酮在纖維表面的擴散方式說明它在纖維素表面的分子取向是不適合施膠的。圖1說明,水的參與確實會降低 AKD乳液的最終應(yīng)用效果,因此,蠟粉與改性劑進行反應(yīng)時必須杜絕水的參與,反應(yīng)開始階段將周圍環(huán)境徹底干燥,反應(yīng)釜先升溫到110℃,同時開動攪拌,將釜內(nèi)所有的水分蒸干,然后降溫到 90℃時加入蠟粉和改性劑,反應(yīng) 0.5 h后進入下一道工序。

另外,蠟粉與改性劑的反應(yīng)溫度一定要控制在85～90℃,溫度過低影響反應(yīng)速度,浪費蒸汽能源;溫度過高又會使副反應(yīng)增多,不利于 AKD后續(xù)的施膠應(yīng)用。

2.2 改性AKD蠟粉的熔融

熔融溫度主要影響最終產(chǎn)品的熟化速度,將改性好的 AKD按不同的熔融溫度制得乳液,應(yīng)用于表面施膠時使紙張在 90℃烘箱中烘 1 min后,測其 Cobb值,具體結(jié)果如圖2所示。

圖2 熔融溫度的影響

由圖2可以看出,熔融溫度控制在 85～90℃比較合適,這不同于普通乳液的生產(chǎn)。普通 AKD乳液生產(chǎn)時,蠟粉的熔融溫度控制在 70～75℃,熔融釜大多是敞開式的,直接與外界空氣接觸。改性蠟粉的熔融溫度控制在 85～90℃,主要是為了促進 AKD與改性劑繼續(xù)反應(yīng),反應(yīng)越充分,使用改性 AKD生產(chǎn)的表面施膠劑的施膠熟化速度就越快。同時為了防止空氣中的水分進入,發(fā)生多余的副反應(yīng),熔融釜要求密閉。

2.3 乳化劑的加入及初始乳液的形成

為了減少AKD水解現(xiàn)象發(fā)生,需要蒸發(fā)掉乳化劑中的部分水分才能應(yīng)用。實驗室中對乳化劑的固含量進行調(diào)整,然后做成乳液,測定 Cobb值,具體結(jié)果如圖3所示。

圖3 乳化劑固含量的影響

圖3表明,乳化劑固含量增加,最終產(chǎn)品抗水性增強,但增強不是很明顯。為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本,確定乳化劑固含量需要提高至 35%。這樣乳化劑中還存在不少游離水,將乳化劑升溫到 75℃后加入熔融釜,開動高速攪拌,約 10 min后即得白色乳液。

2.4 熱水的加入

上道工序所得乳液為油包水型乳液,只有加入大量水后才能得到最終的水包水型乳液。將升溫到70℃的熱水慢慢加入到反應(yīng)釜中,待 AKD乳液固含量達到 40%時快速加入剩余水,使乳液固含量為28%。在加水過程中一定要將高速攪拌開至最高速,同時反應(yīng)釜溫度一定要維持在 75℃以上。

2.5 均質(zhì)冷凝

形成穩(wěn)定的水包水乳液之后,為了進一步降低其粒徑,進一步增加穩(wěn)定性,必須要過兩遍均質(zhì)機。通過工廠試驗表明,對于同樣性能的高強瓦楞原紙,使用過 2遍均質(zhì)機的 AKD乳液用量比使用過 1遍均質(zhì)機的要少約 20%,因為過均質(zhì)機在減小乳液粒徑的同時,使得乳液的粒徑變得更小更均勻,比表面積更大。

均質(zhì)完后就開始冷凝,由于表面施膠型 AKD固含量有 20%、18%、15%、13%幾種,上述工序完成后還有部分水沒有加入,冷凝前先要迅速加入剩余冷水,然后再通過冷凝片快速冷凝。工廠試驗表明,冷凝速度越快,表面施膠劑的效果越好。

2.6 出料

乳液制成后即可出料,出料時要通過 200目的濾網(wǎng)過濾,過濾后的乳液要盡量緩緩的放入儲存罐(桶),防止產(chǎn)生氣泡。

3 小 結(jié)

表面施膠型 AKD乳液不同于漿內(nèi)添加型乳液,其生產(chǎn)一定不要按照原先的工藝進行。通過實驗研究,表面施膠型 AKD生產(chǎn)中值得注意的是:在進行AKD改性時要嚴格控制反應(yīng)溫度為 85～90℃;密閉操作,嚴防空氣中水分的進入;熔融蠟粉的溫度在85～90℃之間;使用高固含量的乳化劑對最終的施膠熟化有一定的貢獻;添加熱水時注意 AKD的轉(zhuǎn)相過程,添加速度由慢到快,攪拌速度由低到高;最后均質(zhì)時,最好過 2遍均質(zhì)機;出料時必須用 200目的濾網(wǎng)進行過濾。上述工藝必須嚴格執(zhí)行,否則產(chǎn)品用量就會大增,熟化速度降低。

[1] 靳光秀,沈一丁.苯乙烯馬來酸單酯共聚物乳液表面施膠劑的成與應(yīng)用[J].中國造紙,2004,23(3):5.

[2] 雷永華,應(yīng)用合成聚合物表面施膠劑提高紙板抗水性的生產(chǎn)踐[J].造紙科學與技術(shù),2004,23(4):55.

[3] Furunaga,Toshikatsu,Yamanaka,et al.Surface sizing agent and recording paper comprising same[P].US:6423182,2002-07-23.

[4] Betremieux,Usseaux,Stoph,et al.Hydrophobic cationic dispersions stabilized by low molecularweightmaleimide copolymers forpaper sizing:US,6830657[P].2004-12-04.

[5] Isoqai,Akira.Research topics in internal and surface sizing[J].Japanese Journal of Paper Technology,2004,7:36.

[6] Wei Shen.An experimental investigation of the redistribution behavior of alkylketene dimmers and their corresponding ketenes[J].Colloids and Surface,2003(212):197.

The Control of AKD Surface Sizing Agent Production Technology

X ING Ren-wei1,＊PENG Cui-cui1CHEN Fu-shan2
(1.Shouguang Cailun Shenxing Fine Chem ical Co.,Ltd.,Shouguang,Shandong Province,262700;2.Q ingdao University of Science&Technology,Q ingdao,Shandong Province,266042)

In this article,the control of AKD surface sizing agent production technology,such as the modification of AKD wax requires to keep off the water in order to prevent from hydrolysis;the melting ofAKD requires a close environment to keep off the water in order to prepare an efficientAKD surface sizing agent,was discussed in detail.

surface sizing;AKD emulsion;production;production technology

TS753.9

B

0254-508X(2010)04-0059-03

邢仁衛(wèi)先生,博士;壽光蔡倫申興精細化工有限公司造紙化學品研發(fā)中心主任;主要研究方向為造紙化學品。

(＊E-mail:xingrenwei007@163.com)

2009-11-26(修改稿)

(責任編輯:馬 忻)