具有高剪切乳化系統(tǒng)的ASA施膠新技術(shù)

烯基琥珀酸酐（ASA）用于漿內(nèi)施膠時(shí)，常存在乳液穩(wěn)定性差、容易水解等問(wèn)題，這在很大程度上限制了ASA的廣泛應(yīng)用。凱米拉從乳化劑的選擇、高剪切乳化系統(tǒng)的采用以及水解產(chǎn)物的控制等方面改進(jìn)了ASA施膠液的制備技術(shù)，開(kāi)發(fā)出施膠效果良好、副產(chǎn)品極少，并深受施膠劑客戶歡迎的ASA Fennosize AS系列產(chǎn)品。

1 前言

和造紙工業(yè)中的大多數(shù)生產(chǎn)工藝一樣，作為施膠劑的烯基琥珀酸酐（ASA）的性能不僅依賴于產(chǎn)品的化學(xué)性能，而且和添加劑的選擇及乳化方法密切相關(guān)。為了滿足造紙過(guò)程中對(duì)施膠性能的要求，凱米拉設(shè)計(jì)、生產(chǎn)了ASA Fennosize AS系列產(chǎn)品，研發(fā)出了殘留烯烴和低聚物等副產(chǎn)品極少的ASA乳液的制備方法，并取得了專利。為了充分發(fā)揮ASA施膠劑的效果，凱米拉不僅采用了具有高剪切力的乳化系統(tǒng)，而且還完成了對(duì)造紙中使用的ASA性能的重要影響因素的獨(dú)自評(píng)價(jià)。凱米拉利用全球銷售、35年來(lái)積累的經(jīng)驗(yàn)和研發(fā)專業(yè)知識(shí)，對(duì)客戶提供了最佳的ASA Fennosize AS系列產(chǎn)品的施膠配方。

本文將詳細(xì)闡述有關(guān)ASA Fennosize AS系列產(chǎn)品的化學(xué)性能和使用方法的知識(shí)，以及提供的技術(shù)服務(wù)。

2 化學(xué)性質(zhì)

ASA由烯烴和無(wú)水馬來(lái)酸反應(yīng)后生成，見(jiàn)圖1。

圖1 烯基琥珀酸酐的合成

造紙用ASA的化學(xué)性質(zhì)的最大特點(diǎn)是無(wú)水琥珀酸基的反應(yīng)性非常強(qiáng)。無(wú)水琥珀酸的反應(yīng)功能來(lái)自其環(huán)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)在中性或堿性條件下打開(kāi)，與存在于造紙機(jī)濕部的纖維、淀粉、水，以及其他化學(xué)物質(zhì)所擁有的—OH基反應(yīng)。ASA分子的疏水基成分烯基，賦予了紙張施膠性能。傳統(tǒng)造紙用ASA都帶具有疏水性末端的C16～C22的烯烴鏈。在乳化有效的ASA施膠劑時(shí)，存在著“最佳點(diǎn)”。烯烴相對(duì)分子質(zhì)量越低乳化越容易，因?yàn)楫a(chǎn)品濃度較低，容易流送。相反，相對(duì)分子質(zhì)量越高，紙機(jī)濕部和干燥部生成的ASA沉積物越少。

由于無(wú)水琥珀酸基的反應(yīng)性非常強(qiáng)，與其他漿內(nèi)施膠劑相比，ASA具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):

（1）即使烘缸溫度不是特別高，ASA在紙機(jī)上也能迅速硬化；

（2）并非所有ASA都反應(yīng)，ASA有在表面施膠前出現(xiàn)硬化的趨勢(shì)；因此，施膠劑液體有效地流在紙張表面，容易發(fā)揮施膠效果。這與較遲產(chǎn)生施膠效果的AKD相比是一大優(yōu)點(diǎn)。

兼有這些特性的ASA即使與傳統(tǒng)施膠劑相比，也是效果極好，從全球用量大幅度且穩(wěn)定增加，可知ASA的有效性。

ASA化學(xué)性質(zhì)的另一個(gè)特點(diǎn)是容易與水反應(yīng)。ASA與水反應(yīng)，生成帶疏水基（脂肪酸末端）和親水基（羧酸）2個(gè)末端的長(zhǎng)鏈脂肪酸，見(jiàn)圖2。

圖2 ASA施膠劑的反應(yīng)機(jī)理

這一結(jié)構(gòu)體顯示出與大多數(shù)表面活性劑相似的性質(zhì)。如果原液中含有這種結(jié)構(gòu)的ASA，說(shuō)明其具有去施膠劑的作用，并且與造紙白水系統(tǒng)中所含的Al3+、Ca2+和Mg2+形成鹽。由此生成的黏性沉積物在金屬表面和毛毯及刮刀等紙機(jī)剪切點(diǎn)上形成大量沉積物。因鋁鹽的黏性很小，被用作獲得較難沉積的水解物的“捕捉劑”。

據(jù)報(bào)道，在特定的應(yīng)用中使用ASA時(shí)，在某組烘缸罩和內(nèi)壁上發(fā)現(xiàn)了大量ASA沉積物。其黏性隨著烯基相對(duì)分子質(zhì)量的增大而下降。ASA的水蒸氣蒸餾產(chǎn)生的溫度與相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，如分子結(jié)構(gòu)相同，相對(duì)分子質(zhì)量越大，水蒸氣蒸餾溫度越高。

設(shè)計(jì)ASA施膠劑時(shí)，還應(yīng)考慮以下因素。

（1）在存在過(guò)剩烯烴（含1個(gè)雙鍵的碳直鏈）條件下的反應(yīng)中，生成聚合物。如果無(wú)水馬來(lái)酸不足，烯烴發(fā)生自身反應(yīng)，首先，生成二聚物（2個(gè)烯烴基），接著生成低聚物（3～6個(gè)烯烴基），最終生成聚合物（7個(gè)以上烯烴基）。自然，烯烴基的相對(duì)分子質(zhì)量越高，生成的反應(yīng)混合物黏度也越高。

（2）作為反應(yīng)副產(chǎn)物的殘留烯烴，是未反應(yīng)的原料，是在為防止二聚體的形成、控制反應(yīng)條件的情況下產(chǎn)生的。這些殘留物不具有反應(yīng)性，而成為系統(tǒng)內(nèi)的垃圾。

（3）ASA產(chǎn)品的黏度，取決于上述的因素組合，不同的烯烴混合比例和聚合物含有率組合決定了產(chǎn)品具有的特定黏度。黏度對(duì)ASA的乳化性極為重要，需要十分注意。

ASA易與水反應(yīng)，因此廠家買(mǎi)來(lái)的產(chǎn)品為100%的固體，使用時(shí)再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)乳化，要求高效的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和保養(yǎng)。因有可以100%固含量的狀態(tài)出貨這一優(yōu)點(diǎn)，能控制運(yùn)輸費(fèi)用。并且，如能保證產(chǎn)品合適的保存狀態(tài)，使用期限可以變得非常長(zhǎng)。

3 Fennosize

3.1 Fennosize系列

凱米拉是向造紙行業(yè)提供ASA產(chǎn)品的全球最大生產(chǎn)廠商。凱米拉充分認(rèn)識(shí)到，必須研發(fā)在ASA處理、使用時(shí)不出或少出問(wèn)題的ASA產(chǎn)品。

目前，凱米拉已開(kāi)發(fā)出的并已取得專利的ASA Fennosize系列產(chǎn)品的制備方法具有以下特點(diǎn):（1）除了施膠效果很好外，作用特性良好；（2）副產(chǎn)品（殘留烯烴、低聚物）的含量極少。

3.2 有關(guān)ASA Fennosize AS系列產(chǎn)品的知識(shí)

原則上來(lái)說(shuō)，作為穩(wěn)定的ASA乳液制備方法有以下2種。

（1）施加強(qiáng)機(jī)械剪切力，用漿內(nèi)添加淀粉作為乳化劑。該制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn):在系統(tǒng)中不添加施膠劑以外的可能妨礙施膠的化學(xué)物質(zhì)；可以降低施膠劑用量；使用高剪切力的乳化方法。

（2）使用表面活性物質(zhì)作為乳化劑。該制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn):可以使用簡(jiǎn)單的乳化裝置；在不使用漿內(nèi)添加用淀粉的紙廠也可使用ASA施膠劑。

ASA Fennosize AS系列產(chǎn)品的特點(diǎn)是，對(duì)可以用ASA進(jìn)行施膠的文化用紙和紙板來(lái)說(shuō)是最佳的技術(shù)。

（1）在能夠制備良好的ASA乳液的情況下，可以利用所有分子取得良好的施膠性能。烘缸罩內(nèi)的沉積取決于烯烴的混合比例。

（2）與用表面活性劑作為乳化劑的情況進(jìn)行比較，制備高剪切乳液時(shí)不需要二次淀粉添加。ASA與淀粉的比例較低，因淀粉種類而異，通常為1∶1～1∶2。

3.3 ASA Fennosize AS系列產(chǎn)品所需要的乳化設(shè)備

使用不含表面活性劑的ASA施膠劑（Fennosize AS系列）的前提條件是，設(shè)計(jì)出能提供適合于高效施膠品質(zhì)的乳液乳化裝置。經(jīng)過(guò)多年的設(shè)計(jì)改良，凱米拉開(kāi)發(fā)出了圖3所示的Kemitron乳化裝置。該裝置在已獲得專利的乳化頭中具有足夠的剪切力，能高效率地將Fennosize AS系列產(chǎn)品制備成效果良好的施膠乳液。

圖3 Kemitron乳化裝置

3.4 ASA Fennosize AS系列產(chǎn)品與淀粉

凱米拉開(kāi)發(fā)的高剪切乳化技術(shù)與Fennosize AS系列的化學(xué)性質(zhì)相結(jié)合，獲得了穩(wěn)定性極好的淀粉-ASA乳液。不僅降低了淀粉-聚合物與ASA的比例，還大幅度削減了淀粉的成本。使用時(shí)一邊監(jiān)視淀粉-聚合物比例曲線，一邊確定在紙廠使用的淀粉-聚合物成本最佳點(diǎn)，由此，找到最佳施膠性能和乳液穩(wěn)定性時(shí)的理想比例。

4 ASA水解物的控制

ASA與水的反應(yīng)速度極快，因此，不可避免地在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生某種程度的水解。因此，為了在特定紙機(jī)上使用ASA并取得長(zhǎng)期的成功，控制水解物和留著的策略非常重要。根據(jù)凱米拉的經(jīng)驗(yàn)，為了在使用ASA時(shí)不產(chǎn)生沉積物，以下2點(diǎn)是不可或缺的重要事項(xiàng)。

（1）為保持紙機(jī)的高度清潔，高留著率是絕對(duì)不可少的。用Kemitron裝置獲得的Fennosize AS系列施膠液的乳化穩(wěn)定性極高，而與施膠性能有關(guān)的主要決定因素之一是留著率。

（2）Ca2+和Mg2+與ASA水解物反應(yīng)產(chǎn)生黏性沉淀，而Al3+比其他陽(yáng)離子形成的脂肪酸鹽的黏性較低、較脆，生成黏性較低的沉淀物。凱米拉實(shí)施了使用十二水合硫酸鋁鉀（明礬）或APC來(lái)確保生成的水解物大部分是鋁鹽的戰(zhàn)略。凱米拉運(yùn)用這一戰(zhàn)略，即使在硬水條件下使用ASA也獲得了很好的成績(jī)。

為了獲得良好的操作性和應(yīng)用效果，必須充分了解影響水解物形成的主要因素和預(yù)防或控制沉積物的主要措施。

5 凱米拉的實(shí)績(jī)

（1）ASA的全球市場(chǎng)占有率超過(guò)45%，為世界第1。

（2）亞太市場(chǎng)的ASA市場(chǎng)占有率超過(guò)45%，居第1位。

（3）凱米拉的ASA用戶包括120多家工廠或180多臺(tái)紙機(jī)。

（4）擁有35年以上的經(jīng)驗(yàn)。

（5）每年2 500萬(wàn)t以上的紙和紙板使用ASA。

（6）擁有ASA在各種紙張品種中的應(yīng)用要訣。

（7）擁有獨(dú)自的ASA生產(chǎn)及研發(fā)專門(mén)技術(shù)。

（8）擁有獨(dú)自的生產(chǎn)工廠。

（9）能獨(dú)立設(shè)計(jì)ASA裝置。

（10）擁有優(yōu)良的研究開(kāi)發(fā)背景。

6 凱米拉的優(yōu)勢(shì)

（1）凱米拉承諾可以對(duì)產(chǎn)品性能的各個(gè)方面應(yīng)用ASA施膠技術(shù)。

（2）在亞太地區(qū)和歐洲擁有最先進(jìn)的制造工廠。

（3）提供可充分運(yùn)用ASA化學(xué)性質(zhì)所必需的最精良的裝置。

（4）研究、掌握造紙過(guò)程中影響ASA性能的因素，并具備解決這些問(wèn)題的對(duì)策。

（5）熟練的工作人員能得到有關(guān)施膠專家的支持。

7 結(jié)束語(yǔ)

將Fennosize AS系列應(yīng)用引向成功的重要因素，是凱米拉從事這項(xiàng)工作的工作人員的能力。凱米拉從事銷售、應(yīng)用和技術(shù)服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)豐富的職員和研究人員能為造紙企業(yè)量身定做。凱米拉能為從現(xiàn)場(chǎng)工作人員到高級(jí)應(yīng)用專家，甚至全球的施膠專家提供Fennosize解決方案。凱米拉把為造紙行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展作貢獻(xiàn)當(dāng)做自身的榮幸。