PAE濕強(qiáng)劑在食品包裝用紙中的應(yīng)用實(shí)例

陸玲娟 劉趙華 徐李鵬

(浙江普瑞克特種紙有限公司,浙江嘉興, 314000)

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·紙張濕強(qiáng)劑應(yīng)用·

PAE濕強(qiáng)劑在食品包裝用紙中的應(yīng)用實(shí)例

陸玲娟 劉趙華 徐李鵬

PAE(聚酰胺環(huán)氧氯丙烷)濕強(qiáng)劑不含甲醛,其中部分高凈度的產(chǎn)品適用于食品用紙的生產(chǎn)，但與普通產(chǎn)品相比,其價(jià)格昂貴、總體添加量偏高,如何最大限度地發(fā)揮其效果,對(duì)成本控制至關(guān)重要。本文以浙江普瑞克特種紙有限公司在茶葉袋紙生產(chǎn)中PAE濕強(qiáng)劑的應(yīng)用為例,探討如何優(yōu)化其使用。

PAE；濕強(qiáng)劑；食品包裝用紙；濕部化學(xué)環(huán)境監(jiān)控

(* E-mail: LLJ@purico.cn)

茶葉袋紙因使用的需要,成紙要求較高的濕強(qiáng)度；一般通過(guò)在抄造過(guò)程中添加濕強(qiáng)劑實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。目前常用的脲醛樹(shù)脂(UF)和三聚氰胺甲醛樹(shù)脂(MF)等類(lèi)聚合物濕強(qiáng)劑,因其本身含有甲醛成分,對(duì)環(huán)境和人體健康均有一定的危害,不適用于食品包裝用紙[1]。PAE類(lèi)濕強(qiáng)劑(聚酰胺聚胺表氯醇樹(shù)脂類(lèi)聚合物)不含甲醛,能適應(yīng)日益嚴(yán)格的食品包裝用紙的需要。

浙江普瑞克特種紙有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)本公司)在茶葉袋紙生產(chǎn)中使用的是經(jīng)FDA認(rèn)證的、高凈度的能用于食品包裝行業(yè)的商用產(chǎn)品Giluton1100/37N(BK Giulini公司出品，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為1100/37N)。但凈度的提高也帶來(lái)了濕強(qiáng)增強(qiáng)效果降低的負(fù)面效應(yīng),而1100/37N的總體添加量較多，且1100/37N單價(jià)昂貴,因此添加量的多少顯著影響最終產(chǎn)品的成本。本文以1100/37N在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用為例,討論如何優(yōu)化其使用條件,發(fā)揮其最佳的濕強(qiáng)增強(qiáng)效果。

1 作用機(jī)理和產(chǎn)品特性

1.1 作用機(jī)理

PAE樹(shù)脂含有胺基、環(huán)氧基和氮雜丁烷型陽(yáng)離子,而纖維表面有羥基、醛基和羧基等反應(yīng)基團(tuán)。PAE樹(shù)脂分子與纖維表面反應(yīng)基團(tuán)產(chǎn)生交聯(lián)作用。

一般認(rèn)為濕強(qiáng)劑增強(qiáng)機(jī)理一種是“均交聯(lián)”機(jī)理，這種機(jī)理認(rèn)為所加的樹(shù)脂部分沉積于纖維之間或吸附于纖維表面,當(dāng)紙張干燥時(shí),這些樹(shù)脂相互交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。另一種是“共交聯(lián)”理論，這種理論認(rèn)為濕強(qiáng)劑樹(shù)脂的初期是一種低相對(duì)分子質(zhì)量能溶于水的樹(shù)脂,加入紙漿后滲入至纖維的表面和內(nèi)部,與纖維分子發(fā)生有效的交聯(lián)[2-3]。

1.2 產(chǎn)品特性

1100/37N為一種淺黃色透明液體,固含量約為15%,pH值3左右,為陽(yáng)離子型，對(duì)纖維有較強(qiáng)的吸附能力。需要注意的是該產(chǎn)品保質(zhì)期短,即使在保質(zhì)期內(nèi),產(chǎn)品的使用效果也會(huì)隨著溫度的升高而下降。供應(yīng)商承諾的是20℃的溫度時(shí)能貯存3個(gè)月以上，但實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)是：在南方炎熱的夏季,當(dāng)貯存溫度超過(guò)35℃時(shí),產(chǎn)品的最佳使用期僅有1個(gè)月的時(shí)間。如果不能低溫存放,只能盡量降低庫(kù)存量,要求供應(yīng)商更高頻次的提供新鮮產(chǎn)品。

2 添加方法和位置

2.1 添加方法

添加前先對(duì)濕強(qiáng)劑進(jìn)行稀釋?zhuān)?100/37N與水的比例為1∶10。最好使用去離子水、自來(lái)水次之,盡量避免使用回用水，因回用水中的離子和細(xì)小纖維在稀釋過(guò)程中與濕強(qiáng)劑的結(jié)合會(huì)降低產(chǎn)品的活性。實(shí)踐證明，與使用回用水相比，使用去離子水時(shí)濕強(qiáng)劑用量可降低6%左右。

生產(chǎn)中將濕強(qiáng)劑的添加接入DCS控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了可視化、自動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控,提升了控制精度。

2.2 添加位置

通常來(lái)說(shuō)隨著打漿度的增加,纖維的表面積增加,對(duì)濕強(qiáng)劑的吸附更強(qiáng)。因此,濕強(qiáng)劑通常添加在打漿之后,如高位箱、紙機(jī)漿池或沖漿泵等處。具體的添加位置,可以結(jié)合反應(yīng)時(shí)間、剪切破壞以及吸附效果綜合選定。實(shí)際使用結(jié)果顯示，本公司生產(chǎn)過(guò)程中在高位箱處的添加應(yīng)用效果最佳。

3 濕部化學(xué)環(huán)境的監(jiān)控

在實(shí)際生產(chǎn)中主要從pH值、電荷需求量以及Zeta電位三方面對(duì)濕強(qiáng)劑的影響進(jìn)行監(jiān)控。

對(duì)于生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析,基于下列前提：

(1)鑒于公司正常生產(chǎn)時(shí)在嚴(yán)格的工藝控制條件下,濕強(qiáng)劑添加前的濕部化學(xué)環(huán)境相對(duì)比較穩(wěn)定,以下著重于探討濕強(qiáng)劑用量受這三方面的影響情況。需要說(shuō)明的是,如果生產(chǎn)情況不穩(wěn)定,需要綜合考慮添加前后的變化情況。

(2)公司一直將最終成紙的濕強(qiáng)度穩(wěn)定在一個(gè)很窄的范圍內(nèi),因此以下不同生產(chǎn)條件下,最終的成紙質(zhì)量差異忽略不計(jì)。

3.1 pH值

圖1為濕強(qiáng)劑用量與pH值的關(guān)系。圖1數(shù)據(jù)表明,在接近中性的條件下,濕強(qiáng)劑的用量較少,即PAE樹(shù)脂的濕增強(qiáng)效果最佳、使用效果最好；一般將pH值控制在6~8的范圍內(nèi)。因?yàn)闈{料系統(tǒng)的pH值對(duì)纖維素的功能基團(tuán)如羧基的電離狀態(tài)有較大的影響,因而將對(duì)帶負(fù)電荷的纖維與帶正電荷的PAE樹(shù)脂的相互吸附作用產(chǎn)生影響。圖1表明,實(shí)際生產(chǎn)將pH值控制在7.5附近，1100/37N用量最少。

圖1 濕強(qiáng)劑用量與pH值的關(guān)系

3.2 陽(yáng)離子電荷需求量

紙機(jī)系統(tǒng)采用電荷測(cè)定儀(PCD)來(lái)檢測(cè)紙漿中的溶解電荷。系統(tǒng)中細(xì)小纖維含量高,系統(tǒng)電荷就偏高(纖維電荷帶負(fù)點(diǎn))，則會(huì)影響紙機(jī)的運(yùn)行和造紙化學(xué)品的使用效率。尤其是使用損紙配漿時(shí),可考慮配漿前,預(yù)先洗去損紙中的細(xì)小纖維或添加陽(yáng)離子化學(xué)品進(jìn)行中和。

圖2為濕強(qiáng)劑用量與電荷需求量的關(guān)系。從圖2可看出，濕強(qiáng)劑用量隨著陽(yáng)離子需求量的減小而降低；從圖2可見(jiàn)，將陽(yáng)離子需求量控制得越低，濕強(qiáng)劑用量越少。

圖2 濕強(qiáng)劑用量與陽(yáng)離子需求量的關(guān)系

3.3 Zeta電位

Zeta電位是表征膠體分散系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[4]。

生產(chǎn)實(shí)踐表明,將Zeta電位控制在負(fù)值或接近0時(shí),濕強(qiáng)劑使用效果更好。過(guò)量添加PAE濕強(qiáng)劑達(dá)不到提高濕強(qiáng)度的效果,相反,還會(huì)使紙張的干濕強(qiáng)度有所降低,這與漿料系統(tǒng)的Zeta電位的改變有關(guān)。在未加入PAE濕強(qiáng)劑時(shí),漿料系統(tǒng)的Zeta電位為負(fù)值,但當(dāng)PAE濕強(qiáng)劑添加到漿料中后,由于電中和作用,漿料的Zeta電位將接近于零,如再增加PAE濕強(qiáng)劑的用量,漿料系統(tǒng)的Zeta電位將由0轉(zhuǎn)為正值,使PAE濕強(qiáng)劑的留著率有所降低,并導(dǎo)致漿料嚴(yán)重絮凝,影響成紙勻度,從而影響紙張強(qiáng)度。

圖3為濕強(qiáng)劑用量與Zeta電位的關(guān)系。圖3表明,Zeta電位越接近0,濕強(qiáng)劑用量越少。

圖3 濕強(qiáng)劑用量與Zeta電位的關(guān)系

4 成紙熟化和濕強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量

PAE樹(shù)脂是一種熱固性樹(shù)脂,添加了PAE樹(shù)脂的紙張必須經(jīng)過(guò)加熱干燥才能獲得很好的濕增強(qiáng)效果[5]。生產(chǎn)實(shí)踐證明,紙張經(jīng)一般造紙過(guò)程的烘缸加熱干燥,PAE樹(shù)脂即可獲得較好的固化,但紙張下機(jī)時(shí)的PAE樹(shù)脂尚未完全熟化,需放置一定時(shí)間(一般為0.5個(gè)月左右)才能完全熟化。但下紙機(jī)時(shí)需要立即對(duì)濕強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

生產(chǎn)中測(cè)量?jī)蓚€(gè)濕強(qiáng)度：即時(shí)濕強(qiáng)度(A1)和熟化后的濕強(qiáng)度(A2)。A2的測(cè)量,是使用烘箱加熱加速熟化,是自然熟化的加速模擬版。實(shí)踐對(duì)比表明,在105℃烘箱內(nèi)加熱10 min能達(dá)到同等的自然熟化的最終濕強(qiáng)度。而A1與A2之比即為濕強(qiáng)度的熟化系數(shù),可作為干燥溫度控制的輔助參數(shù),通?？刂圃?5%～95%之間。

5 損紙的回用

紙張剛下紙機(jī)時(shí)并未立即達(dá)到最終濕強(qiáng)度,因此損紙回用應(yīng)該盡快進(jìn)行。在熟化期內(nèi),損紙貯存時(shí)間越短,越易碎解。

碎解時(shí)，向碎漿機(jī)內(nèi)通蒸汽，控制碎解溫度在(85±5)℃范圍內(nèi),并添加NaOH將pH值控制在9以上,同時(shí)輔以專(zhuān)用的濕強(qiáng)劑解離劑(Break up K)。碎解0.5 h后,加Al2(SO4)3調(diào)節(jié)pH值到中性,碎解完成。 后續(xù)再采用高頻疏解機(jī)低功率、多次循環(huán)疏解損紙,直至取樣未發(fā)現(xiàn)漿團(tuán)方可配漿使用。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)PAE濕強(qiáng)劑貯存溫度的控制、添加前先凈水稀釋、濕部化學(xué)環(huán)境的優(yōu)化和烘干溫度的控制可最大限度地發(fā)揮1100/37N濕強(qiáng)劑增強(qiáng)效果；經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)優(yōu)化,濕強(qiáng)劑用量降低了23%,節(jié)約了生產(chǎn)成本,進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] ZHOU Jing-hui, Wu Xing-e. Progress of Wet Strength Agent for Paper Making[J]. China Pulp & Paper, 2004, 23(9)： 49.

周景輝, 吳星娥. 造紙濕強(qiáng)劑的進(jìn)展[J]. 中國(guó)造紙, 2004, 23(9)： 49.

[2] YANG Jing, LI Xiao-rui. Study of the Effect of Upgraded MF on Wet Strength of Paper[J]. China Pulp & Paper, 2005, 24(9)： 10.

楊 驚, 李小瑞. 改性三聚氰胺甲醛樹(shù)脂提高紙張濕強(qiáng)度的研究[J]. 中國(guó)造紙, 2005, 24(9)： 10.

[3] ZHANG Guang-hua. Principle and Application of Wet End Chemical[M]. Beijing: China Light Industry Press, 1998.

張光華. 造紙濕部化學(xué)原理及其應(yīng)用[M]. 北京： 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 1998.

[4] WANG Zhi-jie, DONG Xian-Min. Study of Wet End Chemical Factors on Zeta Potential[J]. Journal of Shaanxi University of Science & Technology, 2006(3)： 1.

王志杰, 董現(xiàn)敏. 造紙濕部環(huán)境因素對(duì)Zeta電位影響的研究[J]. 陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, (3)： 1.

[5] LIU Jian-lin ,WANG Li-jun, WANG Teng. Measurement and Analysis of Zeta Potential and Demand for Charge[C]//2008 National Papermaking Chemicals Application Development Technology Seminar Corpus, 2008.

(責(zé)任編輯：常 青)

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An Application Example of PAE as Wet Strength Agent for Food Packaging Paper

LU Ling-juan*LIU Zhao-hua XU Li-peng

(ZhejiangPuricoSpecialityPaperCo.,Ltd.,Jiaxing,ZhejiangProvince, 314000)

Some wet strength agents with very high cleaness mainly containing PAE, could be used for food packaging paper production, since they are formaldehyde free. However they are very expensive and applied dosage is much higher than the normal wet strength agents, therefore their application will effect on the final product cost control. This article discussed how to utilize this kind of wet strength agent based on the practical experience.

PAE; wet strength agents； food packaging paper; monitor of wet end chemical environments

陸玲娟女士，工程師；主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品質(zhì)量和工藝控制工作。

(浙江普瑞克特種紙有限公司,浙江嘉興, 314000)

TS727+.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.01.015

2015- 08-11(修改稿)