烯基琥珀酸酐施膠劑在造紙生產(chǎn)中的應(yīng)用探討

于娟娟，賈文玲，張勇峰，王來芝，許慧敏

（山東世紀(jì)陽光紙業(yè)集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心，山東 濰坊 262400）

烯基琥珀酸酐（ASA）作為一種中堿性施膠劑，目前在造紙中得到了廣泛的應(yīng)用，其施膠作用的發(fā)揮主要是通過ASA中的羧酸酐與纖維素、半纖維素的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)形成酯鍵，使分子定向排列，碳?xì)滏溵D(zhuǎn)向紙頁外面而賦予紙頁疏水性，因而施膠熟化時(shí)間短，紙張下機(jī)即可取得良好的施膠效果，但在與纖維相互作用的同時(shí)，其與水的作用，水解物為二羧酸，存在易水解、在纖維上留著率低等缺點(diǎn)，因此ASA乳化性能以及抄造過程中工藝參數(shù)的控制都需注意。

本文通過實(shí)驗(yàn)探討了ASA應(yīng)用過程中的乳化條件、加添順序、填料用量和熟化時(shí)間等抄造工藝方面對(duì)施膠效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料

漂白硫酸鹽漿（BKP），配比為針葉木漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%+闊葉木漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%，打漿度38°SR；國內(nèi)廢舊瓦楞箱紙板（OCC）漿料；麥草機(jī)械漿；均為山東世紀(jì)陽光紙業(yè)集團(tuán)有限公司（以下簡稱“公司”）自產(chǎn)。ASA，國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)；陽離子淀粉，取代度分別 0.02、0.035和 0.045，國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)；60級(jí)碳酸鈣，公司自產(chǎn)；助留劑陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)；硫氰酸銨，分析純；三氯化鐵，分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

凱塞法紙頁成型器，RK-2A型，法國PTA集團(tuán)；電熱恒溫干燥箱，202-1型，上海錦屏儀器儀表有限公司通州分公司；旋片式真空泵，2XZ-05型，淄博鈺馬泵業(yè)有限公司；表面吸收重量測定儀，ZBK-100型，山東造紙工業(yè)技術(shù)開發(fā)公司；數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī)，F(xiàn)J200-SH型，上海標(biāo)本模型廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1 ASA與AKD施膠性能對(duì)比

取車間BKP成漿池漿料，按照目前生產(chǎn)實(shí)際的加入點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)：稱取質(zhì)量相當(dāng)于紙頁抄造定量80 g/m2的漿料攪拌60 s加入噸漿陽離子淀粉10 kg攪拌60 s漿料稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的上網(wǎng)濃度攪拌60 s加入噸漿碳酸鈣150 kg攪拌60 s加入噸漿分別為 1.0、1.3、1.6、1.9、2.2 和 2.5 kg 的 ASA攪拌60 s加入相對(duì)于絕干漿料0.3%的CPAM攪拌10 s使用凱塞法紙頁成型器抄片，檢測成紙抗水性以及加入噸漿為2.5 kg的ASA時(shí)不同熟化時(shí)間的施膠效果。

使用相同的BKP成漿池漿料，按照上述模擬試驗(yàn)步驟，加入噸漿分別為 5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0和38.0 kg的AKD替代ASA時(shí)的成紙抗水性以及加入噸漿為25 kg的AKD時(shí)不同熟化時(shí)間的施膠效果。

1.3.2 濕部填料及輔料加入順序?qū)κ┠z效果的影響

按照各輔料加入量不變，使用BKP漿料試驗(yàn)陽離子淀粉、碳酸鈣、ASA和CPAM不同加入順序?qū)κ┠z性能影響。陽離子淀粉按照噸漿8 kg的用量在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%的濃漿中加入，碳酸鈣按照噸漿150 kg的用量在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的稀漿中加入。

1.3.3 乳化性能對(duì)施膠效果影響

實(shí)驗(yàn)室條件下，試驗(yàn)陽離子淀粉取代度、糊化后溫度以及ASA與陽離子淀粉乳化比例、乳化pH對(duì)施膠效果的影響，將ASA與不同取代度的陽離子淀粉在高速分散勻質(zhì)機(jī)中，控制乳化比例、溫度、pH等參數(shù)進(jìn)行乳化效果的對(duì)比，乳化pH通過檸檬酸調(diào)整。

1.3.4 漿料種類對(duì)施膠效果的影響

按照試驗(yàn)的最佳乳化條件，對(duì)比ASA應(yīng)用于麥草機(jī)械漿與OCC漿時(shí)施膠效果。1.3.5 測試分析方法

（1）紙頁的抄造成型及強(qiáng)度檢測按照GB/T 24326—2009《紙漿 物理試驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)室紙頁的制備快速凱塞法》及GB/T 24323—2009《紙漿 實(shí)驗(yàn)室紙頁物理性能的測試》。

（2）實(shí)驗(yàn)中涉及施膠度測試按照GB/T 1540—2002《紙和紙板吸水性的測定 可勃法》及GB/T 460—2008《紙 施膠度的測定》中方法B：液體滲透法。

2 結(jié)果與討論

2.1 ASA與AKD施膠性能對(duì)比

圖1表示了ASA、AKD施膠效果隨著用量增加的作用趨勢。

圖1 Cobb法檢測AKD/ASA施膠劑不同用量的施膠效果趨勢

由圖1可知，在成紙灰分15%的實(shí)驗(yàn)條件下，AKD噸漿用量10.0 kg與噸漿ASA用量1.5 kg的Cobb值接近，AKD用量增加初期即可得到較好的施膠效果，后續(xù)隨著用量增加施膠效果緩慢提高，而ASA隨用量增加施膠效果均勻增加，但ASA最終無法達(dá)到AKD的高施膠效果。

圖2表示了三氯化鐵-硫氰酸銨液體滲透法檢測的抗水時(shí)間曲線。

圖2 滲透法檢測AKD/ASA施膠劑不同用量的施膠效果趨勢

由圖2可知，滿足相同Cobb值的AKD、ASA用量時(shí)，使用ASA滲透時(shí)間明顯少于AKD，即原紙使用ASA實(shí)現(xiàn)的施膠效果會(huì)存在透點(diǎn)問題。

圖3顯示了分別加入噸漿為2.5 kg的ASA和加入噸漿為25.0 kg的AKD時(shí)不同熟化時(shí)間紙頁的施膠效果。

圖3 不同熟化時(shí)間紙頁的施膠效果

由圖3可見，使用AKD施膠的紙頁抄造完成后施膠性能隨著時(shí)間的增加逐漸提高，而ASA抄造完成后即可達(dá)到較好的施膠效果。

因此使用ASA抄造時(shí)通過低的用量即可實(shí)現(xiàn)較好的施膠效果，但相比AKD其不適宜在重施膠紙頁中使用。

2.2 濕部填料及輔料加入順序?qū)κ┠z效果的影響

表1顯示了濕部填料及輔料加入順序?qū)κ┠z效果的影響。

表1 濕部填料及輔料加入順序?qū)κ┠z效果的影響

由表1可見：濕部填料及助劑的加入順序?qū)堩摰氖┠z效果也有很大影響，其中3號(hào)實(shí)驗(yàn)，陽離子淀粉在濃漿中加入后，模擬紙機(jī)沖漿至上網(wǎng)濃度后加入ASA，ASA與漿料混合后加入碳酸鈣、助留劑，其施膠效果最好，因陽離子淀粉的加入中和了漿料中陰離子垃圾，使ASA可以較好地被纖維吸附，進(jìn)而提高了ASA的利用率；2號(hào)實(shí)驗(yàn)，一方面漿料在未經(jīng)任何陽電性輔料處理的情況先加入ASA，部分ASA被漿料中細(xì)小組分以及陰離子垃圾等物質(zhì)吸附，ASA的有效利用率被降低，另一方面ASA過早地加入，在系統(tǒng)中停留時(shí)間增加導(dǎo)致水解影響施膠效果；1號(hào)實(shí)驗(yàn)的ASA加入點(diǎn)雖然比較靠近上網(wǎng)位置，ASA水解速率降低，但因在碳酸鈣之后加入，造成ASA被碳酸鈣吸附，實(shí)際抄造過程中碳酸鈣留著率僅為50%左右，導(dǎo)致ASA大量流失，使ASA的留著下降，因而施膠度明顯降低。

圖4顯示了填料碳酸鈣用量對(duì)施膠效果的影響。

圖4 填料用量對(duì)施膠效果的影響

由圖4可以看出，隨著碳酸鈣用量的增加，更多的ASA膠料吸附到碳酸鈣填料上，碳酸鈣填料的流失導(dǎo)致ASA留著的降低，從而降低了ASA的施膠效果。

2.3 ASA乳化性能對(duì)施膠效果影響

圖5表示了ASA與陽離子淀粉不同乳化比例（質(zhì)量比）時(shí)的施膠效果。

圖5 ASA與陽離子淀粉不同乳化比例對(duì)施膠效果的影響

由圖5可見：一定比例范圍內(nèi)陽離子淀粉比例越高，施膠效果越明顯，達(dá)到一定的比例后繼續(xù)增加陽離子淀粉比例，施膠效果變化不明顯甚至有降低趨勢；實(shí)驗(yàn)中使用0.045取代度的陽離子淀粉，且m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶4時(shí)施膠效果最優(yōu)。實(shí)際生產(chǎn)過程中將乳化比例自m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶2調(diào)整為 m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶4后，成紙施膠效果明顯提升，這與陽離子淀粉本身的電性、取代度性質(zhì)決定。實(shí)驗(yàn)過程中，按照相同操作方法試驗(yàn)取代度0.035的陽離子淀粉，乳化比例m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶5時(shí)施膠效果優(yōu)于乳化比例 m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶4，可見滿足相同的施膠效果陽離子淀粉取代度越低乳化所需的陽離子淀粉比例越高，會(huì)造成乳化成本的上升。由圖5還可知，陽離子淀粉比例越高有利于紙頁強(qiáng)度的提高，在作為乳化劑使用的同時(shí)發(fā)揮了其增強(qiáng)作用，因此使用不同性質(zhì)陽離子淀粉乳化ASA時(shí)，需進(jìn)行最佳乳化比例的對(duì)比選擇。

圖6和圖7分別表示了陽離子淀粉與ASA乳化過程中的溫度以及pH對(duì)施膠效果的影響。

圖6 乳化溫度對(duì)施膠效果的影響

圖7 乳化pH對(duì)施膠效果的影響

由圖6和圖7可見，乳化pH在4.0～5.0，乳化溫度45℃以下時(shí)施膠效果最好，因ASA在堿性條件下有利于施膠效果的發(fā)揮，但同時(shí)會(huì)造成ASA的加速水解，且乳化溫度越高同樣會(huì)造成ASA的水解加速，因此乳化過程中加入檸檬酸或者聚合氯化鋁（PAC）控制合理的pH以及乳化后進(jìn)行熱交換來控制乳化溫度來實(shí)現(xiàn)更好的施膠效果。

表2顯示了陽離子淀粉取代度對(duì)施膠效果的影響。

表2 陽離子淀粉取代度對(duì)施膠效果的影響

由表2可見，陽離子淀粉取代度越高施膠效果越明顯，實(shí)際檢測取代度越高的陽離子淀粉乳化后ASA粒徑越小，越有利于ASA施膠效果的發(fā)揮。

2.4 漿料種類對(duì)施膠效果影響

表3 漿料種類對(duì)施膠效果影響

通過日常實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：漿料細(xì)小組分越少，潔凈度越高的漿料越有利于施膠劑施膠性能的發(fā)揮，漂白化學(xué)漿施膠效果好于OCC漿；但是加入過多填料的漂白化學(xué)漿施膠效果明顯下降，而AKD以及ASA對(duì)麥草漿機(jī)械漿的施膠效果均不如OCC漿。

3 結(jié)論

（1）ASA在紙頁抄造完成后即可達(dá)到較好的施膠效果，有利于生產(chǎn)過程中對(duì)施膠度的控制，且低用量的ASA即可實(shí)現(xiàn)理想的施膠效果，但相比AKD較易透點(diǎn)，不適宜在重施膠紙頁中使用。

（2）ASA添加點(diǎn)最好在陽離子輔料添加之后、填料添加之前，這樣可有效提高ASA的利用率及穩(wěn)定性，試驗(yàn)在陽離子淀粉之后加入ASA，充分與漿料混合后再加入碳酸鈣、CPAM時(shí)，施膠效果最好。

（3）陽離子淀粉取代度越高，乳化后的ASA施膠效果越好，且試驗(yàn)使用取代度0.045的陽離子淀粉、m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶4時(shí)施膠效果最佳，同時(shí)控制乳化pH在4.0～5.0，乳化溫度45℃以下時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更好的施膠效果。

（4）漿料種類及質(zhì)量均影響ASA施膠劑施膠效果，麥草機(jī)械漿不利于ASA施膠。