復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑的研發(fā)與應(yīng)用

田成杰，李伯平，李 端

（天津市奧東化工有限公司，天津 300350）

復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑的研發(fā)與應(yīng)用

田成杰，李伯平，李 端

（天津市奧東化工有限公司，天津 300350）

該文介紹了一種新型植物類膠聚合物表面施膠劑的初步研究方法。該施膠劑的成分主要為可再生植物類膠聚合物，此類原料經(jīng)過(guò)一定的化學(xué)改性，合成為植物類膠乙醛樹酯，再?gòu)?fù)合陽(yáng)離子型烷基烯酮二聚體（AKD）乳液，制得植物類膠聚合物表面施膠劑。該施膠劑用于表面施膠，抗水效果良好，成本低廉，是一種新型的表面施膠劑產(chǎn)品，符合國(guó)家相關(guān)低碳環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策。

植物膠；表面施膠劑；烷基烯酮二聚體

1 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)表面施膠劑現(xiàn)狀

當(dāng)前應(yīng)用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的表面施膠劑產(chǎn)品主要是苯丙類表面施膠劑與AKD類反應(yīng)型表面施劑2種。其中，苯丙類表面施膠劑主要應(yīng)用于大型紙板生產(chǎn)線，適合于表面平滑度較高、漿料處理潔凈的大型生產(chǎn)線，下機(jī)后不需要反應(yīng)時(shí)間、抗水效果較好；AKD類施膠劑較適合于紙頁(yè)表面平滑度較差，漿料處理不到位，潔凈度差的中小型生產(chǎn)線，但下機(jī)后需要一定的反應(yīng)時(shí)間[1-3]。2類表面施膠劑在應(yīng)用上都有一定的局限性，其應(yīng)用性能與作用效果也都有一定的弊端，現(xiàn)市場(chǎng)上已經(jīng)開始應(yīng)用2類施膠劑的復(fù)合類施膠劑[4]，但在復(fù)雜多變的生產(chǎn)環(huán)境面前，期望的效果（施膠的即時(shí)性與高抗水性）還不能完美的體現(xiàn)。開發(fā)一種全新理念的表面施膠劑是造紙化工行業(yè)的迫切需求，即要求這種表面施膠劑的應(yīng)用范圍更為廣泛，高抗水、快熟化的效果更為明顯，成本更為低廉[5-6]。

本文介紹的一種新型植物類膠聚合物表面施膠劑是以天然植物類膠為主要原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)改性后，與AKD表面施膠劑復(fù)配，制得一種新型復(fù)合表面施膠劑。該表面施膠劑應(yīng)用于高強(qiáng)瓦楞原紙時(shí)，一般下機(jī)30 min后就達(dá)到全部施膠效果的 80%以上，復(fù)卷完成后基本上能夠達(dá)到其全部的抗水效果。原料來(lái)源豐富、天然環(huán)保，符合國(guó)家相關(guān)低碳環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策，成本大幅降低，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，值得行業(yè)推廣。

2 復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑的開發(fā)

2.1 研發(fā)理論

首先引入成本低廉的植物類膠再生原料，經(jīng)過(guò)改性后植物膠聚合物表面施膠劑可以達(dá)到施膠的快熟化，使紙張下機(jī)后即時(shí)形成了高抗水、受環(huán)境限制程度降低、適應(yīng)性更為廣范的產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上添加、復(fù)合AKD乳液高抗水施膠劑。

植物膠改性聚合物與AKD類高抗水反應(yīng)型乳液這2種產(chǎn)品共同應(yīng)用于表面施膠淀粉的表面施膠系統(tǒng)，從而開發(fā)出復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)化驗(yàn)室測(cè)試，此類施膠劑應(yīng)用效果良好，在淀粉表面施膠系統(tǒng)中，其性能超過(guò)傳統(tǒng)的苯丙類施膠劑和AKD類反應(yīng)型表面施膠劑產(chǎn)品，且生產(chǎn)成本下降空間大，市場(chǎng)應(yīng)用空間廣。

對(duì)于植物膠的選擇，可以備選如下品種：香豆膠、苦藶?zāi)z、皂角膠、刺槐膠、田菁膠和瓜爾膠等多種[7]。根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格與其性能篩選出有價(jià)值的幾種做為植物膠原料，經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子改性劑制備成陽(yáng)離子型植物膠后，利用乙醛樹酯自制合成高憎水基產(chǎn)品。

2.2 工藝流程

陽(yáng)離子復(fù)合表面AKD乳液施膠劑合成工藝流程如下：植物膠改性——植物膠與陽(yáng)離子制劑反應(yīng)——合成改性植物膠-乙醛樹脂——復(fù)配AKD乳液——制得復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑。

2.3 產(chǎn)品穩(wěn)定性

（1）將該產(chǎn)品放入離心機(jī)中，以4 000 r/min離心處理15 min，未見分層，產(chǎn)品穩(wěn)定性良好。

（2）取少許產(chǎn)品置于100℃烘箱中，1周時(shí)間無(wú)分層破乳現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)抗衰老檢測(cè)，此類復(fù)合施膠劑產(chǎn)品性能穩(wěn)定。

（3）經(jīng)耐久性實(shí)驗(yàn)，半年以內(nèi)無(wú)大的品質(zhì)變化，化學(xué)性能較反應(yīng)型改性的AKD乳液產(chǎn)品保質(zhì)期長(zhǎng)。產(chǎn)品市場(chǎng)化不存在問(wèn)題。

2.4 產(chǎn)品抗水性及成本核算

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試與生產(chǎn)線中試檢測(cè)，此類復(fù)合施膠劑應(yīng)用效果良好，抗水性能穩(wěn)定，集施膠即時(shí)性與高抗水性于一體，下機(jī)后無(wú)熟化期，基本達(dá)到紙張即時(shí)抗水要求，并且隨時(shí)間推移其抗水性能進(jìn)一步增強(qiáng)。此類施膠劑適應(yīng)范圍廣泛，對(duì)不同地區(qū)水質(zhì)、漿料結(jié)構(gòu)和紙頁(yè)物理性能等影響施膠性能的外在環(huán)境變化因素抵抗力強(qiáng)，在各類不同生產(chǎn)線中都能達(dá)到預(yù)期的效果，應(yīng)用局限性較小。并且，此類施膠劑的生產(chǎn)成本為苯丙類表面施膠劑的三分之二，為AKD類表面施膠劑的一半左右，性價(jià)比較高。

3 應(yīng)用性能

分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)室表面施膠機(jī)小試及生產(chǎn)線中試，比較復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和苯丙類表面施膠劑、AKD類反應(yīng)型表面施膠劑的施膠效果。

3.1 通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試比較表面施膠劑的施膠效果

3.1.1 復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和苯丙類表面施膠劑的小試施膠效果比較

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為自制自動(dòng)表面施膠機(jī)，表面施膠糊化淀粉濃度為8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，施膠劑用量為3 kg每噸紙，測(cè)試紙頁(yè)是定量為110 g/m2的未施膠瓦楞A 4原紙。

在100℃的烘箱中烘烤一定時(shí)間后取出，平衡水分10 min后，采用Cobb值法進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)行施膠效果測(cè)試。根據(jù)施膠抗水性的強(qiáng)弱，分別測(cè)定不同干燥時(shí)間紙張的Cobb值。

復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和苯丙類表面施膠劑小試施膠效果比較的情況見表1。

表1 復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和苯丙類表面施膠劑小試施膠效果比較

由表1可看出，植物類復(fù)合表面施膠劑無(wú)熟化期，且隨時(shí)間延長(zhǎng)抗水性能增加。在2種表面施膠劑相同用量的情況下，植物類復(fù)合表面施膠劑較傳統(tǒng)苯丙類表面施膠劑的后期Cobb值無(wú)大的增長(zhǎng)，其更能形成高的抗水性。

3.1.2 復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和AKD類反應(yīng)型表面施膠劑的小試施膠效果比較

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為自制自動(dòng)表面施膠機(jī)，表面施膠糊化淀粉濃度為8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，施膠劑用量為3 kg每噸紙，測(cè)試紙頁(yè)是定量為110 g/m2的漂白木漿未施膠自制抄片A 4原紙。具體實(shí)驗(yàn)方法同3.1.1。

復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和AKD類反應(yīng)型表面施膠劑小試施膠效果比較的情況見表2。

表2 復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和AKD類反應(yīng)型表面施膠劑小試施膠效果比較

由表2可看出，植物類復(fù)合表面施膠劑無(wú)熟化期，且隨時(shí)間延長(zhǎng)抗水性能增加，從根本上克服了AKD類反應(yīng)型表面施膠劑熟化期長(zhǎng)的問(wèn)題。在表面施膠劑相同用量的情況下，植物類復(fù)合表面施膠劑比傳統(tǒng)AKD表面施膠劑的施膠效果更好。

3.2 通過(guò)中試比較復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和AKD類反應(yīng)型表面施膠劑的施膠效果

河北某高強(qiáng)瓦楞紙生產(chǎn)線主要以國(guó)產(chǎn)廢紙為原料，車速為280 min/m，幅寬為3 200 mm，成紙定量為110 g/m2，環(huán)壓強(qiáng)度達(dá)到A級(jí)要求。應(yīng)用時(shí)糊化淀粉濃度為10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑用量為4 kg每噸紙。

添加方式為間歇糊化罐添加，按每鍋600 kg原淀粉計(jì)，氧化完成后，加入40 kg復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑，在糊化罐90℃左右環(huán)境中均勻攪拌反應(yīng)10 min以后，放料應(yīng)用。

復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和AKD類反應(yīng)型表面施膠劑中試施膠效果比較的情況見表3。

表3 復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑和AKD類反應(yīng)型表面施膠劑中試施膠效果比較

由表3可看出，通過(guò)測(cè)試，植物類復(fù)合表面施膠劑較該廠原應(yīng)用的AKD類反應(yīng)型表面施膠劑熟化快、效果好，解決了原廠AKD類施膠劑熟化滯后的問(wèn)題。在表面施膠劑用量相同的情況下，植物類復(fù)合表面施膠劑能大幅提高紙張的抗水性。

此類中小企業(yè)由于前段時(shí)間制漿裝備、水處理系統(tǒng)的局限，造成了紙頁(yè)污染物含量較高，紙張表面平滑度較差；該廠在夏季生產(chǎn)的紙張由于熟化慢，下機(jī)后紙頁(yè)無(wú)高的抗水性，吸收外界環(huán)境中的水分曾造成了紙頁(yè)環(huán)壓強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。

為解決問(wèn)題，該廠曾經(jīng)應(yīng)用過(guò)苯丙類表面施膠劑，但由于當(dāng)?shù)厮|(zhì)堿性高及成紙平滑度等問(wèn)題，苯丙類表面施膠劑效果差；當(dāng)苯丙類表面施膠劑最大用量達(dá)到10 kg每噸紙時(shí)，施膠效果才有體現(xiàn)。雖然解決了下機(jī)熟化期的問(wèn)題，但成本太高，企業(yè)難以接受。該廠應(yīng)用植物類復(fù)合AKD乳液表膠劑后施膠存在的問(wèn)題迎刃而解，施膠成本下降，效果明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，植物類復(fù)合表面施膠劑確實(shí)在生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中表現(xiàn)出良好的性能，其在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，抗水性能及快熟性能兼而有之，且適用范圍廣泛。下一步將在大型生產(chǎn)線上、不同紙種的表面施膠系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試，復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑并將進(jìn)一步擴(kuò)大推廣。在研發(fā)本產(chǎn)品的同時(shí)，此類技術(shù)也將在造紙化工行業(yè)內(nèi)廣泛推廣，相關(guān)交聯(lián)技術(shù)已經(jīng)同時(shí)研發(fā)成形，可以推廣到同類造紙化工廠家。

植物類復(fù)合表面施膠劑應(yīng)用的原材料主要成分為自然界可再生綠色植物，成本低廉、資源豐富，進(jìn)一步解決了造紙化工行業(yè)依賴石化資源的問(wèn)題，為造紙化工行業(yè)技術(shù)開發(fā)提供了一種全新的方向，符合國(guó)家相關(guān)低碳環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策。此項(xiàng)技術(shù)還有很多不完善的地方，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，同類產(chǎn)品將成為市場(chǎng)認(rèn)可、造紙行業(yè)歡迎的新型環(huán)保產(chǎn)品。

［1］杜偉民，編譯.紙和紙板施膠劑的研究進(jìn)展［J］.造紙化學(xué)品，2009，21（3）：34-39.

［2］陳夫山，王松林.中性施膠劑的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.造紙化學(xué)品，2010，22（增刊）：6-11.

［3］胡惠仁，徐立新，董榮業(yè).造紙化學(xué)品［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［4］邢仁衛(wèi)，彭翠翠.新型AKD表面施膠劑的制備及應(yīng)用［J］.中華紙業(yè)，2010，31（20）：69-71.

［5］杜偉民，編譯.表面施膠劑的技術(shù)動(dòng)向［J］.造紙化學(xué)品，2011，23（5）：47-50.

［6］葉國(guó)平.國(guó)內(nèi)造紙施膠劑的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)［J］.江蘇造紙，2005（3）：41-42.

［7］杜敏，王志杰.植物膠在造紙工業(yè)中的應(yīng)用［J］.紙和造紙，2003，11（6）：62-66.

R&D and Application of Cationic Compound Surface Sizing Agent of Vegetable Gum Polymer and AKD Emulsion

TIAN Cheng-jie，LI Bo-ping，LI Duan
（Tianjin Aodong Chemical Co.，Ltd.，Tianjin 300350，China）

The primary research method of a novel surface sizing agent of vegetable gum polymer was introduced in this paper.Renewable vegetable gum polymer， which was the main content of the surface sizing agent， was modified chemically to synthesize vegetable gum-acetaldehyde resin which was then mixed with cationic AKD emulsion to prepare vegetable gum polymer surface sizing agent.This novel surface sizing product could give better water-resistant property and lower cost，which was in line with related low carbon and environment-friendly national industry policy.

vegetable gum； surface sizing agent； AKD

TS727+.5

A

1007-2225（2012）04-0024-04

2012-05-15（修回）

田成杰先生（1954-），總經(jīng)理；主要從事造紙化學(xué)品開發(fā)、生產(chǎn)和管理等工作。

李伯平先生（1969-），高級(jí)工程師；主要從事造紙化學(xué)品研發(fā)及應(yīng)用；電話：022-88823089；E-mail：tjlbp@163.com。

本文文獻(xiàn)格式：田成杰，李伯平，李端.復(fù)合陽(yáng)離子植物膠聚合物與AKD乳液表面施膠劑的研發(fā)與應(yīng)用[J].造紙化學(xué)品，2012，24（4）∶24-27.