一種液體干強(qiáng)劑在造紙行業(yè)中的應(yīng)用

王云豐，劉春亮，危陽(yáng)陽(yáng)

（牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司，黑龍江牡丹江 157013）

干強(qiáng)劑是造紙工業(yè)中增加紙張強(qiáng)度的一類(lèi)重要化學(xué)品，能與纖維形成氫鍵結(jié)合的高聚物都可以成為干強(qiáng)劑。干強(qiáng)劑通常用于補(bǔ)償添加填料或低等級(jí)的纖維（如再生纖維）所引起的紙張強(qiáng)度的下降[1]。干強(qiáng)劑基本都是親水性高分子，這些高分子分散在纖維之間增加了纖維間成鍵數(shù)量，從而達(dá)到提高紙張強(qiáng)度的目的。大多數(shù)的干強(qiáng)劑都含有接在主鏈環(huán)上的陽(yáng)離子基團(tuán)，這樣就增加了聚合物和纖維間的結(jié)合力，提高了聚合物的留著性[2-3]。

常用的干強(qiáng)劑有天然聚合物如淀粉及其改性物（如陽(yáng)離子淀粉、陰離子淀粉）、合成聚合物如聚丙烯酰胺、乙二醛聚丙烯酰胺和聚乙烯醇等以及其他水溶性天然產(chǎn)物類(lèi)干強(qiáng)劑[4]。在大多數(shù)情況下,僅加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%～0.35%的該類(lèi)物質(zhì)就可達(dá)到有效的干強(qiáng)效果。我國(guó)目前常用的干強(qiáng)劑以陽(yáng)離子聚丙烯酰胺和改性淀粉為主[5]。

隨著造紙行業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)上干強(qiáng)劑的種類(lèi)很多，效果各異，本文介紹了一種液體干強(qiáng)劑，主要成分為兩性聚丙烯酰胺樹(shù)脂，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試和機(jī)臺(tái)中試進(jìn)行研究，同條件下與傳統(tǒng)的陽(yáng)離子淀粉進(jìn)行比較，驗(yàn)證其對(duì)成紙指標(biāo)的影響。

1 方案設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室小試及機(jī)臺(tái)中試2個(gè)過(guò)程共同研究液體干強(qiáng)劑對(duì)成紙指標(biāo)的影響。在同條件下，助留劑正常使用，與傳統(tǒng)的陽(yáng)離子淀粉作對(duì)比分析，為方便起見(jiàn)，文中加入液體增強(qiáng)劑的成紙定為A樣，加入陽(yáng)離子淀粉的成紙定為B樣。陽(yáng)離子淀粉加入量為每噸紙12 kg，液體增強(qiáng)劑加入量分別為每噸紙8、12 和 16 kg，分別定為 A1樣、A2樣和 A3樣。因?yàn)殛?yáng)離子淀粉和聚丙烯酰胺型助留劑為市場(chǎng)上常規(guī)助劑，以上加入量基本為我公司最優(yōu)工藝，所以不做不同加入量的平行分析。

2 實(shí)驗(yàn)室小試

為了盡量與實(shí)際生產(chǎn)相符合，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所使用的原輔料全部取自機(jī)臺(tái)，填料正常添加，加入量相同，灰分按照16%設(shè)計(jì)，成品定量按照36 g/m2設(shè)計(jì)，陽(yáng)離子淀粉和液體干強(qiáng)劑的加入方式和加入量相同。

實(shí)驗(yàn)紙漿采用針葉木漿和闊葉木漿組成的混合漿，表1、表2和圖1分別為漿料的參數(shù)、混合漿的纖維分析數(shù)據(jù)和混合漿勻整度分析圖。

表1 漿料主要參數(shù)

表2 混合漿纖維分析數(shù)據(jù)

圖1 混合漿纖維的各種長(zhǎng)度及其占比

2.1 陽(yáng)離子淀粉和液體增強(qiáng)劑制備

（1）陽(yáng)離子淀粉濃度按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%制備，使用水浴鍋加熱，正常攪拌，溫度升高至95℃，保溫40 min，為保證使用效果，使用溫度控制在85℃以上；

（2）液體干強(qiáng)劑常溫下使用即可，制備濃度也為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%。

2.2 抄頁(yè)實(shí)驗(yàn)

在同條件下，A樣和B樣各抄頁(yè)15張，檢測(cè)同一物理指標(biāo)時(shí)，確保A樣和B樣的成紙定量相同，以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

為較小誤差，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，抄頁(yè)過(guò)程由同一人完成，所有實(shí)驗(yàn)條件均相同，抄頁(yè)得到成紙檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3（表中各檢測(cè)項(xiàng)目均按相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)）。

表3 抄頁(yè)成紙檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.3 實(shí)驗(yàn)室小試小結(jié)

（1）從抗張強(qiáng)度、挺度、表面強(qiáng)度指標(biāo)分析，A2樣、A3樣均優(yōu)于B樣，說(shuō)明液體干強(qiáng)劑在加入量合適的情況下，對(duì)成紙指標(biāo)的改善效果更好；

（2）觀(guān)察紙面狀態(tài)，A1樣、A2樣與B樣相近，A3樣最差，說(shuō)明液體干強(qiáng)劑加入量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致紙面狀態(tài)變差。

3 機(jī)臺(tái)中試

基于實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果，使用液體干強(qiáng)劑替代陽(yáng)離子淀粉作為造紙干強(qiáng)劑，在成紙指標(biāo)方面有明顯優(yōu)勢(shì)。為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室小試的準(zhǔn)確性以及驗(yàn)證在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的可行性，接著在機(jī)臺(tái)進(jìn)行中試。

3.1 機(jī)臺(tái)中試方案設(shè)計(jì)

定量設(shè)計(jì)為36 g/m2，在同條件下，首先使用陽(yáng)離子淀粉作為增強(qiáng)劑進(jìn)行生產(chǎn)，其他輔料助劑正常添加。運(yùn)行穩(wěn)定后，取樣進(jìn)行檢測(cè)分析，然后更換液體干強(qiáng)劑，運(yùn)行過(guò)程中時(shí)刻觀(guān)察紙面狀態(tài)，是否出現(xiàn)洞眼等紙病，2 h后取樣進(jìn)行檢測(cè)分析。為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中全部使用清水，除網(wǎng)部、干燥部等參數(shù)必須按照實(shí)際情況調(diào)整外，其他各部參數(shù)均保持不變，加入液體干強(qiáng)劑和陽(yáng)離子淀粉的紙樣分別定為A樣和B樣。

3.2 液體干強(qiáng)劑的加入方式與加入量

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果，液體干強(qiáng)劑與陽(yáng)離子淀粉的加入量與加入點(diǎn)相同，在壓力篩之前，均采用連續(xù)添加的方式，加入量為每噸紙12 kg。

3.3 中試過(guò)程

中試過(guò)程中觀(guān)察紙面狀態(tài)和紙病在線(xiàn)系統(tǒng)跟蹤，未發(fā)現(xiàn)因加入液體增強(qiáng)劑而出現(xiàn)洞眼等紙病，紙面狀態(tài)良好。檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4、圖2、圖3和圖4（表和圖中各檢測(cè)項(xiàng)目均按相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)）。

表4 濕部分析數(shù)據(jù)

圖2 中試紙樣的表面強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果比較

4 機(jī)臺(tái)中試小結(jié)

（1） A樣填料存留率和單程留著率均優(yōu)于B樣，說(shuō)明液體干強(qiáng)劑的助留助濾效果更好。

（2）從抗張強(qiáng)度、挺度、表面強(qiáng)度指標(biāo)分析，A樣優(yōu)于B樣，說(shuō)明液體干強(qiáng)劑對(duì)成紙指標(biāo)的改善效果更好，與實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果相同。

圖3 中試紙樣的挺度檢測(cè)結(jié)果比較

圖4 中試紙樣的抗張強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果比較

5 成本分析

液體干強(qiáng)劑與陽(yáng)離子淀粉成本對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 成本對(duì)比表

由表5可見(jiàn)，液體干強(qiáng)劑價(jià)格相對(duì)低，可節(jié)約生產(chǎn)成本。

6 結(jié)論

（1）液體干強(qiáng)劑的助留助濾效果要優(yōu)于陽(yáng)離子淀粉，液體干強(qiáng)劑對(duì)成紙指標(biāo)的改善效果更好。

（2）液體干強(qiáng)劑制備簡(jiǎn)單，對(duì)制備系統(tǒng)要求低，無(wú)需進(jìn)行加熱等處理，并且使用效果不受溫度影響，利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

（3）液體干強(qiáng)劑價(jià)格相對(duì)低，可節(jié)約生產(chǎn)成本，在當(dāng)前造紙行業(yè)中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。