AKD堿性造紙施膠劑.doc

AKD堿性造紙施膠劑2007-12-18 12:37AKD中性/堿性造紙施膠劑進行漿內施膠，其施膠效果除與AKD乳液本身的質量性能有關外，還與應用工藝條件及造紙原料種類有關14。也就是說如果使用時不根據實際生產情況，有針對性的采取相應的措施，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膠因陽離子化而使膠料表面帶有正電荷，造紙纖維本身呈負電性，通過靜電吸附使AKD膠粒定著到纖維上，經脫水干燥后，AKD分子的反應基團和纖維上的羥基反應生成牢固的共價鍵，AKD分子的疏水端定向朝外，形成單分子膜，使紙頁表現(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、壓力篩等高剪力設備的作用，吸附到纖維上的AKD膠粒部分會從纖維上脫落下來29。因此為保證有限的AKD膠粒盡可能留著在纖維上，發(fā)揮應有的施膠效能，對AKD的應用工藝條件進行系統(tǒng)的探討分析來指導生產，具有十分重要的意義。AKD-LT中性施膠劑的應用研究，采用陽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離子淀粉、陰離子聚丙烯酰胺，CaCO3填料，pH值和干燥溫度等對AKD施膠的影響，并且也對麥草漿配比改變后的施膠效果進行了評價。 1實驗材料及方法1.1化學藥品中等電荷密度陽離子淀粉，A-PAM(相對分子質量300500萬)，填料為沉淀CaCO3，AKD-LT中性施膠劑(AR10)。1.2纖維原料進口商品漂白針葉木漿，打漿度30SR；漂白闊葉木漿，打漿度30SR。國產漂白麥草漿，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)學院ZQJ1200mm抄片器，紙張定量80g/m2。1.4紙的熟化方法紙片經干燥后，放入105烘箱，熟化15min，取出冷卻至室溫后進行施膠度測定。1.5施膠度測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定。1.6紙張灰分測定方法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結果與討論2.1陽離子淀粉用量與紙頁施膠度在AKD施膠助留系統(tǒng)中，加入陽離子淀粉能吸附紙漿中的細小纖維和填料，提高細料的首程留著率和灰分，同時促進AKD膠粒的穩(wěn)定性和提高AKD在長纖維上的留著率，提高紙頁的強度和挺度。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，對陽離子淀粉的用量進行研究，試驗結果如圖1所示。圖1陽離子淀粉用量與紙頁施膠度關系曲線注：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離子淀粉有助于AKD的留著，對提高紙頁的抗水性能有促進作用，然而當陽離子淀粉用量達到0.5%以上時，施膠性能幾乎變化不大，即使進一步提高其用量，施膠度也沒明顯的提高。2.2A-PAM的用量與紙頁施膠度陽離子淀粉和AKD膠都帶正電荷，利用靜電吸附作用力，吸附到帶負電的造紙纖維上。然而，吸附在細料上的AKD膠粒，部分會隨白水一起流走。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，將細料與細料、細料與長纖維、纖維與AKD膠粒橋聯(lián)在一起，形成大的顆?；蜉^小的纖維絮聚，漿料上網后留著在網上，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AKD的留著具有相當重要的作用。如果不加A-PAM,紙張的施膠度只有要求的20%30%,但是當A-PAM用量超過25010-6時,紙頁的勻度變壞。因此,根據造紙纖維原料性能差異(Zeta電位),其用量會有所不同，一般控制在(150200)10-6范圍內，既能達到助留的目的，同時又不影響紙頁的勻度。圖2A-PAM用量與紙頁施膠度關系曲線注：AKD用量0.2%，CaCO3用量20%，CS用量0.7%2.3AKD用量與紙頁施膠度圖3是對兩種不同陽離子試劑AKD乳液用量進行對比實驗的。圖3AKD用量與紙頁施膠度關系注：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，就能滿足紙張抗水要求，而淀粉型AKD只有當用量達到0.25%以上時才具有同樣的施膠效果，且無論何種類型AKD，當其用量小于0.1%時，紙張幾乎沒有施膠度，而當AKD用量超過0.4%時，施膠度幾乎不上升，說明AKD只要在一定的使用范圍內就能收到滿意的施膠效果，用量過大不能進一步提高成紙的抗水性能，反而會降低紙的物理強度，給紙機抄造帶來麻煩。2.4pH值與紙頁施膠度(見表1)AKD施膠也與施膠系統(tǒng)的pH值有關。只有在中性或堿性條件下，AKD的內酯環(huán)打開與纖維上的羥基進行酯化反應，生成牢固的共價鍵而產生抗水功能。AKD施膠最佳的pH值范圍是7.58.5。表1不同pH值下AKD施膠與紙頁抗水性關系pH值6.57.07.58.09.010施膠度/s505160656863實驗結果表明，隨著pH值提高，紙頁的施膠度逐漸上升，尤其在pH值6.5升到7.5范圍內，施膠度上升最快。當pH值大于8.0時，紙張的施膠度上升速度減緩?？紤]到采用CaCO3填料，AKD施膠剛開始時要用堿來調節(jié)pH值，到白水實現(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，在抄片時施膠系統(tǒng)pH值控制在7.5。2.5干燥溫度和熟化時間與紙頁施膠度AKD中性/堿性抄紙，因AKD相對不活潑，在濕部AKD膠粒只是留在濕紙幅中，并沒有進行反應，只有在一定溫度下干燥后，才進行酯化反應，產生永久定著。因此溫度是紙張抗水性能好壞的關鍵因素之一11。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，干燥溫度和熟化時間對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)展熟化時間越短。當干燥溫度低于90，AKD用量為0.2%時，不管自然熟化時間多長，其施膠度也難以達到應有的水平。因此，在保證不影響成紙質量的前提下，盡可能提高干燥溫度，就可以達到較高的施膠效果和縮短施膠熟化時間。 圖4不同干燥溫度下熟化時間與紙頁施膠度的關系2.6填料與紙頁施膠度酸性造紙一般采用滑石粉、高嶺土為造紙?zhí)盍?，也有一些需要高白度的紙種使用鈦白粉作為造紙?zhí)盍?。對于堿性造紙，滑石粉、高嶺土作為填料會降低AKD的施膠效能，而鈦白粉作為填料價格太昂貴。碳酸鈣填料白度相對較高，價格又相對便宜，本身可作為系統(tǒng)pH值緩沖劑，適用于作AKD堿性造紙?zhí)盍希瑢KD施膠效能影響相對較小。實驗結果表明在pH值7.5時，CaCO3用量在20%25%，AKD用量0.2%，仍有相當?shù)氖┠z度，基本上能滿足成紙的質量要求。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是導致AKD施膠效果下降的主要原因之一。圖5CaCO3填料用量與紙頁施膠度關系注：AKD用量0.2%，CS 0.7%，A-PAM 15010-62.7麥草漿配比量對AKD施膠效能的影響我國長纖維資源缺乏，進口商品漿價格高，國內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，以降低生產成本。然而隨著麥草漿用量的增加，紙的抗水性能下降。當用麥草漿配抄紙時，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漂白草漿用量與施膠度關系。表2不同草木漿比例在相同施膠條件下的施膠結果針葉木漿/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，成紙的抗水性要求就不能滿足產品的規(guī)定指標。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，根據生產紙種的檔次不同，可以對AKD膠的用量和木漿的使用比例進行相應的調整，以取得最好的經濟效益。2.8不同的施膠程序對成紙施膠質量的影響由前面所述，樹脂型AKD膠乳具有較高的正電性，對纖維的吸附能力很強。特別是紙料中的細料，其比表面積大，相對負電荷密度大，AKD膠加進紙料中后，優(yōu)先吸附到細料上，使得長纖維上吸附的AKD膠量減少。草類原料具有較多的細小纖維和較復雜的陰離子組分，而木漿纖維相對只有部分因打漿或磨漿產生的少量細小纖維，相對草漿來說其量要少得多，通過改變雙組分助留系統(tǒng)中陽離子淀粉的添加位置，了解添加順序對施膠效果的影響，表3為實驗結果。試樣18號漿料配比為針葉漿30%和闊葉木漿70%，紙樣912號漿料配比為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號紙樣，施膠順序為AKDCSAPM。58和1112號紙樣施膠程序為CSAKDA-PAM。 表3施膠程序對紙頁施膠度的影響抄片號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，對成紙的施膠結果有影響。全木漿抄紙，AKD用量少，施膠度高，AKD加在陽離子淀粉前其施膠度高出1倍左右。這進一步說明一方面木漿纖維易施膠，另一方面木漿纖維中細小纖維的量少。對于麥草漿配抄紙，陽離子淀粉加入位置的改變對紙頁施膠度影響不大，相對來說還是先加陽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比表4為不同施膠劑的施膠結果比較。 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/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結果表明，AKD-LT中性施膠紙具有較高的物理強度和較高的填料留著率，裂斷長比松香膠施膠紙高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%。實驗證明經AKD中性施膠后的紙張，在施膠度相當?shù)臈l件下，填料留著率較大，而強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。從這個角度看，可以降低原材料的消耗，使生產成本下降。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。然而實驗和工廠實踐報道6,12,13,中性造紙細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以4725元/t漿計，則噸紙生產成本可降低約219.8元，相當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中性抄紙后生產成本非但不會增加，相反還能降低生產成本，噸紙增加經濟效益100元以上。 3結論3.1研究發(fā)現(xiàn)，陽離子淀粉加入量超過0.5%以后，對紙頁施膠度提高不大；陰離子聚丙烯酰胺在保證紙頁勻度的前提下，其用量增大有助于施膠度的提高；隨著CaCO3填料用量的增加，紙頁施膠度下降；紙頁干燥溫度對施膠度有較大的影響，初始干燥溫度越高，抗水性能越好，熟化時間越短；