夏季造纸施胶困难的原因与解决方案

孙淑秀邓佩春陈少平柯炳太李远?友吴宗?华（.福建师范大学 化学与化工学院， 福建 福州 350007；.福建师范大学 材料科学与工程学院， 福建 福州 350007）



夏季造纸施胶困难的原因与解决方案

孙淑秀1邓佩春1陈少平1柯炳太1李远?友1吴宗?华2
（1.福建师范大学 化学与化工学院， 福建 福州 350007；2.福建师范大学 材料科学与工程学院， 福建 福州 350007）

摘 要：夏季温度高，使得浆料滤水性提高，施胶剂留着率降低；且高温下微生物大量滋生；加之高温下施胶剂水解加快，从而导致夏季施胶困难。研究发现有三种方法解决以上困难：使用施胶增效剂、改变乳化剂种类及使用新型施胶剂。新型施胶剂的施胶效率高，且在高温下仍有一定的施胶度，是一种新型的施胶剂，能够很好解决夏季施胶效率低的难题。

关键词：浆内施胶 增效剂 施胶度 水解率

浆内施胶是指纸料中加入疏水性物质，在造纸湿部采用适当的方法将其保留在纤维上，并使其与纤维结合交联，从而起到提高抗水性和降低渗透能力的作用。现今造纸用浆内施胶剂主要有：AKD乳液、ASA和分散松香胶等[1-2]。夏季温度高，浆料的温度也升高，随浆料温度上升，滤水性提高，施胶剂留着率下降，从而施胶度下降；且温度高导致微生物滋生加快，由于微生物表面带负电，易与铝离子结合，故会降低施胶效果；另外，温度高也使施胶剂水解加快，影响施胶效果[3-4]。因此，要解决夏季施胶困难是造纸工业的一个重要课题。本文研究了温度高导致施胶难的原因，并提出3个解决方案，以期提高夏季造纸施胶效果。

1 试验部分

1.1 原料

AKD蜡（1865型），工业级，苏州天马精细化学品股份有限公司；分散松香胶，工业级；箱板纸浆，由废纸箱制备（打浆度40oSR）；非离子型表面活性剂A、阳离子型表面活性剂B，工业级；PAC，工业级，由工厂提供；YSR-2，实验室自制；三氯化铁、硫氰酸铵，均为分析纯。

1.2 AKD乳液的制备

将AKD蜡加入三口烧瓶中在60±1℃下加热至其完全熔化，提高转速加入乳化剂AB，搅拌一定时间后加入YSR-2，预混合5 min后转入均质机，利用高剪切乳化机以10 000 r/min高速剪切乳化10 min后，快速冷却至室温与胶体保护剂PAC以9:1共混后制得AKD乳液，乳液固含量为15%。

1.3 纸张的抄取

称取计算量的湿纸浆，放入高速搅拌机中，加入一定量的自来水配成纸浆浓度0.4%，按照纸张定量为100 g/m2取出一部分加入施胶剂，在抄片器上抄取定量为100 g/m2的纸片，湿纸片在105℃下烘干20 min后测定纸张的施胶度。

1.4 乳液粒径分布测定

取一定量的施胶剂在Mastersize 2000型激光粒度分析仪上测定乳液平均粒径大小和粒径分布。

1.5 施胶度的测定

按照国家标准GB/T 5405—2002，采用液体渗透法测定纸张施胶度。

1.6 紫外测定乳液水解率

将待测乳液稀释至同一浓度后于50℃下恒温放置20 h，移取等量的乳液，快速风干后进行真空干燥。待完全干燥后，加入等量的三氯甲烷密封抽提足够时间后，滤掉残渣，将滤液用于紫外测定，通过测得吸光度求出乳液水解率。

2 结果与讨论

主要的解决方案有以下三方面：

2.1 使用施胶增效剂

由图1可以看出，AKD乳液在25 ℃时，施胶度为19 s，使用增效剂后施胶度有较大的变化，最高达到67 s，其中增效剂Ⅰ的作用最明显，其次是增效剂Ⅱ，增效剂Ⅲ对AKD乳液没有增效作用。主要是因为增效剂Ⅰ、Ⅱ中含有部分的植物油，植物油有很好的疏水性，加入后能够提高施胶度。

图1 不同增效剂对AKD乳液的增效作用

由图1还可看出，随着增效剂Ⅰ和增效剂Ⅱ添加量的增加，施胶度减小。主要原因是增效剂中有部分的表面活性剂，随着增效剂添加量的增大，表面活性剂用量也增大，导致其中亲水性基团增大，从而使得施胶度降低[5]。但是，在较低的添加量时，增效剂Ⅰ和增效剂Ⅲ的使用对纸张的疏水性有显著提高。

在高温下，AKD水解速度加快且施胶剂的留着率下降，导致施胶效果降低[6]。由图2可以看出，温度升高，AKD乳液的施胶度降低，在50℃时施胶度为0 s；但是在使用增效剂后，施胶度最高达到81 s，比25℃时的AKD乳液的施胶度高，说明增效剂Ⅰ在高温下对AKD乳液有很好的增效作用。

2.2 改变乳化剂结构

上述研究的结果表明，温度升高导致乳化剂脱附是夏季造纸施胶难的主要原因之一，选用与胶粒结合力强的高分子表面活性剂是解决方案之一。本项目研究中发现生物质乳化剂YSR-2与低分子表面活性剂复合物AB在乳化时对胶粒起到很好的保护作用，且大幅提高 AKD乳液的稳定性[7]。

图2 增效剂Ⅰ在不同温度下对AKD的增效作用

图3为不同复合比例的YSR-2/AB乳化所得的乳液稀释后于50℃下放置20 h测定乳液的水解率。随着YSR-2用量从80%下降到30%，AKD乳液的水解率不断升高，从44%上升到71%。图4为利用紫外光谱测定放置两个月乳液的水解量（以三氯甲烷为溶剂），从图4中可以看出，241 nm为AKD的紫外特征吸收峰，随着YSR-2用量的减少，在241 nm处的吸收值降低，表明乳液中AKD的量减少，即AKD的水解增加。这可能是，YSR-2的加入对胶粒起到了很好的保护作用，很大程度的降低了乳液的水解， 从而提高了乳液的施胶率。

图3 复合乳化剂组成对乳液水解率影响

图4 复合乳化剂组成对乳液自身AKD水解量的影响

通过上述试验表明，复合YSR-2/AB能够减慢AKD的水解，提高乳液的施胶率。另一方面，YSR-2生物质乳化剂的价格低于乳化剂AB的价格的1/2，在保持工厂原有的生产工艺基础上，不仅可以直接利用玉米淀粉制得了性能良好的AKD乳液，同时也极大地降低了AKD的生产成本。

2.3 使用新型施胶剂

现今的施胶剂仍存在很多缺点，无法很好地满足工业需求。因此，造纸工业迫切需要开发一种新型的施胶剂。由表1可以看出，在常温下，本项目研制的新型施胶剂的施胶度要大于AKD乳液和分散松香胶；在50℃下，AKD乳液和分散松香胶没有施胶度，但新型施胶剂仍然具有一定的施胶效果；加大施胶剂用量后，新型施胶剂的施胶度仍然要大于AKD乳液和分散松香胶，表明新型施胶剂的施胶效果要优于二者。所以，新型施胶剂可以很好地用于造纸施胶工业，施胶效率高、耐高温，是一种高效的施胶剂，可以很好地解决夏季施胶困难的难题。

表1 新型施胶剂的施胶效果

3 结束语

夏季施胶困难可以通过以上3种方法解决：增加施胶剂的用量、改变乳化剂种类及使用新型施胶剂。本项目研制的AKD施胶增效剂、AKD乳化用生物质乳化剂和新型施胶剂的施胶效率高，且在高温下仍有较高的施胶度，能够解决夏季施胶效率低的难题。

参考文献：

[1] 陈启杰. 浅谈几种中性施胶剂[J]. 黑龙江造纸. 2002(4):33-35.

[2] 徐媚,徐梦蝶,戴红旗,等. 造纸浆内施胶剂研究的进展[J]. 造纸化学品,2013,25(2):6-11.

[3] 郑咏喜. 夏季浆料施胶度差的原因介析[J]. 湖北造纸. 1996(2):38-39.

[4] 周大斌,张丽君. 温度对造纸施胶效果影响的研究[J].东北林业大学学报, 1995,23(3):104-105.

[5] 肖建芳. AKD施胶增效作用及机理研究[D]. 无锡:江南大学. 2010:32-33.

[6] 石超群,谢益民,张华蒙. 温度对AKD施胶效果影响的研究[J]. 湖北造纸. 2012(3-4):53-54.

[7] 邓佩春. AKD乳液的组成与性能的研究[D]. 福州:福建师范大学.2013:50-52.

福建省自然科学基金资助项目(201201196)

作者介绍：

孙淑秀（1990—） 女 硕士研究生在读 主要研究方向：精细化学品。

通讯联系人:

陈少平 教授 研究方向: 精细化学品化学.

Tel: 13509351963;

E-mail:chenshpn@fjnu.edu.cn.

共同通讯联系人:

吴宗华 教授 研究方向: 高分子界面科学。

Tel:13625083702;

E-mail:wuzonhua@fjnu.edu.cn.

The Reasons and Solutions of Low Sizing efficiency in Summer

SUN Shuxiua,DENG Peichuna,CHEN Shaopinga,KE Bingtaia,LI Yuanyoua,WU Zonghuab
(aCollege of Chemistry and Chemical Engineering,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China; bCollege of materials science and Engineering, Fujian Normal University,Fuzhou350007,China)

Abstract:As the summer temperatures are high, the paper pulp drainability increased, sizing retention rate decreased; and in the high temperature microbes are infested; coupled with sizing hydrolysis accelerate in the high temperature, leading to difficulties in sizing. In the articles，three ways to solve this problem: the use of efficiency agent in sizing, the change of type of emulsifiers and use of new sizing. The efficiency of new sizing is high, and at high temperatures is still a certain degree of sizing, is a new type of sizing agent, it can be a good solution to the problem of low sizing efficiency in summer.

Keywords:sizing in the pulp; efficiency agent in sizing; sizing degree; hydrolysis rate

基金项目: