具有多功能的新型干强剂

具有多功能的新型干强剂

使纸张同时满足越来越高的强度和越来越低的定量是一件很困难的事。生产商迫切需要寻找一种提高纸张干强度的途径——既能满足纸张的最终质量，又能减轻或消除由此带来的不利影响。该文介绍了一种新研发的干强剂，经实验室试验和纸厂实际应用表明，该干强剂在增强纸张干强度的同时也有望用来改善浆料的留着率和滤水性。

纸张生产商都会对提高纸厂生产效率感兴趣。提高纸厂整体经济适应性的内部驱动力主要有：提高机械效率，降低原料消耗，减少能耗和用水量，执行一贯严格的生产规章制度；外在驱动力来自消费者要求，如大部分纸板和包装材料的消费者要求包装材料质量更轻。这些因素持续推动纸张生产商生产低定量的纸张，同时还要符合纸张的性能要求。

遗憾的是，往往只有在降低纸张强度的情况下才能满足这一需求。定量的降低和生产原料中回用纤维使用比例的增加导致纸张强度性能的降低。此外，用传统方法提高纸张强度与当代社会对造纸产业的要求相悖，改变生产原料一般会受到费用和可行性的限制，而通过增加磨浆次数和增大湿压等工艺来提高纸张干强度则会受到纸厂现有流动资产的限制，并且会改变纸张结构。在纸机运行过程中，原料的选择和改变都会对纸厂的经济效益产生决定性影响。降低原料费用，保持产率最大化，是生产商最为关心的问题；因此，要使纸张同时满足越来越高的强度和越来越低的定量具有一定的困难。表1列举了纸张生产商增强纸张干强度的若干途径。

表1　增强纸张干强度的途径

很明显，生产商现在迫切需要寻找各种提高纸张干强度的途径，确保能够在满足纸张其最终质量的前提下，减轻或消除现在存在的不利影响。添加淀粉/干增强树脂（DSR）是提高纸张强度的最好方法，而且生产商可以利用这种方法提高生产效率（降低定量、减少精磨次数）。

阳离子淀粉作为干强剂使用历史悠久，且能够很好地提高纸张强度；然而，配抄性能的降低（由于纸厂封闭循环水系统并增加回用纤维的比例）限制了进一步通过增加淀粉用量来提高纸张干强度的可能性。此外，一些瓦楞纸板厂没有糊化淀粉的反应釜以适应湿部添加淀粉的工艺；而使用合成干增强树脂虽然可以提高纸张干强度但会降低纸厂的生产效率。

也可以使用聚丙烯酰胺合成的干强剂提高纸张的干强度。与淀粉相比，添加少量的这类干强剂就能很好地改善强度，而且这类干强剂一般以液体的形式添加，通常对设备的要求很低甚至没有要求。在过去的10年里，经改性的聚丙烯酰胺类干强剂获得广泛应用，因为聚丙烯酰胺在提高纸张干强度的同时，在压榨脱水这一环节可以提高生产效率。

使用改性聚丙烯酰胺能同时提高纸张强度和经济效益，使人们更加关注能同时提高纸张干强度和生产效率的其他化学品。本文主要介绍了新型多功能干强剂的研究及其在纸板和包装纸生产厂实际应用的情况。

1　实验

实验研究了改变聚合物的配方和生产过程对多功能干强剂活性的影响。在实验室中对不同的聚合物进行了合成和筛选。实验前期已经确定了一套可行的方案，合成了多种可满足以下条件的聚合物：（1）添加后纸张达到好的干强度；（2）具有多种功能，能在某种程度上提高生产效率。

实验用DSR：使用不同的改性剂改性同一种聚合物，获得多种改性后的聚合物作实验用DSR；并以商用的DSR为参比样，这种商用DSR长久以来在实验室、纸板厂和包装纸厂都具有提高纸张强度的功能。

实验用浆料：（1）选取常用的瓦楞纸箱制备回用浆料 （选择这种浆料主要是因为瓦楞纸箱是一种具有代表性的纸种，并且在实验中可以控制手抄片厚度一致；（2）从某纸厂收集并筛选不同的100%回用纤维浆料。

检测了实验用DSR提高纸张干强度的能力；并通过多组实验，在浆料中添加不同的单组分商用DSR，采用动态滤水仪收集滤液，测试滤液浊度，考察其对留着率和滤水性的影响。

实验还用从纸厂取来的浆料重复上述实验，与实验室浆料测试的数据进行对比。

2　结果和讨论

用回用浆料抄制手抄片并测定其抗张指数，结果如图1所示。

图1　DSR用量对实验室回用浆料手抄片抗张指数的影响

由图1可见，添加商用DSR，即参比样的手抄片抗张指数比未添加商用DSR的提高了15%。在抗张指数方面，所有添加实验用DSR的手抄片与添加参比样的手抄片相比，只稍有提高。这项结果以及其他很多实验表明，使用不同活性剂的实验用DSR对提高纸机工艺效率并没有明显影响，没有必要进一步对此进行开发和评估。

实验通过多组试验考察DSR对留着率和滤水性的影响。在浆料中添加不同的单组分商用DSR和实验用DSR，通过动态滤水仪收集滤液，测定滤液浊度，结果如图2所示。

图2　DSR用量对实验室回用浆料通过动态滤水仪收集的滤液浊度的影响

图2表明了浊度变化的趋势。在保水性方面，商用絮凝剂和商用混合剂效果相当好，而商用DSR的作用很小。该结果与纸板和包装纸厂的观察结果相符；然而，实验用DSR与商用DSR相比表现出一种过渡作用。这使我们认为，实验用DSR除了在提高纸张干强度方面发挥作用外，也有望用来改善浆料的留着率和滤水性。

实验对纸厂取来的浆料筛选后，重复上述实验，与实验室浆料测试的数据进行对比。其结果见图3和图4。

图3　DSR用量对纸厂回用浆料手抄片抗张指数的影响

图4　DSR用量对纸厂回用浆料通过动态滤水仪收集的滤液浊度的影响

由图3可见，虽然纸厂回用浆料的数据与实验室回用浆料相比干强度数据稍低，但这一结果并不意外，因为纸厂的回用浆料中经常存在污染物（胶粘物、阴离子垃圾和填料等）；不过这一测试结果已经相当不错。由图4可见，纸厂回用浆料滤液浊度降低的百分比比实验室回用浆料低。

3　纸厂的实验结果

开发阶段主要是对实验用DSR的配方进行改性，以提高其活性与使用的便捷性。在不同的纸板和包装纸浆料中添加2种实验用DSR，其用量在商用DSR用量的基础上按比例增大。

3.1纸厂实验1

选择一家以100%废旧箱板纸为原料，在长网纸机生产纸卷和纸芯的纸厂作为实验用DSR的场所。该纸厂希望提高纸张的纵向强度，以实现生产具有更高强度纸张的目标。实验过程中精磨次数和纸机速率保持一定。纸张强度提高了22%，如图5所示。该纸厂也希望能提高留着率和施胶性能，以明显降低絮凝剂和施胶剂用量。

3.2纸厂实验2

图5　生产纸卷和纸芯的纸厂的实验结果

选择一家生产瓦楞芯纸的纸厂做另一组实验。该厂使用传统长网纸机，平均日产量在 425 t，用50%的中性亚硫酸盐半化学浆（NSSC）和50%双挂面牛皮纸（DLK）作为原料。纸机速率以烘干纸张蒸气速率为限，而蒸气速率由根据抗压强度规范确定的精磨次数决定；因此，该纸厂希望通过增加强度提高产率。本实验可以通过减少每吨浆精磨能耗提高纸机速率，进而增强抗压强度。实验中，添加实验用DSR后，产率提高了9.3%，即每天可多生产40 t产品。2种实验用DSR在这家纸厂的使用效果都不错，如表2所示。

表2　生产瓦楞芯纸的纸厂的实验结果

4　结论

为了加强聚合物在纸厂浆料中的活性，实验使用了以不同改性剂改性同一种聚合物所获得的多种实验用DSR。实验结果表明，这些实验用DSR同时达到增强纸张干强度和提高产率的功能是可以实现的。

（程小娟编译）