夏季造紙施膠困難的原因與解決方案

孫淑秀鄧佩春陳少平柯炳太李遠(yuǎn)?友吳宗?華（.福建師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院， 福建 福州 350007；.福建師范大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 福建 福州 350007）

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夏季造紙施膠困難的原因與解決方案

孫淑秀1鄧佩春1陳少平1柯炳太1李遠(yuǎn)?友1吳宗?華2
（1.福建師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院， 福建 福州 350007；2.福建師范大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 福建 福州 350007）

摘 要：夏季溫度高，使得漿料濾水性提高，施膠劑留著率降低；且高溫下微生物大量滋生；加之高溫下施膠劑水解加快，從而導(dǎo)致夏季施膠困難。研究發(fā)現(xiàn)有三種方法解決以上困難：使用施膠增效劑、改變?nèi)榛瘎┓N類及使用新型施膠劑。新型施膠劑的施膠效率高，且在高溫下仍有一定的施膠度，是一種新型的施膠劑，能夠很好解決夏季施膠效率低的難題。

關(guān)鍵詞：漿內(nèi)施膠 增效劑 施膠度 水解率

漿內(nèi)施膠是指紙料中加入疏水性物質(zhì)，在造紙濕部采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵浔Ａ粼诶w維上，并使其與纖維結(jié)合交聯(lián)，從而起到提高抗水性和降低滲透能力的作用。現(xiàn)今造紙用漿內(nèi)施膠劑主要有：AKD乳液、ASA和分散松香膠等[1-2]。夏季溫度高，漿料的溫度也升高，隨漿料溫度上升，濾水性提高，施膠劑留著率下降，從而施膠度下降；且溫度高導(dǎo)致微生物滋生加快，由于微生物表面帶負(fù)電，易與鋁離子結(jié)合，故會(huì)降低施膠效果；另外，溫度高也使施膠劑水解加快，影響施膠效果[3-4]。因此，要解決夏季施膠困難是造紙工業(yè)的一個(gè)重要課題。本文研究了溫度高導(dǎo)致施膠難的原因，并提出3個(gè)解決方案，以期提高夏季造紙施膠效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

AKD蠟（1865型），工業(yè)級(jí)，蘇州天馬精細(xì)化學(xué)品股份有限公司；分散松香膠，工業(yè)級(jí)；箱板紙漿，由廢紙箱制備（打漿度40oSR）；非離子型表面活性劑A、陽(yáng)離子型表面活性劑B，工業(yè)級(jí)；PAC，工業(yè)級(jí)，由工廠提供；YSR-2，實(shí)驗(yàn)室自制；三氯化鐵、硫氰酸銨，均為分析純。

1.2 AKD乳液的制備

將AKD蠟加入三口燒瓶中在60±1℃下加熱至其完全熔化，提高轉(zhuǎn)速加入乳化劑AB，攪拌一定時(shí)間后加入YSR-2，預(yù)混合5 min后轉(zhuǎn)入均質(zhì)機(jī)，利用高剪切乳化機(jī)以10 000 r/min高速剪切乳化10 min后，快速冷卻至室溫與膠體保護(hù)劑PAC以9:1共混后制得AKD乳液，乳液固含量為15%。

1.3 紙張的抄取

稱取計(jì)算量的濕紙漿，放入高速攪拌機(jī)中，加入一定量的自來(lái)水配成紙漿濃度0.4%，按照紙張定量為100 g/m2取出一部分加入施膠劑，在抄片器上抄取定量為100 g/m2的紙片，濕紙片在105℃下烘干20 min后測(cè)定紙張的施膠度。

1.4 乳液粒徑分布測(cè)定

取一定量的施膠劑在Mastersize 2000型激光粒度分析儀上測(cè)定乳液平均粒徑大小和粒徑分布。

1.5 施膠度的測(cè)定

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5405—2002，采用液體滲透法測(cè)定紙張施膠度。

1.6 紫外測(cè)定乳液水解率

將待測(cè)乳液稀釋至同一濃度后于50℃下恒溫放置20 h，移取等量的乳液，快速風(fēng)干后進(jìn)行真空干燥。待完全干燥后，加入等量的三氯甲烷密封抽提足夠時(shí)間后，濾掉殘?jiān)?，將濾液用于紫外測(cè)定，通過(guò)測(cè)得吸光度求出乳液水解率。

2 結(jié)果與討論

主要的解決方案有以下三方面：

2.1 使用施膠增效劑

由圖1可以看出，AKD乳液在25 ℃時(shí)，施膠度為19 s，使用增效劑后施膠度有較大的變化，最高達(dá)到67 s，其中增效劑Ⅰ的作用最明顯，其次是增效劑Ⅱ，增效劑Ⅲ對(duì)AKD乳液沒(méi)有增效作用。主要是因?yàn)樵鲂?、Ⅱ中含有部分的植物油，植物油有很好的疏水性，加入后能夠提高施膠度。

圖1 不同增效劑對(duì)AKD乳液的增效作用

由圖1還可看出，隨著增效劑Ⅰ和增效劑Ⅱ添加量的增加，施膠度減小。主要原因是增效劑中有部分的表面活性劑，隨著增效劑添加量的增大，表面活性劑用量也增大，導(dǎo)致其中親水性基團(tuán)增大，從而使得施膠度降低[5]。但是，在較低的添加量時(shí)，增效劑Ⅰ和增效劑Ⅲ的使用對(duì)紙張的疏水性有顯著提高。

在高溫下，AKD水解速度加快且施膠劑的留著率下降，導(dǎo)致施膠效果降低[6]。由圖2可以看出，溫度升高，AKD乳液的施膠度降低，在50℃時(shí)施膠度為0 s；但是在使用增效劑后，施膠度最高達(dá)到81 s，比25℃時(shí)的AKD乳液的施膠度高，說(shuō)明增效劑Ⅰ在高溫下對(duì)AKD乳液有很好的增效作用。

2.2 改變?nèi)榛瘎┙Y(jié)構(gòu)

上述研究的結(jié)果表明，溫度升高導(dǎo)致乳化劑脫附是夏季造紙施膠難的主要原因之一，選用與膠粒結(jié)合力強(qiáng)的高分子表面活性劑是解決方案之一。本項(xiàng)目研究中發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)乳化劑YSR-2與低分子表面活性劑復(fù)合物AB在乳化時(shí)對(duì)膠粒起到很好的保護(hù)作用，且大幅提高 AKD乳液的穩(wěn)定性[7]。

圖2 增效劑Ⅰ在不同溫度下對(duì)AKD的增效作用

圖3為不同復(fù)合比例的YSR-2/AB乳化所得的乳液稀釋后于50℃下放置20 h測(cè)定乳液的水解率。隨著YSR-2用量從80%下降到30%，AKD乳液的水解率不斷升高，從44%上升到71%。圖4為利用紫外光譜測(cè)定放置兩個(gè)月乳液的水解量（以三氯甲烷為溶劑），從圖4中可以看出，241 nm為AKD的紫外特征吸收峰，隨著YSR-2用量的減少，在241 nm處的吸收值降低，表明乳液中AKD的量減少，即AKD的水解增加。這可能是，YSR-2的加入對(duì)膠粒起到了很好的保護(hù)作用，很大程度的降低了乳液的水解， 從而提高了乳液的施膠率。

圖3 復(fù)合乳化劑組成對(duì)乳液水解率影響

圖4 復(fù)合乳化劑組成對(duì)乳液自身AKD水解量的影響

通過(guò)上述試驗(yàn)表明，復(fù)合YSR-2/AB能夠減慢AKD的水解，提高乳液的施膠率。另一方面，YSR-2生物質(zhì)乳化劑的價(jià)格低于乳化劑AB的價(jià)格的1/2，在保持工廠原有的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，不僅可以直接利用玉米淀粉制得了性能良好的AKD乳液，同時(shí)也極大地降低了AKD的生產(chǎn)成本。

2.3 使用新型施膠劑

現(xiàn)今的施膠劑仍存在很多缺點(diǎn)，無(wú)法很好地滿足工業(yè)需求。因此，造紙工業(yè)迫切需要開(kāi)發(fā)一種新型的施膠劑。由表1可以看出，在常溫下，本項(xiàng)目研制的新型施膠劑的施膠度要大于AKD乳液和分散松香膠；在50℃下，AKD乳液和分散松香膠沒(méi)有施膠度，但新型施膠劑仍然具有一定的施膠效果；加大施膠劑用量后，新型施膠劑的施膠度仍然要大于AKD乳液和分散松香膠，表明新型施膠劑的施膠效果要優(yōu)于二者。所以，新型施膠劑可以很好地用于造紙施膠工業(yè)，施膠效率高、耐高溫，是一種高效的施膠劑，可以很好地解決夏季施膠困難的難題。

表1 新型施膠劑的施膠效果

3 結(jié)束語(yǔ)

夏季施膠困難可以通過(guò)以上3種方法解決：增加施膠劑的用量、改變?nèi)榛瘎┓N類及使用新型施膠劑。本項(xiàng)目研制的AKD施膠增效劑、AKD乳化用生物質(zhì)乳化劑和新型施膠劑的施膠效率高，且在高溫下仍有較高的施膠度，能夠解決夏季施膠效率低的難題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳啟杰. 淺談幾種中性施膠劑[J]. 黑龍江造紙. 2002(4):33-35.

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[7] 鄧佩春. AKD乳液的組成與性能的研究[D]. 福州:福建師范大學(xué).2013:50-52.

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(201201196)

作者介紹：

孫淑秀（1990—） 女 碩士研究生在讀 主要研究方向：精細(xì)化學(xué)品。

通訊聯(lián)系人:

陳少平 教授 研究方向: 精細(xì)化學(xué)品化學(xué).

Tel: 13509351963;

E-mail:chenshpn@fjnu.edu.cn.

共同通訊聯(lián)系人:

吳宗華 教授 研究方向: 高分子界面科學(xué)。

Tel:13625083702;

E-mail:wuzonhua@fjnu.edu.cn.

The Reasons and Solutions of Low Sizing efficiency in Summer

SUN Shuxiua,DENG Peichuna,CHEN Shaopinga,KE Bingtaia,LI Yuanyoua,WU Zonghuab
(aCollege of Chemistry and Chemical Engineering,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China; bCollege of materials science and Engineering, Fujian Normal University,Fuzhou350007,China)

Abstract:As the summer temperatures are high, the paper pulp drainability increased, sizing retention rate decreased; and in the high temperature microbes are infested; coupled with sizing hydrolysis accelerate in the high temperature, leading to difficulties in sizing. In the articles，three ways to solve this problem: the use of efficiency agent in sizing, the change of type of emulsifiers and use of new sizing. The efficiency of new sizing is high, and at high temperatures is still a certain degree of sizing, is a new type of sizing agent, it can be a good solution to the problem of low sizing efficiency in summer.

Keywords:sizing in the pulp; efficiency agent in sizing; sizing degree; hydrolysis rate

基金項(xiàng)目: