AKD堿性造紙施膠劑.doc

AKD堿性造紙施膠劑2007-12-18 12:37AKD中性/堿性造紙施膠劑進(jìn)行漿內(nèi)施膠，其施膠效果除與AKD乳液本身的質(zhì)量性能有關(guān)外，還與應(yīng)用工藝條件及造紙?jiān)戏N類有關(guān)14。也就是說如果使用時(shí)不根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，有針對(duì)性的采取相應(yīng)的措施，制訂合理的施膠工藝和操作使用規(guī)程，那么施膠效果可能很差，甚至喪失。AKD膠因陽(yáng)離子化而使膠料表面帶有正電荷，造紙纖維本身呈負(fù)電性，通過靜電吸附使AKD膠粒定著到纖維上，經(jīng)脫水干燥后，AKD分子的反應(yīng)基團(tuán)和纖維上的羥基反應(yīng)生成牢固的共價(jià)鍵，AKD分子的疏水端定向朝外，形成單分子膜，使紙頁(yè)表現(xiàn)出較好的疏水功能59。由于AKD膠的施膠量為0.15%0.30%，用量很少，加上供漿系統(tǒng)如泵、壓力篩等高剪力設(shè)備的作用，吸附到纖維上的AKD膠粒部分會(huì)從纖維上脫落下來29。因此為保證有限的AKD膠粒盡可能留著在纖維上，發(fā)揮應(yīng)有的施膠效能，對(duì)AKD的應(yīng)用工藝條件進(jìn)行系統(tǒng)的探討分析來指導(dǎo)生產(chǎn)，具有十分重要的意義。AKD-LT中性施膠劑的應(yīng)用研究，采用陽(yáng)離子淀粉陰離子聚丙烯酰胺雙組分助留系統(tǒng)。研究探討和分析了陽(yáng)離子淀粉、陰離子聚丙烯酰胺，CaCO3填料，pH值和干燥溫度等對(duì)AKD施膠的影響，并且也對(duì)麥草漿配比改變后的施膠效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 1實(shí)驗(yàn)材料及方法1.1化學(xué)藥品中等電荷密度陽(yáng)離子淀粉，A-PAM(相對(duì)分子質(zhì)量300500萬(wàn))，填料為沉淀CaCO3，AKD-LT中性施膠劑(AR10)。1.2纖維原料進(jìn)口商品漂白針葉木漿，打漿度30SR；漂白闊葉木漿，打漿度30SR。國(guó)產(chǎn)漂白麥草漿，打漿度28SR(除特別說明外，所有紙樣纖維材料配比：針闊草353530，CaCO3用量20%)。1.3抄片西北輕工業(yè)學(xué)院ZQJ1200mm抄片器，紙張定量80g/m2。1.4紙的熟化方法紙片經(jīng)干燥后，放入105烘箱，熟化15min，取出冷卻至室溫后進(jìn)行施膠度測(cè)定。1.5施膠度測(cè)定方法采用硫氰酸銨溶液和三氯化鐵試劑的滴定滲透法測(cè)定。1.6紙張灰分測(cè)定方法10填料為CaCO3的紙樣，灼燒溫度為(57525)；滑石粉填料紙樣，灼燒溫度為(92525)。2結(jié)果與討論2.1陽(yáng)離子淀粉用量與紙頁(yè)施膠度在AKD施膠助留系統(tǒng)中，加入陽(yáng)離子淀粉能吸附紙漿中的細(xì)小纖維和填料，提高細(xì)料的首程留著率和灰分，同時(shí)促進(jìn)AKD膠粒的穩(wěn)定性和提高AKD在長(zhǎng)纖維上的留著率，提高紙頁(yè)的強(qiáng)度和挺度。為保證AKD膠最大的留著率和較好的抗水性能，在AKD和A-PAM用量不變的情況下，對(duì)陽(yáng)離子淀粉的用量進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1陽(yáng)離子淀粉用量與紙頁(yè)施膠度關(guān)系曲線注：AKD用量0.2%，CaCO3用量20%，A-PAM用量15010-6由圖1看出，在開始階段適度添加陽(yáng)離子淀粉有助于AKD的留著，對(duì)提高紙頁(yè)的抗水性能有促進(jìn)作用，然而當(dāng)陽(yáng)離子淀粉用量達(dá)到0.5%以上時(shí)，施膠性能幾乎變化不大，即使進(jìn)一步提高其用量，施膠度也沒明顯的提高。2.2A-PAM的用量與紙頁(yè)施膠度陽(yáng)離子淀粉和AKD膠都帶正電荷，利用靜電吸附作用力，吸附到帶負(fù)電的造紙纖維上。然而，吸附在細(xì)料上的AKD膠粒，部分會(huì)隨白水一起流走。而陰離子聚丙烯酰胺是一種高分子聚合物，同樣利用靜電吸附原理，將細(xì)料與細(xì)料、細(xì)料與長(zhǎng)纖維、纖維與AKD膠粒橋聯(lián)在一起，形成大的顆?；蜉^小的纖維絮聚，漿料上網(wǎng)后留著在網(wǎng)上，從而提高AKD的留著率和成紙灰分的含量。從圖2中看出，在雙組分助留系統(tǒng)中，陽(yáng)離子淀粉、AKD用量一定的情況下，紙張施膠度隨陰離子聚丙烯酰胺用量的增加而提高，說明A-PAM對(duì)AKD的留著具有相當(dāng)重要的作用。如果不加A-PAM,紙張的施膠度只有要求的20%30%,但是當(dāng)A-PAM用量超過25010-6時(shí),紙頁(yè)的勻度變壞。因此,根據(jù)造紙纖維原料性能差異(Zeta電位),其用量會(huì)有所不同，一般控制在(150200)10-6范圍內(nèi)，既能達(dá)到助留的目的，同時(shí)又不影響紙頁(yè)的勻度。圖2A-PAM用量與紙頁(yè)施膠度關(guān)系曲線注：AKD用量0.2%，CaCO3用量20%，CS用量0.7%2.3AKD用量與紙頁(yè)施膠度圖3是對(duì)兩種不同陽(yáng)離子試劑AKD乳液用量進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)的。圖3AKD用量與紙頁(yè)施膠度關(guān)系注：CS用量0.7%，CaCO3用量20%，A-PAM用量15010-6施膠曲線表明，在同樣AKD膠用量下，樹脂型AKD膠具有比淀粉型AKD膠較高的抗水性能，并且樹脂型AKD在用量0.2%時(shí)，就能滿足紙張抗水要求，而淀粉型AKD只有當(dāng)用量達(dá)到0.25%以上時(shí)才具有同樣的施膠效果，且無論何種類型AKD，當(dāng)其用量小于0.1%時(shí)，紙張幾乎沒有施膠度，而當(dāng)AKD用量超過0.4%時(shí)，施膠度幾乎不上升，說明AKD只要在一定的使用范圍內(nèi)就能收到滿意的施膠效果，用量過大不能進(jìn)一步提高成紙的抗水性能，反而會(huì)降低紙的物理強(qiáng)度，給紙機(jī)抄造帶來麻煩。2.4pH值與紙頁(yè)施膠度(見表1)AKD施膠也與施膠系統(tǒng)的pH值有關(guān)。只有在中性或堿性條件下，AKD的內(nèi)酯環(huán)打開與纖維上的羥基進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成牢固的共價(jià)鍵而產(chǎn)生抗水功能。AKD施膠最佳的pH值范圍是7.58.5。表1不同pH值下AKD施膠與紙頁(yè)抗水性關(guān)系pH值6.57.07.58.09.010施膠度/s505160656863實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著pH值提高，紙頁(yè)的施膠度逐漸上升，尤其在pH值6.5升到7.5范圍內(nèi)，施膠度上升最快。當(dāng)pH值大于8.0時(shí)，紙張的施膠度上升速度減緩。考慮到采用CaCO3填料，AKD施膠剛開始時(shí)要用堿來調(diào)節(jié)pH值，到白水實(shí)現(xiàn)封閉回用后，CaCO3本身是一種pH緩沖劑，使系統(tǒng)的pH值處在7.5左右，所以就不必再加堿。因此，在抄片時(shí)施膠系統(tǒng)pH值控制在7.5。2.5干燥溫度和熟化時(shí)間與紙頁(yè)施膠度AKD中性/堿性抄紙，因AKD相對(duì)不活潑，在濕部AKD膠粒只是留在濕紙幅中，并沒有進(jìn)行反應(yīng)，只有在一定溫度下干燥后，才進(jìn)行酯化反應(yīng)，產(chǎn)生永久定著。因此溫度是紙張抗水性能好壞的關(guān)鍵因素之一11。圖4為不同干燥溫度下紙張的抗水性能曲線。圖4清晰表明，干燥溫度和熟化時(shí)間對(duì)成紙施膠度有很大的影響，干燥溫度越高，紙的施膠度越高，且施膠發(fā)展熟化時(shí)間越短。當(dāng)干燥溫度低于90，AKD用量為0.2%時(shí)，不管自然熟化時(shí)間多長(zhǎng)，其施膠度也難以達(dá)到應(yīng)有的水平。因此，在保證不影響成紙質(zhì)量的前提下，盡可能提高干燥溫度，就可以達(dá)到較高的施膠效果和縮短施膠熟化時(shí)間。 圖4不同干燥溫度下熟化時(shí)間與紙頁(yè)施膠度的關(guān)系2.6填料與紙頁(yè)施膠度酸性造紙一般采用滑石粉、高嶺土為造紙?zhí)盍希灿幸恍┬枰甙锥鹊募埛N使用鈦白粉作為造紙?zhí)盍?。?duì)于堿性造紙，滑石粉、高嶺土作為填料會(huì)降低AKD的施膠效能，而鈦白粉作為填料價(jià)格太昂貴。碳酸鈣填料白度相對(duì)較高，價(jià)格又相對(duì)便宜，本身可作為系統(tǒng)pH值緩沖劑，適用于作AKD堿性造紙?zhí)盍?，?duì)AKD施膠效能影響相對(duì)較小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在pH值7.5時(shí)，CaCO3用量在20%25%，AKD用量0.2%，仍有相當(dāng)?shù)氖┠z度，基本上能滿足成紙的質(zhì)量要求。從圖5可看出，在AKD用量一定的條件下，紙的施膠度隨CaCO3用量的增加而不斷下降，說明CaCO3是導(dǎo)致AKD施膠效果下降的主要原因之一。圖5CaCO3填料用量與紙頁(yè)施膠度關(guān)系注：AKD用量0.2%，CS 0.7%，A-PAM 15010-62.7麥草漿配比量對(duì)AKD施膠效能的影響我國(guó)長(zhǎng)纖維資源缺乏，進(jìn)口商品漿價(jià)格高，國(guó)內(nèi)紙廠總希望少配入一些商品針葉木漿，多用一些非木材纖維，以降低生產(chǎn)成本。然而隨著麥草漿用量的增加，紙的抗水性能下降。當(dāng)用麥草漿配抄紙時(shí)，為保證同樣的施膠度，AKD用量必須加大。到目前為止尚不清楚為什么草漿施膠比木漿施漿困難，有人解釋為草類漿陰離子類成分多，且組分復(fù)雜；也有人解釋氯離子含量高等影響到AKD的用量和施膠效能的發(fā)揮。表2為不同比例漂白針葉木漿對(duì)漂白草漿用量與施膠度關(guān)系。表2不同草木漿比例在相同施膠條件下的施膠結(jié)果針葉木漿/麥草漿CS/%AKD/%A-PAM/10-6施膠度/s100/00.70.220011680/200.70.22008660/400.70.22007850/500.70.22007240/600.70.22006670/800.70.2200530/1000.70.22008通過漂白針葉木漿和漂白麥草漿配比的改變，在各種助劑等工藝條件完全相同的條件下，可以看出隨著漿料中麥草漿使用比例的增大，其成紙施膠度明顯下降，到麥草漿配比超出80%以上時(shí)，成紙的抗水性要求就不能滿足產(chǎn)品的規(guī)定指標(biāo)。全木漿施膠，其施膠度非常高，而全麥草漿施膠施膠度幾乎沒有。因此，根據(jù)生產(chǎn)紙種的檔次不同，可以對(duì)AKD膠的用量和木漿的使用比例進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。2.8不同的施膠程序?qū)Τ杉埵┠z質(zhì)量的影響由前面所述，樹脂型AKD膠乳具有較高的正電性，對(duì)纖維的吸附能力很強(qiáng)。特別是紙料中的細(xì)料，其比表面積大，相對(duì)負(fù)電荷密度大，AKD膠加進(jìn)紙料中后，優(yōu)先吸附到細(xì)料上，使得長(zhǎng)纖維上吸附的AKD膠量減少。草類原料具有較多的細(xì)小纖維和較復(fù)雜的陰離子組分，而木漿纖維相對(duì)只有部分因打漿或磨漿產(chǎn)生的少量細(xì)小纖維，相對(duì)草漿來說其量要少得多，通過改變雙組分助留系統(tǒng)中陽(yáng)離子淀粉的添加位置，了解添加順序?qū)κ┠z效果的影響，表3為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。試樣18號(hào)漿料配比為針葉漿30%和闊葉木漿70%，紙樣912號(hào)漿料配比為35%針葉木漿、35%闊葉木漿和30%麥草漿；碳酸鈣用量都是20%；其中14和910號(hào)紙樣，施膠順序?yàn)锳KDCSAPM。58和1112號(hào)紙樣施膠程序?yàn)镃SAKDA-PAM。 表3施膠程序?qū)堩?yè)施膠度的影響抄片號(hào)CS/%AKD/%A-PAM/10-6施膠度/s10.50.181206420.50.1820014931.00.1812013341.00.1820011150.50.181205760.50.182006271.00.181204481.00.182005791.00.212055101.00.220060111.00.212061121.00.220063從表中可知，不同的施膠順序，不同的漿料配比，對(duì)成紙的施膠結(jié)果有影響。全木漿抄紙，AKD用量少，施膠度高，AKD加在陽(yáng)離子淀粉前其施膠度高出1倍左右。這進(jìn)一步說明一方面木漿纖維易施膠，另一方面木漿纖維中細(xì)小纖維的量少。對(duì)于麥草漿配抄紙，陽(yáng)離子淀粉加入位置的改變對(duì)紙頁(yè)施膠度影響不大，相對(duì)來說還是先加陽(yáng)離子淀粉施膠效果要好一些。2.9不同種類施膠劑施膠性能對(duì)比表4為不同施膠劑的施膠結(jié)果比較。 表4松香膠、分散松香膠、AKD-LT的施膠工藝條件pH松香膠分散松香膠AKD-LT原料配比(針/草)20/8020/8020/80pH4.56.07.5施膠劑用量/%1.31.00.2硫酸鋁用量/%6.02.8CS用量/%0.70.7PAM/10-6200200填料用量/%滑石粉20CaCO320CaCO320裂斷長(zhǎng)/m385043804490耐破度/kg.cm-21.642.452.60施膠度/s466159灰分/%11.2813.74(折合CaCO3)17.71(折合CaCO3)填料留著率/%56.468.785.8表4結(jié)果表明，AKD-LT中性施膠紙具有較高的物理強(qiáng)度和較高的填料留著率，裂斷長(zhǎng)比松香膠施膠紙高16.7%，比分散松香膠施膠紙高2.5%；填料留著率比松香膠施膠紙高29.4%，比分散松香膠施膠紙高17.1%。實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)AKD中性施膠后的紙張，在施膠度相當(dāng)?shù)臈l件下，填料留著率較大，而強(qiáng)度比酸性施膠紙高得多。采用AKD中性抄紙后，雖然施膠成本有所增加，但高的填料用量及填料留著率，可以減少纖維的用量，或增加草漿的配比。從這個(gè)角度看，可以降低原材料的消耗，使生產(chǎn)成本下降。普通松香膠施膠成本(包括填料成本)一般在120160元/t紙，AKD中性施膠成本在240260元/t紙范圍,比酸性施膠成本高出近一倍。然而實(shí)驗(yàn)和工廠實(shí)踐報(bào)道6,12,13,中性造紙細(xì)料的首程留著率和成紙灰分含量高于酸性造紙。由表4數(shù)據(jù)可知中性紙灰分含量比酸性紙高出5.89%，這表明中性紙中纖維原料的使用量減少了5.89%，如果纖維原料的綜合平均價(jià)以4725元/t漿計(jì)，則噸紙生產(chǎn)成本可降低約219.8元，相當(dāng)于中性紙的施膠成本。也就是說酸性紙的施膠成本即是中性紙的施膠效益。因此，利用AKD中性抄紙后生產(chǎn)成本非但不會(huì)增加，相反還能降低生產(chǎn)成本，噸紙?jiān)黾咏?jīng)濟(jì)效益100元以上。 3結(jié)論3.1研究發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)離子淀粉加入量超過0.5%以后，對(duì)紙頁(yè)施膠度提高不大；陰離子聚丙烯酰胺在保證紙頁(yè)勻度的前提下，其用量增大有助于施膠度的提高；隨著CaCO3填料用量的增加，紙頁(yè)施膠度下降；紙頁(yè)干燥溫度對(duì)施膠度有較大的影響，初始干燥溫度越高，抗水性能越好，熟化時(shí)間越短；