具有多功能的新型干強劑

具有多功能的新型干強劑

使紙張同時滿足越來越高的強度和越來越低的定量是一件很困難的事。生產(chǎn)商迫切需要尋找一種提高紙張干強度的途徑——既能滿足紙張的最終質(zhì)量，又能減輕或消除由此帶來的不利影響。該文介紹了一種新研發(fā)的干強劑，經(jīng)實驗室試驗和紙廠實際應(yīng)用表明，該干強劑在增強紙張干強度的同時也有望用來改善漿料的留著率和濾水性。

紙張生產(chǎn)商都會對提高紙廠生產(chǎn)效率感興趣。提高紙廠整體經(jīng)濟適應(yīng)性的內(nèi)部驅(qū)動力主要有：提高機械效率，降低原料消耗，減少能耗和用水量，執(zhí)行一貫嚴格的生產(chǎn)規(guī)章制度；外在驅(qū)動力來自消費者要求，如大部分紙板和包裝材料的消費者要求包裝材料質(zhì)量更輕。這些因素持續(xù)推動紙張生產(chǎn)商生產(chǎn)低定量的紙張，同時還要符合紙張的性能要求。

遺憾的是，往往只有在降低紙張強度的情況下才能滿足這一需求。定量的降低和生產(chǎn)原料中回用纖維使用比例的增加導(dǎo)致紙張強度性能的降低。此外，用傳統(tǒng)方法提高紙張強度與當代社會對造紙產(chǎn)業(yè)的要求相悖，改變生產(chǎn)原料一般會受到費用和可行性的限制，而通過增加磨漿次數(shù)和增大濕壓等工藝來提高紙張干強度則會受到紙廠現(xiàn)有流動資產(chǎn)的限制，并且會改變紙張結(jié)構(gòu)。在紙機運行過程中，原料的選擇和改變都會對紙廠的經(jīng)濟效益產(chǎn)生決定性影響。降低原料費用，保持產(chǎn)率最大化，是生產(chǎn)商最為關(guān)心的問題；因此，要使紙張同時滿足越來越高的強度和越來越低的定量具有一定的困難。表1列舉了紙張生產(chǎn)商增強紙張干強度的若干途徑。

表1　增強紙張干強度的途徑

很明顯，生產(chǎn)商現(xiàn)在迫切需要尋找各種提高紙張干強度的途徑，確保能夠在滿足紙張其最終質(zhì)量的前提下，減輕或消除現(xiàn)在存在的不利影響。添加淀粉/干增強樹脂（DSR）是提高紙張強度的最好方法，而且生產(chǎn)商可以利用這種方法提高生產(chǎn)效率（降低定量、減少精磨次數(shù)）。

陽離子淀粉作為干強劑使用歷史悠久，且能夠很好地提高紙張強度；然而，配抄性能的降低（由于紙廠封閉循環(huán)水系統(tǒng)并增加回用纖維的比例）限制了進一步通過增加淀粉用量來提高紙張干強度的可能性。此外，一些瓦楞紙板廠沒有糊化淀粉的反應(yīng)釜以適應(yīng)濕部添加淀粉的工藝；而使用合成干增強樹脂雖然可以提高紙張干強度但會降低紙廠的生產(chǎn)效率。

也可以使用聚丙烯酰胺合成的干強劑提高紙張的干強度。與淀粉相比，添加少量的這類干強劑就能很好地改善強度，而且這類干強劑一般以液體的形式添加，通常對設(shè)備的要求很低甚至沒有要求。在過去的10年里，經(jīng)改性的聚丙烯酰胺類干強劑獲得廣泛應(yīng)用，因為聚丙烯酰胺在提高紙張干強度的同時，在壓榨脫水這一環(huán)節(jié)可以提高生產(chǎn)效率。

使用改性聚丙烯酰胺能同時提高紙張強度和經(jīng)濟效益，使人們更加關(guān)注能同時提高紙張干強度和生產(chǎn)效率的其他化學品。本文主要介紹了新型多功能干強劑的研究及其在紙板和包裝紙生產(chǎn)廠實際應(yīng)用的情況。

1　實驗

實驗研究了改變聚合物的配方和生產(chǎn)過程對多功能干強劑活性的影響。在實驗室中對不同的聚合物進行了合成和篩選。實驗前期已經(jīng)確定了一套可行的方案，合成了多種可滿足以下條件的聚合物：（1）添加后紙張達到好的干強度；（2）具有多種功能，能在某種程度上提高生產(chǎn)效率。

實驗用DSR：使用不同的改性劑改性同一種聚合物，獲得多種改性后的聚合物作實驗用DSR；并以商用的DSR為參比樣，這種商用DSR長久以來在實驗室、紙板廠和包裝紙廠都具有提高紙張強度的功能。

實驗用漿料：（1）選取常用的瓦楞紙箱制備回用漿料 （選擇這種漿料主要是因為瓦楞紙箱是一種具有代表性的紙種，并且在實驗中可以控制手抄片厚度一致；（2）從某紙廠收集并篩選不同的100%回用纖維漿料。

檢測了實驗用DSR提高紙張干強度的能力；并通過多組實驗，在漿料中添加不同的單組分商用DSR，采用動態(tài)濾水儀收集濾液，測試濾液濁度，考察其對留著率和濾水性的影響。

實驗還用從紙廠取來的漿料重復(fù)上述實驗，與實驗室漿料測試的數(shù)據(jù)進行對比。

2　結(jié)果和討論

用回用漿料抄制手抄片并測定其抗張指數(shù)，結(jié)果如圖1所示。

圖1　DSR用量對實驗室回用漿料手抄片抗張指數(shù)的影響

由圖1可見，添加商用DSR，即參比樣的手抄片抗張指數(shù)比未添加商用DSR的提高了15%。在抗張指數(shù)方面，所有添加實驗用DSR的手抄片與添加參比樣的手抄片相比，只稍有提高。這項結(jié)果以及其他很多實驗表明，使用不同活性劑的實驗用DSR對提高紙機工藝效率并沒有明顯影響，沒有必要進一步對此進行開發(fā)和評估。

實驗通過多組試驗考察DSR對留著率和濾水性的影響。在漿料中添加不同的單組分商用DSR和實驗用DSR，通過動態(tài)濾水儀收集濾液，測定濾液濁度，結(jié)果如圖2所示。

圖2　DSR用量對實驗室回用漿料通過動態(tài)濾水儀收集的濾液濁度的影響

圖2表明了濁度變化的趨勢。在保水性方面，商用絮凝劑和商用混合劑效果相當好，而商用DSR的作用很小。該結(jié)果與紙板和包裝紙廠的觀察結(jié)果相符；然而，實驗用DSR與商用DSR相比表現(xiàn)出一種過渡作用。這使我們認為，實驗用DSR除了在提高紙張干強度方面發(fā)揮作用外，也有望用來改善漿料的留著率和濾水性。

實驗對紙廠取來的漿料篩選后，重復(fù)上述實驗，與實驗室漿料測試的數(shù)據(jù)進行對比。其結(jié)果見圖3和圖4。

圖3　DSR用量對紙廠回用漿料手抄片抗張指數(shù)的影響

圖4　DSR用量對紙廠回用漿料通過動態(tài)濾水儀收集的濾液濁度的影響

由圖3可見，雖然紙廠回用漿料的數(shù)據(jù)與實驗室回用漿料相比干強度數(shù)據(jù)稍低，但這一結(jié)果并不意外，因為紙廠的回用漿料中經(jīng)常存在污染物（膠粘物、陰離子垃圾和填料等）；不過這一測試結(jié)果已經(jīng)相當不錯。由圖4可見，紙廠回用漿料濾液濁度降低的百分比比實驗室回用漿料低。

3　紙廠的實驗結(jié)果

開發(fā)階段主要是對實驗用DSR的配方進行改性，以提高其活性與使用的便捷性。在不同的紙板和包裝紙漿料中添加2種實驗用DSR，其用量在商用DSR用量的基礎(chǔ)上按比例增大。

3.1紙廠實驗1

選擇一家以100%廢舊箱板紙為原料，在長網(wǎng)紙機生產(chǎn)紙卷和紙芯的紙廠作為實驗用DSR的場所。該紙廠希望提高紙張的縱向強度，以實現(xiàn)生產(chǎn)具有更高強度紙張的目標。實驗過程中精磨次數(shù)和紙機速率保持一定。紙張強度提高了22%，如圖5所示。該紙廠也希望能提高留著率和施膠性能，以明顯降低絮凝劑和施膠劑用量。

3.2紙廠實驗2

圖5　生產(chǎn)紙卷和紙芯的紙廠的實驗結(jié)果

選擇一家生產(chǎn)瓦楞芯紙的紙廠做另一組實驗。該廠使用傳統(tǒng)長網(wǎng)紙機，平均日產(chǎn)量在 425 t，用50%的中性亞硫酸鹽半化學漿（NSSC）和50%雙掛面牛皮紙（DLK）作為原料。紙機速率以烘干紙張蒸氣速率為限，而蒸氣速率由根據(jù)抗壓強度規(guī)范確定的精磨次數(shù)決定；因此，該紙廠希望通過增加強度提高產(chǎn)率。本實驗可以通過減少每噸漿精磨能耗提高紙機速率，進而增強抗壓強度。實驗中，添加實驗用DSR后，產(chǎn)率提高了9.3%，即每天可多生產(chǎn)40 t產(chǎn)品。2種實驗用DSR在這家紙廠的使用效果都不錯，如表2所示。

表2　生產(chǎn)瓦楞芯紙的紙廠的實驗結(jié)果

4　結(jié)論

為了加強聚合物在紙廠漿料中的活性，實驗使用了以不同改性劑改性同一種聚合物所獲得的多種實驗用DSR。實驗結(jié)果表明，這些實驗用DSR同時達到增強紙張干強度和提高產(chǎn)率的功能是可以實現(xiàn)的。

（程小娟編譯）