AKD施膠逆轉(zhuǎn)問(wèn)題及解決措施

劉永順，顧秀梅，莊耀禮，田世友

（山東華泰集團(tuán)有限公司，山東 廣饒 257335）

AKD施膠逆轉(zhuǎn)問(wèn)題及解決措施

劉永順，顧秀梅，莊耀禮，田世友

（山東華泰集團(tuán)有限公司，山東 廣饒 257335）

施膠是造紙過(guò)程的一個(gè)重要工序。通過(guò)施膠可賦予紙和紙板一定的抗液性能，防止或延緩某些液體對(duì)紙頁(yè)纖維的滲透和擴(kuò)散，從而滿足人們對(duì)紙的加工和使用要求[1]。

華泰紙業(yè)從1999年起開(kāi)始研究烷基烯酮二聚體（AKD）中性施膠技術(shù)的應(yīng)用，2000年成功地在膠版紙生產(chǎn)車(chē)間推廣中性施膠，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，徹底告別了酸性施膠工藝。AKD中性施膠的成功應(yīng)用，在很大程度上滿足了某些特種紙和高檔紙的要求[2]。它具有增加紙張的不透明度和柔韌性、提高紙張的施膠效果、提高紙的表面平滑度、降低施膠障礙、減少環(huán)境污染、節(jié)約水和能源、可用價(jià)格低廉的CaCO3作填料等優(yōu)點(diǎn)[3-4]，因而得到了迅速發(fā)展。

目前，AKD中性施膠作為一項(xiàng)成熟的工藝技術(shù)廣泛應(yīng)用在各種紙張施膠生產(chǎn)中，但AKD在使用過(guò)程中時(shí)不時(shí)會(huì)出現(xiàn)施膠逆轉(zhuǎn)問(wèn)題。施膠逆轉(zhuǎn)也稱(chēng)做假施膠，即紙張?jiān)谝欢〞r(shí)間后失去抗水性，盡管在生產(chǎn)的一定時(shí)期內(nèi)有足夠的施膠度，但在二三周或數(shù)月后會(huì)失去抗水性，且往往發(fā)生在以后的印刷和涂布過(guò)程中[5]，由此造成的損失不可估量。為此，我們對(duì)AKD施膠逆轉(zhuǎn)問(wèn)題進(jìn)行了研究總結(jié)并提出了解決措施。

1 AKD施膠機(jī)理

AKD是一種反應(yīng)型施膠劑，與其他施膠劑一樣有疏水和親水2種基團(tuán)，在施膠過(guò)程中都有留著、均勻分布、轉(zhuǎn)向定位與纖維素成鍵結(jié)合的過(guò)程。不同的是，加到紙料中的AKD乳液粒子由于自身帶正電荷，并借助陽(yáng)離子淀粉（CS）和聚丙烯酰胺（PAM）等助留劑的作用留著在帶負(fù)電荷的濕紙頁(yè)纖維之間；在紙機(jī)的壓榨和干燥過(guò)程中，AKD粒子由于熔點(diǎn)低，易在纖維表面擴(kuò)展分布，形成均勻的覆蓋膜；在隨后的紙頁(yè)干燥和下機(jī)貯存過(guò)程中，AKD分子上的活性基（內(nèi)酯環(huán)）在適宜的條件下和纖維素上的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，以牢固的共價(jià)鍵形式結(jié)合在纖維素大分子上，疏水的長(zhǎng)鏈烷基轉(zhuǎn)向紙面，從而使紙頁(yè)獲得一定的抗液體滲透和擴(kuò)散的性能。

2 影響AKD施膠效果的因素

2.1 漿料的種類(lèi)

以膠版紙為例，其生產(chǎn)原料為漂白針葉木漿、闊葉木漿、葦漿、草漿及堿性過(guò)氧化氫機(jī)械漿（APMP）等，我們對(duì)這幾種漿料做了簡(jiǎn)單的AKD施膠對(duì)比小試，發(fā)現(xiàn)使用全化學(xué)木漿抄造的紙施膠效果最好，摻用蘆葦抄造的紙次之，再次是摻用麥草漿抄造的紙，施膠效果最差的是摻用APMP的漿料。從抄紙生產(chǎn)過(guò)程中陽(yáng)電荷需求量也可看出，APMP對(duì)陽(yáng)電荷的需求量最大，化學(xué)木漿最小。對(duì)于摻用部分草漿或APMP的紙張施膠，因漿中含有較多的陰離子垃圾，AKD自身所帶正電性相對(duì)較弱，在施膠的同時(shí)，需要加入陽(yáng)離子淀粉和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM），以增強(qiáng)其陽(yáng)電性來(lái)加強(qiáng)其在纖維上的吸附性。抄造過(guò)程中如果不預(yù)先進(jìn)行系統(tǒng)電荷平衡，勢(shì)必要加大AKD及CS、CPAM 的用量，因此應(yīng)適當(dāng)加入價(jià)格相對(duì)便宜的聚合氯化鋁（PAC）作陰離子捕捉劑，以平衡漿料中的陰離子垃圾。

2.2 漿料溫度

試驗(yàn)研究表明，用AKD對(duì)23℃以下的漿料進(jìn)行施膠，從開(kāi)始取樣到4 h后取樣的測(cè)定結(jié)果顯示，漿料施膠度無(wú)任何施膠損失； 而對(duì)于50℃以上的漿料，施膠度損失在2 h后便開(kāi)始。這是由于AKD發(fā)生水解后產(chǎn)生的酮對(duì)漿料沒(méi)有施膠作用。AKD施膠劑是一種低熔點(diǎn)（接近46℃）的蠟，實(shí)際生產(chǎn)中由于紙機(jī)水系統(tǒng)的封閉循環(huán)而引起的紙機(jī)系統(tǒng)溫度一般在37～47℃，此溫度為大多數(shù)AKD的熔點(diǎn)范圍,極易引起AKD的沉積現(xiàn)象，造成系統(tǒng)障礙，因此應(yīng)盡量補(bǔ)充清水加以調(diào)節(jié)，保持系統(tǒng)溫度以不超過(guò)40℃為宜。

2.3 漿料pH和總堿度

抄紙機(jī)網(wǎng)前箱漿料的pH和總堿度對(duì)AKD施膠效果的影響是相互聯(lián)系的。當(dāng)漿料pH≤6時(shí)，會(huì)使AKD完全喪失施膠效果?？倝A度是AKD與纖維素之間發(fā)生有效反應(yīng)的主要影響因素，提高總堿度可提高下機(jī)和自然老化后紙頁(yè)的施膠度，因此適當(dāng)提高漿料pH,提高系統(tǒng)總堿度有利于提高AKD的施膠效率。實(shí)踐證明，最適宜的紙機(jī)網(wǎng)前箱漿料的pH為7.5～8.5，總堿度為150～250 mg/kg。在此范圍內(nèi)，AKD單程留著率高，施膠效果也好；超過(guò)這個(gè)范圍，AKD水解速度會(huì)加快，施膠效果下降。過(guò)高的 pH（pH＞9）和過(guò)高的堿度（堿度＞400 mg/kg），容易使產(chǎn)品中未反應(yīng)的AKD進(jìn)一步水解，生成烯酮，或引起化學(xué)酯鍵緩慢斷裂，降低施膠效果，產(chǎn)生施膠逆轉(zhuǎn)。

2.4 濕部漿料Zeta電位

用Zeta電位儀測(cè)得的漿料Zeta電位值表示漿料纖維和填料等的表面電荷和電荷密度。紙漿和填料等帶負(fù)電荷，加入的陽(yáng)離子AKD膠乳在紙漿中的留著先隨著Zeta電位的提高而增加，達(dá)到最大值后又隨Zeta電位的繼續(xù)提高而下降，而成紙的施膠度基本上與漿料中AKD的留著率是同步升降的。漿料Zeta電位一般控制在-3～+5 mV，在此范圍內(nèi)，有利于漿料各組分的吸附和絮聚，有利于改善漿料的濾水留著性能，使AKD留著達(dá)到較高水平。

2.5 填料加填

在AKD施膠中，所用填料可選用輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣，也可使用或配用滑石粉?；郾忍妓徕}便宜，可降低填料費(fèi)用。但作為內(nèi)添加填料，選用重質(zhì)碳酸鈣更為合適些。這是因?yàn)檩p質(zhì)碳酸鈣對(duì)紙頁(yè)物理強(qiáng)度有較大的影響，而重質(zhì)碳酸鈣影響較小些。加填輕質(zhì)碳酸鈣的紙施膠逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象要比加填重質(zhì)碳酸鈣的紙嚴(yán)重得多。其原因是輕質(zhì)碳酸鈣比表面積比重質(zhì)碳酸鈣比表面積大得多，其孔隙率也較大，在AKD施膠干燥過(guò)程中AKD大部分向輕質(zhì)碳酸鈣內(nèi)部遷移滲透，而與纖維反應(yīng)的AKD非常少。對(duì)于內(nèi)填加的重質(zhì)碳酸鈣，其粒度等指標(biāo)要嚴(yán)格控制，一般認(rèn)為平均粒徑在2～3 μm較合適，最大粒徑要≤15 μm；如果粒徑大于18 μm，對(duì)紙機(jī)網(wǎng)上的磨損將急劇增加；如果粒徑小于0.5 μm，小粒子應(yīng)少于15%，小粒子過(guò)多，將降低留著率，使流失增加，進(jìn)而會(huì)增加填料的用量和紙頁(yè)的兩面差，同時(shí)加大AKD的流失，造成施膠效果下降。造紙加填選用碳酸鈣主要指標(biāo)為：碳酸鈣含量＞96%；白度＞90%；平均粒徑≤4.5 μm；水分≤0.5%，細(xì)度≥90%（通過(guò)500目篩）。

2.6 助留體系應(yīng)用

因?yàn)榧?xì)小纖維和填料有較大的比表面積、較強(qiáng)的負(fù)電荷密度，對(duì)AKD有很高的吸收性。保留越多的細(xì)小纖維和填料，就意味著AKD的保留效果越好。根據(jù)漿料性質(zhì)的不同，合理使用助劑是提高AKD施膠效率的有效途徑。抄紙系統(tǒng)中真正留著在長(zhǎng)纖維上的AKD僅占有10%左右，其余90%的AKD附著在細(xì)小纖維、填料和流失在白水中。因此，提高細(xì)小纖維和填料的留著率顯得格外重要。系統(tǒng)中細(xì)小纖維和填料每提高1%，AKD留著率便提高1%，當(dāng)系統(tǒng)留著率達(dá)到80%時(shí)，AKD留著率便達(dá)到80%。當(dāng)前，中低速紙機(jī)提高AKD留著率的主要保留助劑仍為陽(yáng)離子淀粉和CPAM雙元助留體系；近年來(lái)發(fā)展的三元助留或微粒助留系統(tǒng)更有利于提高留著率和提高施膠效果。

2.7 AKD的性質(zhì)、用量、貯存及應(yīng)用

常用的 AKD固含量為 12.5%～15%，pH為3～4，膠液自身穩(wěn)定性差，很容易水解生成蠟狀物，當(dāng)溫度在0～25℃時(shí)，保存期最高不能超過(guò)3個(gè)月。實(shí)踐表明，貯存溫度超過(guò)30℃或低于0℃時(shí)，AKD的用量是正常用量的2倍以上；若加水稀釋?zhuān)仨氃?8 h內(nèi)用完，否則AKD會(huì)水解，失去施膠作用。用AKD施膠，最大的問(wèn)題是施膠和水解作用同步進(jìn)行，并處于“競(jìng)爭(zhēng)”狀態(tài)。凡是有利于施膠效果的添加劑，都同時(shí)會(huì)加速AKD的水解。AKD對(duì)每一種漿的漿內(nèi)施膠來(lái)說(shuō)，都有一個(gè)臨界最小用量（大多數(shù)為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.1%），低于此量，不能獲得好的施膠度或施膠不穩(wěn)定；超過(guò)該量，施膠度急劇上升，直達(dá)到最大值后，施膠度不再增加，或增加極微。過(guò)多的用量，施膠劑會(huì)隨白水流失，并在其中很快水解，其中間產(chǎn)物β酮酸會(huì)與白水中的鈣、鎂離子反應(yīng)，生成黏稠狀的沉淀物，極易堵塞網(wǎng)孔，臟污毛布，其水解產(chǎn)物烷基β酮會(huì)進(jìn)一步降低乳液的穩(wěn)定性和有效性，在反復(fù)回用白水時(shí)，又會(huì)加速漿液中施膠劑的水解，如此造成惡性循環(huán)，不但會(huì)降低施膠效果，還會(huì)引起生產(chǎn)障礙，因此嚴(yán)格控制施膠劑的用量是很重要的。AKD用量一般控制在漿料絕干質(zhì)量的0.12%～0.25%比較合適。再者，AKD施膠效果的好壞，其膠料在漿內(nèi)的留著率是個(gè)重要因素，AKD加入時(shí)間只要能充分與漿料混合均勻，接觸時(shí)間越短越好；加入地點(diǎn)越靠近網(wǎng)前箱越好，并且AKD加入前盡量少稀釋、不攪拌為佳，最好是用計(jì)量泵打原液加入。

2.8 表面施膠

大量實(shí)踐證明，在表面膠中添加AKD施膠劑是一項(xiàng)非常有效的施膠方法。在成紙施膠效果相同的情況下，表面施膠成本僅為漿內(nèi)施膠成本的1/2不到。從成本的角度講，無(wú)疑表面施膠是最好的選擇。而且，采用表面施膠可以減少系統(tǒng)中水解酮的積累，提高系統(tǒng)的清潔度。實(shí)踐同時(shí)證明，利用AKD表面施膠完全代替漿內(nèi)施膠不利于烘缸干燥效率，會(huì)造成汽耗大幅度上升，因此AKD表面施膠只能作為輔助形式加以應(yīng)用，或夏季溫度太高，水解嚴(yán)重，消耗太大時(shí)應(yīng)用。

2.9 干燥溫度

在AKD施膠的pH和堿度條件下，AKD內(nèi)酯環(huán)與纖維素羥基的酯化反應(yīng)是隨溫度的升高而加速的，在較高的溫度下干燥紙頁(yè)，將獲得較高的施膠效率和最高的施膠度，所以用AKD施膠要盡快提高干燥溫度，最高溫度在120～130℃。如表面施膠機(jī)前紙頁(yè)溫度不低于95℃ ，紙頁(yè)干度在95%以上，均可獲得最佳的施膠效果。

2.10 下機(jī)處理

AKD與纖維素的反應(yīng)速度很慢，在紙機(jī)干燥的溫度下，僅有4%～15%的纖維表面上的羥基與AKD起作用，剩下未起作用的AKD，在干燥完后，仍會(huì)繼續(xù)與纖維素反應(yīng)，即所謂的熟化。一般下機(jī)后，尚需要數(shù)日到半個(gè)月的時(shí)間，才能熟化完全。在此期間如果產(chǎn)品的水分過(guò)高、或貯存溫度過(guò)高、或碳酸鈣中含有游離 Ca（OH）2，殘余的 AKD會(huì)產(chǎn)生水解作用，造成施膠逆轉(zhuǎn)。

3 施膠逆轉(zhuǎn)問(wèn)題的主要成因及解決措施

3.1 漿料成分

漿料的臟、亂、雜已成為生產(chǎn)普通膠版紙時(shí)的普遍現(xiàn)象。為降低生產(chǎn)成本，大量的草類(lèi)纖維、化機(jī)漿和廢紙漿被應(yīng)用，漿料中含有大量的陰離子雜質(zhì)干擾物，嚴(yán)重影響抄紙系統(tǒng)的穩(wěn)定性和清潔度。對(duì)中性施膠來(lái)講，其陰離子干擾物將消耗過(guò)多的AKD和其他陽(yáng)離子性助劑，造成施膠成本大幅度上漲，系統(tǒng)留著失衡。對(duì)于草類(lèi)漿和化機(jī)漿，其漿內(nèi)酸堿鹽類(lèi)物質(zhì)較多，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)漿料的洗滌；對(duì)于廢紙漿，其膠粘物含量及陰離子垃圾較多，應(yīng)適當(dāng)加入陰離子垃圾捕捉劑，以消除對(duì)抄紙系統(tǒng)留著及施膠的不利影響。

3.2 高加填技術(shù)的應(yīng)用

加填是提高生產(chǎn)利潤(rùn)的最有效措施。適當(dāng)?shù)丶犹钣欣诋a(chǎn)品質(zhì)量的提高，成紙白度、平滑度、不透明度、油墨吸收性和印刷適性等都得到明顯的提高；但當(dāng)加填量達(dá)到30%～40%或甚至更高時(shí)，各種不利影響就會(huì)逐一表現(xiàn)出來(lái)：強(qiáng)度降低，掉毛掉粉，施膠效果下降等，此時(shí)將產(chǎn)生施膠逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。原因是CaCO3用量增多，AKD在纖維上的有效吸附量大大降低，AKD有效成分的不足，無(wú)法滿足AKD施膠滯后反應(yīng)的需要，過(guò)高的CaCO3含量受水分、空氣影響，游離出 Ca（OH）2，殘余 AKD發(fā)生水解作用而失去施膠效果。因此，合理控制紙料中加填量，使其不超過(guò)30%為宜。

3.3 烘缸干燥及下機(jī)水分

AKD施膠要求烘干溫度急速上升，快速降低紙頁(yè)表面水分，加速AKD與纖維素羥基之間的鍵合作用；溫度過(guò)低，會(huì)增加靜電吸附和游離態(tài)AKD的存在，而這些游離態(tài)的AKD在貯存過(guò)程中一部分會(huì)與纖維素羥基發(fā)生反應(yīng)，另一部分會(huì)緩慢發(fā)生水解；成紙水分越高，水解過(guò)程越快，最終會(huì)導(dǎo)致施膠逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象的產(chǎn)生。制定合理的烘干溫度曲線是解決施膠逆轉(zhuǎn)有效措施，必須保證附著在紙料上的AKD快速有效地反應(yīng)完全，同時(shí)利用好紙機(jī)最后的冷缸，避免下機(jī)成品紙因貯存溫度過(guò)高、水分大，發(fā)生水解現(xiàn)象。成紙水分以控制在4.5%～5.5%為好。

3.4 AKD施膠自身性質(zhì)的兩面性

AKD施膠劑是易水解產(chǎn)物，其施膠過(guò)程和水解過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的，所有有利于施膠的添加劑同時(shí)也會(huì)加速AKD的水解，因此只有當(dāng)紙頁(yè)中含有足夠的施膠成分與纖維素羥基發(fā)生共價(jià)鍵合后才不會(huì)發(fā)生施膠逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象不明顯。

目前，AKD施膠技術(shù)已經(jīng)很成熟，快速熟化型AKD乳液的應(yīng)用使下機(jī)熟化率從一般AKD的41%提高到83%，比一般AKD乳液的熟化率提高了1倍，大大縮短了熟化時(shí)間。針對(duì)廢紙漿臟、亂、差，草漿含量高及舊瓦楞紙箱（OCC）、廢報(bào)紙（ONP）等廢紙漿系統(tǒng)，箱紙板、瓦楞原紙等，開(kāi)發(fā)的抗干擾型（高保留型）AKD乳液比普通型的AKD乳液用量可降低30%，熟化時(shí)間可縮短40%；表面施膠型AKD乳液下機(jī)熟化快、穩(wěn)定性好、施膠效率高，可解決重施膠不足問(wèn)題，而且使用簡(jiǎn)單、方便，僅需約3 h的熟化時(shí)間。造紙企業(yè)可以根據(jù)自身的生產(chǎn)情況選擇合適的施膠劑來(lái)達(dá)到施膠目的并解決施膠逆轉(zhuǎn)問(wèn)題。

4 總結(jié)

AKD施膠逆轉(zhuǎn)的問(wèn)題在實(shí)際生產(chǎn)中是不可避免的，這是由其自身性質(zhì)決定的，但是通過(guò)采取合理的技術(shù)措施與控制，可以將施膠逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象降到最低，不至于在印刷或涂布過(guò)程中造成質(zhì)量影響。

（1）把好AKD乳液質(zhì)量關(guān)，保證所用AKD乳液為質(zhì)量合格的新鮮產(chǎn)品，車(chē)間做到產(chǎn)品用前必檢，有問(wèn)題不用。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)工藝，AKD用量嚴(yán)格按照工藝要求添加，避免在低保障線上使用，酌情多加。

（3）加強(qiáng)與AKD供應(yīng)商的交流，通過(guò)交流，讓供應(yīng)商了解造紙企業(yè)的施膠現(xiàn)狀，然后有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)施膠新產(chǎn)品。

通過(guò)以上措施，我公司生產(chǎn)中施膠逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象大大降低，車(chē)間基本沒(méi)有因施膠問(wèn)題造成退貨索賠現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)效益，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

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AKD Sizing Reversion Problem and Its Solution

LIU Yong-shun，GU Xiu-mei，ZHUANG Yao-li，TIAN Shi-you
（Shandonh Huatai Group Co.，Ltd.，Guangrao 257335，China）

TS727+.5

A

1007-2225（2012）04-0017-04

2012-01-12

劉永順先生（1976-），鼎泰公司技術(shù)員；主要從事文化紙、特種紙新產(chǎn)品生產(chǎn)開(kāi)發(fā)，新工藝新技術(shù)應(yīng)用；E-mail：htlyslhx2002@126.com。

本文文獻(xiàn)格式：劉永順，顧秀梅，莊耀禮，等.AKD施膠逆轉(zhuǎn)問(wèn)題及解決措施[J].造紙化學(xué)品，2012，24（4）∶17-20.