不同增效剂在AKD施胶中的增效作用

刘　华，王　凇（凯米拉（上海）管理有限公司，上海200233）

不同增效剂在AKD施胶中的增效作用

刘华，王凇
（凯米拉（上海）管理有限公司，上海200233）

该文就环氧氯丙烷-二甲胺聚合物（EPI-DMA）、聚合氯化铝（PAC）、聚酰胺聚胺环氧氯丙烷（PAE）、硫酸铝及PAE+硫酸铝对烷基烯酮二聚体（AKD）乳液施胶过程的增效作用进行研究、对比，包括检测各施胶增效体系的电荷密度、粒径分布等，考察施胶剂用量对成纸施胶度及熟化温度对增效作用的影响。结果表明：各增效剂均改变原AKD乳液的粒度分布；当施胶增效体系用量达到8.0 kg/t（纸）时，且充分熟化后，施胶效果基本相同；EPI-DMA对促进AKD快速熟化效果最好，几乎不受熟化温度影响；提高熟化温度可以显著提升AKD+PAE+硫酸铝体系的施胶熟化速度。

烷基烯酮二聚体；环氧氯丙烷-二甲胺聚合物；聚酰胺聚胺环氧氯丙烷；聚合氯化铝；硫酸铝；增效

1　前言

施胶可以赋予纸张良好的抗渗透性，增强其对潮湿环境的适用性，并改善其书写和适印性，是多数纸张生产过程的必要工艺环节之一。施胶剂按其原料来源可分为天然产物和人工合成等二大类，其中合成类施胶剂烷基烯酮二聚体（AKD）以其适用于中、碱性抄造环境，成本较低，施胶效果较好等特点受到造纸企业的青睐[1-3]；然而采用AKD进行施胶，成纸下机时其施胶熟化度较低，任其室温存放自然熟化通常需要2星期时间才能完全熟化。由于AKD施胶熟化速度慢，为快速检测并准确控制其施剂效果带来困难，对于要求下机施胶效率较高的产品，需要辅以施胶增效剂提高其熟化速度[4]。

施胶增效剂通过提高成纸施胶度或/和提高施胶熟化速度改善施胶效果。据报道，聚合氯化铝（PAC）、聚酰胺聚胺环氧氯丙烷（PAE）、环氧氯丙烷-二甲胺聚合物（EPI-DMA）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）及瓜儿胶等对AKD施胶均有增效作用[5-9]。增效剂的作用原理概括来说有3方面：（1）借助增效剂自身在纸张表面良好的成膜能力改善最终施胶效果；（2）通过提高施胶剂的留着率获得更好的施胶效果；（3）增效剂在纤维与施胶剂之间形成桥联连接，并利用其内部基团较强亲核性进攻AKD内酯环，促其快速打开并固着在增效剂分子链上形成施胶，从而提高施胶的熟化速度[10-12]。通常不同施胶增效剂的作用原理不尽相同，对AKD施胶的改善效果也必然存在差别。

本文就PAC、PAE、EPI-DMA、硫酸铝及硫酸铝+ PAE复配物等对AKD施胶增效效果进行了研究、对比，重点考察其用量、熟化温度对各助剂增效效果的影响。

2　实验部分

2.1实验原料

废纸浆（旧箱板纸为原料，打浆度55°SR），PAE（固含量30%），硫酸铝（固含量48%）；均由某造纸厂提供。AKD乳液（固含量15%、乳化剂为阳离子淀粉），EPI-DMA（固含量50.8%），PAC（以Al2O3计，有效成分含量14%）；均取自凯米拉（兖州）管理有限公司。

2.2实验仪器与设备

抄片器，8414型，瑞典L&W公司；电荷密度测定仪，Mütek PCD 03型，瑞典BTG公司；pH计，SG2型，瑞士Mettler Toledo公司；黏度计，LVDV-1型，美国Brookfield公司；激光衍射粒度测定仪，Malvern 3000型，英国马尔文仪器公司。

2.3实验方法

2.3.1乳液制备及粒径检测

取适量AKD乳液注入烧杯中，在搅拌条件下，缓慢加入适量的去离子水和PAC或EPI-DMA，继续搅拌30 min后，用HCl（0.05 mol/L）或NaOH（0.05 mol/L）的溶液调节pH至规定值，取适量样品用激光衍射粒度测定仪进行粒度分布和粒径检测。

图1　AKD原液及其与不同增效剂复配乳液的粒径分布

2.3.2抄片

称取适量浆料（纸张定量100 g/m2），加入纤维疏解机中进行疏解分散后，依次加入适量复配乳液、CPAM溶液，助剂添加间隔15 s，加料完毕后继续搅拌15 s，注入抄纸器中抄片，湿纸页经压榨后，在抄纸器自带的干燥装置中93℃温度中干燥6 min即得干燥的手抄片。

2.3.3纸张吸收水检测

将待测手抄片放入标准恒温恒湿（23℃，50%）环境中30 min，按GB/T 1540—2002《纸和纸板吸水性的测定法》检测吸水性（采取2 min的Cobb吸水值法）。

3　结果与讨论

3.1AKD与增效剂复配乳液的制备与表征

通常AKD阳离子乳液在pH=3～4时最为稳定。本研究在充分搅拌的条件下，向AKD原乳液分别加入等正电荷量的PAC、EPI-DMA、硫酸铝、PAE以及PAE+硫酸铝[m（PAE）∶m（硫酸铝）=8∶1]等对AKD乳液进行复配，检测所得乳液的pH、浓度及黏度(测试条件：采用S18号转子，转速30 r/min)，其结果如表1所示。检测AKD原乳液及复配乳液的粒度，其结果如图1所示。

表1　AKD复配乳液的浓度和黏度

由表1可知，就黏度而言，使用硫酸铝复配乳液的黏度最小，使用PAE和EPI-DMA较大，而使用PAE与硫酸铝复配时黏度为最大。由图1可知，各复配乳液均比AKD原乳液的粒度分布更宽，其中小粒子均明显增加，这是由于部分粒子被正电荷裹挟，体现出更好的分散稳定性，同时由于加入组分的分子链较长或正电荷较强，通过桥联或静电吸附形成少量微絮聚体，导致乳液体系中出现较大的颗粒。

调整各复配乳液的pH，分别在pH为3.5和7.0时检测其正电荷密度，结果如表2所示。

表2　不同pH条件下AKD复配乳液的电荷密度

由表2可知，在pH为中性时，几种复配乳液仍呈正电性，不过相比pH=3.5的酸性情况均有下降，其中以含有硫酸铝和PAC的体系下降较为明显，这是由于铝离子在不同pH时解离状态不同造成的。含EPI-DMA组分复配乳液的电荷密度下降最少，主要是AKD与EPI-DMA的复配体系中胺基离解态受pH影响较小。

3.2复配AKD施胶剂的施胶效果

采用pH=3.5时配制的混合乳液为施胶剂，在pH为中性情况下进行抄纸，并将抄制的干燥纸页放入烘箱中，温度105℃干燥熟化15 min，得到完全施胶熟化的样品，检测其Cobb（120 s）值表征施胶效果。不同复配施胶剂用量（以复配乳液的总质量计算）对施胶效果的影响如图2所示。

图2　施胶剂用量对施胶效果的影响

由图2可知，在中性抄造条件下，当施胶剂用量较低时，采用EPI-DMA、PAC和硫酸铝复配的乳液施胶效果明显好于PAE及PAE+硫酸铝的体系，而当施胶剂用量增加到8.0 kg/t（纸）时，5种施胶剂体系完全熟化后产生非常接近的施胶效果。可见在中性条件下，尽管5种复配乳液的正电荷密度差别较大，存在对施胶剂有不同留着效果的可能，但是在该用量时，却产生了相当接近的施胶剂留着效果。

3.3熟化温度对施胶效果的影响

改变干燥部干燥曲线，可以影响AKD施胶的熟化速度。提高早期及整体干燥温度可以加快AKD施胶的熟化并提高纸张下机的施胶度；因而探索干燥温度对施胶增效剂的效能的影响，有利于明晰不同增效剂的作用原理，同时有利于生产中改进相关干燥工艺。

本文在中性抄造条件下，采用8.0 kg/t（纸）用量抄制了系列纸张，并用鼓式干燥器对抄造的纸张进行不同温度的熟化。熟化时间均为15 min，进而检测熟化后纸张的Cobb（120 s）值表征施胶效果，结果如图3所示。

图3　干燥温度对AKD施胶熟化的影响

由图3可知，对于5种增效施胶剂体系，熟化温度越高，最终施胶效果越好，即温度越高熟化速度越快；在较低熟化温度条件下，含EPI-DMA体系的熟化速度明显快于其他4种体系，可以推测当采用较低干燥温度时，采用AKD+EPI-DMA增效施胶体系的纸张下机施胶效果要可能优于其他几种；当熟化温度提高后，2种体系的熟化效果越发接近，尤其当熟化温度达到110℃，AKD+PAE+硫酸铝体系却取得最好的施胶效果。由图3还可以看出，熟化温度对EPI-DMA+AKD施胶增效的影响最小，即在较宽的温度范围内，EPI-DMA的施胶增效效果都比较明显。比较AKD+PAE+硫酸铝体系不同温度下的施胶度，其值由90℃时的122 g/m2下降到110℃时的30 g/m2，可见采用该增效体系时，在成纸质量许可的情况下，采用较高的干燥温度可显著提高施胶熟化速度，进而大幅改善成纸的下机施胶效果。当然，AKD+PAE的熟化速度受温度影响也比较明显。分析认为，纸页在加热干燥时，EPI-DMA分子中胺基受其他基团的影响呈现较强的亲核性，去进攻AKD的内酯环，促使其打开并固着分子链上，形成较快的施胶作用，从而提高施胶的熟化速度，不过PAE+AKD没有表现出类似的作用，值得进一步探索；而硫酸铝、PAC的复杂聚铝基团在熟化过程中可能仅表现出微弱的亲核攻击性，或根本不发生类似作用，因此熟化速度较EPI-DMA体系相对较慢。

4　结论

（1）EPI-DMA、PAE、PAC、硫酸铝及其与PAE的混合物加入AKD浮液后，对原乳液的粒度分布产生影响，细小粒子增加的同时，大粒子也有少量增加。

（2）各种AKD乳液在用量达到8.0 kg/t（纸）时，产生相似的最终施胶效果。

（3）熟化温度对AKD+EPI-DMA体系的熟化速度影响较小，而对AKD+PAE、AKD+PAE+硫酸铝体系熟化速度影响显著，提高二者抄造过程干燥温度有助提高成纸下机干度。

［1］李健婷，付庚昌.AKD的中性施胶［J］.造纸化学品，2007，19（1）：29-37.

［2］M A Hubbe.Paper’s resistance to wetting-a review of internal sizing chemicals and their effects［J］.BioResources，2007，2（1）：106-145.

［3］T Lindstrom，P T Larsson.Alkyl ketene dimer（AKD）sizing-a review［J］.Nordic Pulp and Paper Research Journal 2008，23（2）：202-209.

［4］刘温霞.烷基烯酮二聚体的施胶理论［J］.造纸化学品，1994，6（1）：8-11.

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

［6］刘凯，胡惠仁.PAE对草浆AKD施胶的增效作用［J］.纸和造纸，2008，27（3）：62-64.

［7］许昊翔，戴红旗，袁广翔，等.聚二甲基二烯丙基氯化铵用于控制纸浆中的胶体和溶解性物质［J］.纸和造纸，2007，26（4）：57-60.

［8］徐苗，唐中友，管秀琼，等.铝盐对AKD中性施胶的影响［J］.纸和造纸，2011，30（5）：40-42.

［9］刘华，王淞.EPI-DMA与PAC在AKD施胶中的增效作用研究［J］.华东纸业，2014，45（5）：17-20.

［10］J Zule，J Dolenc.Determination of AKD sizing agents in papermaking systems by gas chromatography［J］.Acta Chimica Slovenica，2003，50（1）：115-122.

［11］刘温霞，邱化玉.造纸湿部化学［M］.北京：化学工业出版社，2006.

［12］周景辉，马兴东.AKD施胶增效剂［J］.中华纸业，2005，26（8）：58-60.

本文文献格式：刘华，王凇．不同增效剂在AKD施胶中的增效作用[J]．造纸化学品，2016，28（2）∶11-14

昂高实施新型OBA技术的专利保护

昂高是色彩及特种化学品领域领先的全球企业，lgcar是西班牙一家专为造纸、纺织、清洁和涂料工业生产荧光增白剂的公司。昂高日前宣布与lgcar集团签署专利许可协议，协议将允许lgcar使用昂高“改进的荧光增白剂组合物”专利技术（专利号WO 2009/118247）。

该项专利在多个国家被授权，在欧洲申请后被批准。昂高开发的荧光增白剂（OBA）技术将镁盐与荧光增白剂结合。采用该专利技术处理的纸张其白度和亮度增加，能够为消费者提供更加愉悦的书写印刷体验。该专利技术利用镁离子掩盖常规纸张用荧光增白剂中的混合盐类。

昂高遵循保护专利的标准商业实践方法，近期向几家OBA供货商发布“终止和停止”令，因为这几家供货商的产品经独立分析后发现侵犯了昂高的专利技术。

（杨扬）

索理思在俄罗斯扩增粉状聚丙烯酰胺产能

索理思是一家全球领先的特种化学品生产商，为应对俄罗斯市场的强大需求，公司投资约500万美元用于Perm工厂的生产设备更新改造。

该项投资将使粉状聚丙烯酰胺的产量翻番。同时，鉴于制浆造纸行业所用施胶剂和消泡剂产品销量的增加，该项目也会新建2条生产线。

新增的产能将进一步加强索理思的市场主导地位，将使公司能够继续满足俄罗斯顾客日益增长的需求。

（杨扬）

Synergism Effect Study of Synergistic Agents on AKD Size

LIU Hua，WANG Song
（Kemira（Asia）Co.，Ltd.，Shanghai 200233，China）

Synergism effect study of EPI-DMA PAC PAE Alum and PAE&Alum on AKD size are compared in the paper，including measurement of charge density particle size distribution and etc，as well as，effect of sizing dosage on sizing performance and curing temperature.As shown in the result，particle size distribution is changed after each promoter addition；the same sizing performance is obtained as the dosage reach 8.0 kg/t paper with well curing；EPI-DMA is the best one which is able to speeding up curing without temperature effect；AKD+PAE+Alum system can be promoted by improving curing temperature.

alkyl ketene dimmer（AKD）；epichlorohydrin-dim ethylamine（EPI-DMA）；polyamide epichlorohydrin resin（PAE）；poly aluminum chloride（PAC）；aluminum sulfate（Alum）；synergistic

TS727+.5

A

1007-2225（2016）02-0011-04

2015-12-27（修回）

刘华女士（1980-），研发工程师；主要从事造纸化学品开发与应用服务；联系电话：021-54320500-211。