新型膠粘物控制劑的開發(fā)

隨著制漿造紙?jiān)现械膹U紙比例不斷增加，廢紙回用過(guò)程中的膠粘物問(wèn)題日益嚴(yán)重，因此在紙張生產(chǎn)過(guò)程中膠粘物的控制技術(shù)顯得尤為重要。該文介紹了日本開發(fā)的新型膠粘物控制劑，其作用效果是：首先是去除膠粘物的黏性；二是分散膠粘物；三是使分散的膠粘物定著在纖維上，與纖維一起排出系統(tǒng)。經(jīng)上機(jī)試驗(yàn)表明，紙漿中添加該新型膠粘物控制劑可以作為將膠粘物排出紙機(jī)系統(tǒng)的一種重要解決辦法。

1 前言

出于環(huán)?？紤]，近年來(lái)，在推進(jìn)無(wú)紙化的同時(shí)，全球廢紙利用率也在不斷上升。隨之，低檔廢紙的使用量年年增加，相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施也變得必不可少。如何在紙張生產(chǎn)過(guò)程中控制主要成分纖維以外的物質(zhì)成了紙機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵之一。纖維以外的物質(zhì)——無(wú)機(jī)物（氫氧化鋁，碳酸鈣等結(jié)垢物質(zhì)）及有機(jī)物（樹脂酸和丙烯酸酯等疏水性黏性物質(zhì)、菌泥等）可能成為樹脂障礙的成分。

本文將介紹最近開發(fā)的新型膠粘物控制劑，這種化學(xué)品具有對(duì)有機(jī)物之一的有機(jī)疏水性膠粘物除黏、微細(xì)化并以無(wú)害狀態(tài)黏附在纖維原料上，與纖維一起排出紙機(jī)系統(tǒng)外的作用。這里所說(shuō)的有機(jī)疏水性膠粘物是指來(lái)自木材的天然物質(zhì)、廢紙和涂布損紙的化學(xué)合成類物質(zhì)的統(tǒng)稱。

2 有機(jī)疏水性膠粘物及其去除

有機(jī)疏水性膠粘物是引起紙張質(zhì)量下降和造紙?jiān)O(shè)備污染等綜合性生產(chǎn)效率下降的物質(zhì)之一。眾所周知，這些物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)只要是低濃度且以膠體狀分散就難以成為樹脂障礙的原因，但受溫度和pH的變化、剪切力和硬度成分等影響，其物理性能變得不穩(wěn)定，如再凝聚，體積變大就會(huì)導(dǎo)致紙病和紙機(jī)污染等各種問(wèn)題。作為其對(duì)策有：通過(guò)壓力篩和氣浮等機(jī)械物理方法去除和用化學(xué)品進(jìn)行分散、除黏等化學(xué)處理方法。前者把產(chǎn)生問(wèn)題根本原因的膠粘物排出系統(tǒng)，后者則是通過(guò)改變膠粘物的性質(zhì)，減少膠粘物再凝聚變大。一般來(lái)講，在紙機(jī)白水封閉循環(huán)條件下，存在著膠粘物和化學(xué)品濃度持續(xù)不斷上升的問(wèn)題。

目前，具有下述作用的膠粘物控制劑均已使用，但在白水封閉循環(huán)條件下未能取得滿意的效果。

（1）分散型膠粘物控制劑：用表面活性劑和陰離子聚合物使膠粘物表面親水化，促進(jìn)在白水系統(tǒng)中的分散，防止凝聚。

（2）溶解型膠粘物控制劑：用溶劑和表面活性劑等溶解黏性物質(zhì)或者使其乳化，防止凝聚。

（3）除黏型膠粘物控制劑：用滑石粉和聚合物等改變膠粘物表面性質(zhì)，降低黏性，防止凝聚。

（4）凝聚型膠粘物控制劑：用陽(yáng)離子聚合物等部分地降低黏性，使膠粘物以微細(xì)狀態(tài)分散定著在纖維上。

（5）酶：用酶分解使膠粘物微細(xì)化的同時(shí)，通過(guò)改變其結(jié)構(gòu)使黏性表面的性質(zhì)發(fā)生變化，防止凝聚。

最近，一直用作解決方案的有同時(shí)使用再凝聚防止型（分散型、溶解型、除黏型和酶）膠粘物控制劑和凝聚劑的膠粘物控制系統(tǒng)，但有時(shí)這2種化學(xué)品用量的調(diào)整比較困難。因此，我們著手開發(fā)了一種同時(shí)兼具分散及除黏效果和防止凝聚效果的新型化學(xué)品——ミラクルピチコン777（以下簡(jiǎn)稱“新型膠粘物控制劑”）。開發(fā)的目標(biāo)是這種新型化學(xué)品能夠降低膠粘物的黏性，并使膠粘物不在烘干部和壓榨部產(chǎn)生問(wèn)題，與纖維一起排出系統(tǒng)。下面介紹新開發(fā)的這種新型膠粘物控制劑的特性。

3 新型膠粘物控制劑

在制漿造紙過(guò)程中因?yàn)槭杷责ば晕镔|(zhì)造成沉積物和機(jī)械障礙的典型物質(zhì)主要有3種：樹脂酸類（來(lái)自木材）、丙烯酸酯類（來(lái)自廢紙）和乙烯醋酸乙烯類（來(lái)自廢紙）。已確認(rèn)該新型膠粘物控制劑對(duì)這些膠粘物的除黏效果。圖1顯示了新型膠粘物控制劑對(duì)各種膠粘物的除黏效果（實(shí)驗(yàn)條件為加熱至溫度50℃、攪拌時(shí)間為1 h）。

圖1 新型膠粘物控制劑對(duì)各種膠粘物的除黏效果

由圖1可知，該新型膠粘物控制劑能降低所有這些來(lái)自木材的樹脂類膠粘物和來(lái)自廢紙的丙烯酸酯類、乙烯醋酸乙烯類膠粘物的黏性，特別是對(duì)丙烯酸酯類保持了較高的除黏率。

接著模擬容易誘發(fā)再凝聚的條件，用添加了大量丙烯酸酯類膠粘物的原料，通過(guò)加熱（溫度為60℃）和攪拌（時(shí)間為1 h）、抄片后觀察膠粘物的表現(xiàn)，結(jié)果如圖2的照片所示。

圖2 添加了大量丙烯酸酯類膠粘物的漿料抄片的顯微鏡照片

由圖2可見，在不添加新型膠粘物控制劑的情況下，紙張表面凝聚了帶黏性的膠粘物，而添加了新型膠粘物控制劑的照片則看不到這些膠粘物的凝聚。

接著，為了確認(rèn)紙張中是否含添加的膠粘物，分析了各抄片中所含膠粘物（粒徑為150 μm以上）。結(jié)果如圖3所示。

結(jié)果顯示，雖然在添加新型膠粘物控制劑的紙中所含膠粘物量與不添加時(shí)相近或更高，但膠粘物沒(méi)有積聚、凝聚，而且黏性降低，均一地分散，定著在紙張?jiān)希ɡw維）上。

另外，對(duì)來(lái)自木材的樹脂類膠粘物以及乙烯醋酸乙烯類膠粘物也進(jìn)行了與前面相同的試驗(yàn)，得到了同樣的結(jié)果。

為了確認(rèn)該新型膠粘物控制劑對(duì)乙烯醋酸乙烯類膠粘物的乳化物產(chǎn)生怎樣的作用，接著對(duì)添加了新型膠粘物控制劑后的乙烯醋酸乙烯類膠粘物的狀態(tài)進(jìn)行了顯微鏡觀察（實(shí)驗(yàn)條件為加熱至溫度50℃、攪拌時(shí)間為1 h；顯微鏡照片為100倍），結(jié)果如圖4所示。

觀察發(fā)現(xiàn)，添加了新型膠粘物控制劑的乙烯醋酸乙烯類膠粘物的粒徑與添加分散型膠粘物控制劑微細(xì)化后的膠粘物粒徑不同，乙烯醋酸乙烯類膠粘物凝聚成一定的粒徑（粒徑為10 μm左右），再定著在纖維上。

圖3 抄片中所含膠粘物量

圖4 新型膠粘物控制劑對(duì)乙烯醋酸乙烯類膠粘物的影響

還對(duì)用乙烯醋酸乙烯類膠粘物進(jìn)行抄片試驗(yàn)的纖維部分（粒徑為150 μm以上）和濾液部分（粒徑為23～150 μm和粒徑為23 μm以下）分別進(jìn)行了膠粘物量分級(jí)分析。結(jié)果如圖5所示[圖中：（a）為不添加膠粘物控制劑的試樣；（b）為添加新型膠粘物控制劑的試樣；（c）為添加分散型膠粘物控制劑的試樣]。

由圖5可見，與添加丙烯酸酯類膠粘物時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果相同，添加該新型膠粘物控制劑時(shí)的膠粘物含量在紙張中的分布最多，而添加分散型膠粘物控制劑時(shí)，濾液中膠粘物分布最多。

圖6顯示了新型膠粘物控制劑對(duì)添加了乙烯醋酸乙烯類膠粘物的影響。

由圖6可見，濾液中粒徑為23 μm以下的膠粘物分布最多

根據(jù)以上結(jié)果表明，新型膠粘物控制劑與各種膠粘物產(chǎn)生作用并且其效果是使某些粒徑的膠粘物脫黏，同時(shí)使其定著在纖維上被帶出系統(tǒng)。

圖5 添加了乙烯醋酸乙烯類膠粘物的漿料抄片及濾液中各粒徑膠粘物分布

圖6 新型膠粘物控制劑對(duì)添加了乙烯醋酸乙烯類膠粘物的影響

4 使用條件

新型膠粘物控制劑具有作用于膠粘物本身，且當(dāng)添加量與膠粘物含量等量時(shí)顯示出最佳效果的特性；不過(guò)，對(duì)某些種類的膠粘物，用1/10的新型膠粘物控制劑添加量也可獲得很好的效果，可根據(jù)添加點(diǎn)和溫度、pH等條件確定適宜的添加量。另外，該新型膠粘物控制劑在高溫、弱堿性條件下使用也能獲得所希望的效果，但pH超過(guò)10后效果將會(huì)降低。表1所示為新型膠粘物控制劑的使用條件。

表1 新型膠粘物控制劑的使用條件

5 紙機(jī)應(yīng)用效果

現(xiàn)在日本幾十家紙廠正使用新型膠粘物控制劑進(jìn)行上機(jī)試驗(yàn)。在一家使用瓦楞廢紙為原料生產(chǎn)瓦楞原紙的紙廠里，取得了烘缸刮刀垃圾降低1/2以上的成績(jī)，并取得了損紙率下降的效果。在其他以瓦楞廢紙為原料的紙廠也取得了白水中的疏水性物質(zhì)含量和濁度下降及造紙器材清洗次數(shù)減少的實(shí)際效果。

6 結(jié)束語(yǔ)

日本國(guó)內(nèi)存在著廢紙?jiān)瞎?yīng)量和質(zhì)量下降等問(wèn)題，另一方面與其他國(guó)家相比，市場(chǎng)對(duì)紙張的品質(zhì)要求卻非常高。在全球追求循環(huán)型社會(huì)目標(biāo)的背景下，預(yù)計(jì)今后紙張生產(chǎn)原料中的廢紙比例將繼續(xù)增加，隨之而來(lái)會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問(wèn)題，雖然機(jī)械物理方面的技術(shù)在進(jìn)步，但我們今后將從化學(xué)處理的角度著手解決這些問(wèn)題，為造紙技術(shù)進(jìn)步和造紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。 （杜駿遠(yuǎn) 編譯）