酸酸性亚硫酸盐苇浆AKD中性施胶工艺的研究与应用

1酸性亚硫酸盐苇浆AKD中性施胶技术的研究与实践中性造纸或称中性施胶是20世纪中叶才出现的名词，为了降低纸的酸性，提高PH值，1950年美国率先开始制造合成施胶剂；1952年欧洲研究成功了反应型施胶剂；1959年日本也着手开发石蜡胶、树脂胶等。经过若干年的技术熟化，到1970年前后，中性施胶才赢得了不少厂家的欢迎，中性造纸便迅速地获得了发展。据统计资料报道，全球的文化用纸中改为中性施胶的：欧洲为95%；北美72%~75%；日本35%。近几年来在全世界得到了迅猛的发展。然而，中性造纸何以得到青睐呢？其原因有如下几条：首先是减少了造纸废水的污染。采取了中性造纸之后，其废水的PH值也相应提高到7以上由于不用硫酸铝，废水中的硫酸根离子大大的降低，而BOD，COD也趋于于减轻，因此可以适当地增加废水的回用量，清水的用量亦可下降，这样对环境的污染程度比酸性造纸要低。其次是减少了设备的腐蚀。由于中性造纸过程中，浆料和白水的PH值近中性，而使造纸的设备和管道避免了酸性介质的腐蚀。再次中性造纸系统是一个比较清洁的环境，故而生产故障也比较少，有利于提高产量。最后是提高了纸的质量。中性纸不单是耐久性大大超过酸性纸，而且在白度，不透明度，施胶度，表面强度等诸多指标也都有优势。1我公司中性造纸的可行性探讨十几年来，我公司一直以胶印书刊纸为主导产品，为了适应市场的需要，近年我公司研制了印刷书写纸。然而，其实物质量如不透明度低、表面强度差等问题，不能满足印刷出版业的需要。为了提高书写纸的档次，我们进行了中性施胶工艺的研究。1.1中性胶、填料和助留剂的选择1.1.1中性胶中性胶选用的是反应型施胶剂，在其分子结构中，一端具有长碳链憎水基，另一端具有反应活性基，可与纤维的羟基生成共价键；正是通过反应基团直接与纤维素的羟基反应，在纤维表面形成一层稳定的薄膜，疏水的长碳链从而暴露于纸面而具有憎水性。目前有抚顺石油五厂生产的稀烃基琥珀酸酐（ASA）、台湾弘洲化学工业股份有限公司的中性复合施胶剂（ASA168/S-220乳剂）和济南天马生产的烷基稀酮二聚体（AKD），因台湾产品在我公司推广使用有诸多不便，故仅对以下二种中性施胶剂的性能和效益做以对比。表1、各种中性施胶剂的特性比较表项目AKD抚顺ASA外观流动性的白色乳液橙黄色粘稠液体有效成分含量10%～15%油状100%使用成本90元左右30元左右相对（与纤维）反应活性较低高乳液稳定性5～30℃原液密闭储存一年以上储存60天乳化后约20～60分钟使用方法加水稀释后施胶现场乳化，立即施胶起施胶效果速度较慢快纸机运行状况良好易水解，易粘辊、脏毛布2AKD中性施胶剂稳定性好，纸机运行良好，虽然价格较贵，但在ASA需在现场乳化，一次性设备投资较多，且稳定性较差，选择AKD较为合适。1.1.2填料中性施胶最常见的益处之一，是使用碳酸钙碱性填料。碳酸钙有较高的白度和光折射系数，可使充填的纸页有良好的可塑性和不透明度，并能改善纸页柔软性、耐久性和油墨吸收性等。在酸性施胶系统中，碳酸钙将会分解，产生泡沫，破坏施胶效果；而在中性系统中，则可完全避免上述麻烦。碳酸钙粒度的选择十分重要，平均粒径过大将对脱水元件和成型网有较大的磨损，而粒径过小则留着率会很低，根据资料介绍我们选择了500目重质碳酸钙，抄片结果较好。表2、不同施胶方式、不同填料成纸性能的比较实验加入量%抄片叩解度上网抄片白度不透明度含填率保留率编号滑石粉CaCO3оSRPH定量g/m2%%%%1150506.950.768.380.610.8761.32012477.650.169.582.610.2583.43015467.849.569.68311.6572.3碳酸钙加填可使不透明度提高2.2%，白度提高1.2%。芦苇原料SP浆中，一般含有43.5%长纤维、26.2%短纤维和20.3%纤细物，浆料经过高浓打浆处理，使之细纤维化程度提高。而细小纤维又有很大的比表面积，据资料记载细小纤维的表面积是纤维的5～8倍。由于比表面面积的增加可增加纤维的吸附机会，所以细小纤维的留着会对造纸湿部化学起着主要作用.1.1.2助留剂为了保证纸页的各项性能，助留系统的选择和助留剂的使用对中性施胶十分重要。造纸常用的助留体系有三种：1）二元组分体系：阴离子聚合物加硫酸铝为了获得协同助留效果，先加入硫酸铝，使其吸附在纤维和细小纤维表面，赋予其正电荷。然后加入高分子量的阴离子PAM。负电荷的聚合物吸附在纤维和细小纤维的硫酸铝位置上，与它们结合在一起，从而起到助留作用。但在以草浆为主的系统中，其清洁程度不够，高分子量的PAM有较强的絮凝作用，会造成系统中腐浆絮聚，出现生产障碍。2）二元助留体系：阳离子聚和物加阴离子聚合物这种体系是一种低相对分子量高电荷密度的阳离子聚合物（可带支链）和一种高相对分子量低电荷密度的阴离子聚合物（常用的是阳离子淀粉和阴离子PAM）。在应用过程中，先加入阳离子淀粉使其在纤维上形成阳离子补丁，来提供阴离子PAM的固定点。阴离子PAM与补丁提供的阳离子点结合，而链的另一端与另一补丁点结合，形成架桥作用。(如图一)阳离子淀粉APAM++++----++++------------33）微粒助留体系这种系统由阴离子改性膨润土（或改性硅胶）和阳离子PAM组成。阴电荷微粒可提供更多的负电荷场所与正电荷的聚合物反应形成密度更高、结构更小的絮凝体。微粒系统可以达到更高的留着率、更好的助滤和成型性。但这种系统的作用机理比较复杂，技术含量高，实际生产中不易控制，椐了解国内只有南屏纸厂的1500米/分新闻纸机上应用这种系统。1.小型实验方案的确定根据以上分析和借鉴其他厂家的经验，我们决定采用第二种体系既中等取代度的阳离子淀粉（DS：0.027～0.033）和中等分子量的APAM（M=500万，水解度25%）作为双元助留系统。为了进一步验证其合理性和科学性我们做了几组实验，优化了工艺配方，最后确定每吨绝干浆所用的化学品量为：AKD13.5～14Kg，阳离子淀粉10～12Kg，APAM0.2～0.3Kg。按照这个配方量我们进行了与酸法施胶对比抄片实验，其结果如下：（表三、表四）（表三）各种化学品加入量（Kg/T纸）实验编号AKD淀粉APAM松香矾土滑石粉114102//1502///1060150（表四）实验结果实验编号定量裂断长白度不透明度施胶度表面强度含填率留着率g/m2Km%%mm个/mm2%%152.63.6563.888.10.254557.9160.6255.33.2764.485.00.255055.1139从表四可以看出，两种施胶方法成纸指标发生了很大的变化：裂断长增加了380m；不透明度增加了3.1%；掉粉掉毛个数下降50个/平方米；填料留着率提高了21.6%。另外表二中AKD施胶与酸法施胶比，上网浆料叩解度下降3ºSR～4°SR。以上这些都说明所选择的双元助留系统的助留助滤效果比较理想；并且有较好的补强作用。2.生产工艺方案的确定1）原料配比（绝干物料比）AKD0.21%～0.22%APAM0.02%～0.025%阳离子淀粉1%～1.2%2）工艺流程阳离子淀粉AKDAPAM未叩池已叩池成浆池高位箱冲浆泵除渣器上浆泵旋翼筛网前箱43）施胶剂和助留剂的使用条件AKD使用时可以用原液也可以稀释到一定的浓度。AKD乳液使用前应首先检查,如发现分层絮聚,严重增稠现象,说明乳液已破乳或严重水解,不能使用。当AKD用量达到0.3%.施胶度仍不合格时,不要再增加其用量,而考虑增加APAM和淀粉用量。APAM的使用浓度要求在0.1%以下。溶解时将APAM在均匀搅拌下徐徐撒入水中,以避免颗粒相互粘结形成难溶的“面团”胶状物。APAM在水中分解后,要求搅拌2小时后方可使用。溶解后的APAM必须在24小时内用完。阳离子淀粉溶解时,先在糊化桶中加入清洁冷水,开动搅拌,慢慢加入淀粉，通汽加热至90ºC～950C并在此温度下保温20～30分钟。使用前用清洁冷水将糊化液稀释到1%，搅拌均匀即可使用。三、中性施胶的生产实验AKD中性施胶于11月15日到21日,在造纸六车间进行了生产试验,1.试验条件：纸机车速：285米/分；生产纸种：52g/m2胶印书刊纸；浆种：100%苇浆；高浓打浆浓度25%～29%,高浓打浆叩解度39SR0～410SR；2.增强效果项目酸性施胶中性施胶对比施胶度mm0.250.250裂断长m39604584+624耐折度次716+9表面强度RI610525-85其它物理指标没有发生变化3.对纸机生产的影响在中性施胶前,大家普遍担心,PH值升高,会造成网部滤水困难,从理论上分析是多余的,本次试验也证明了这一点,上网PH值7.4～7.8，网部水线位置略前移、网前箱叩解度没有明显变化。相反避免了酸性造纸,由于配浆工不认真操做造成PH过高,影响纸机生产的现象。另一个担心AKD水解产物-酮酸,脏毛布、粘辊、粘缸现象也没有发生。这表明只要严格执行AKD进厂验收标准,使用新鲜的AKD就不会影响纸机的生产。4.两种施胶的成本对比11月8日到11月15日,11#机、12#机平均上网浆料浓度0.6020%；网下白水浓度0.2095%.单程留着率:65.19%，中性施胶期间上网浆料浓度0.5896%.网下白水浓度0.1713%.单程留着率:70.95%，提高了5.760%。虽然中性施胶投入了一些化学品，但由于留着率提高，节约了浆料，成本基本持平。四、生产工艺的完善5由于条件不具备，第一次中性造纸没有用碳酸钙加填。2001年6月11日，在五车间进行的中性施胶，用50%碳酸钙加50%滑石粉作填料，并辅助以FON-03调色，使成纸的不透明度提高4%，其他一些光学指标有不同程度的改善。同时配加了10%的针叶木浆，使AKD的留着率响应得到了提高。五、结语中性造纸在五车间运行良好，纸机生产稳定，“干抽”纸病明显减少，它的一些优点基本得到了体现。但同时也存在着一些问题需要研究和解决：1.纤维单程留着率较低，为72%，节约浆料效果不够明显。碳酸钙留着率低，目前混合填料的留着率较滑石粉的留着率低5%2.AKD储存的条件不理想，温度较高，水解加快，AKD储存槽液面上有“起皮”现象及在损纸浆的过滤筛上发现浅灰白色絮凝团（β-酮酸）现象，由此可以断定水解程度较大。在机台上反应的脏成型网和脏毛布的现象就是这个原因。参考文献（1）《造纸湿部化学原理及其应用》，张光华编译（2）《造纸过程中的界面动电象》，[日]山田博著，张运展张瑞生译（3）《中国造纸学会碱草浆委员会第二界年会学术论文专刊》金城造纸股份有限公司造纸研究所陈守全2001年8月18日6酸性亚硫酸盐苇浆AKD中性施胶工艺的研究与应用金城造纸股份有限公司造纸研究所陈守全