新型胶粘物控制剂的开发

随着制浆造纸原料中的废纸比例不断增加，废纸回用过程中的胶粘物问题日益严重，因此在纸张生产过程中胶粘物的控制技术显得尤为重要。该文介绍了日本开发的新型胶粘物控制剂，其作用效果是：首先是去除胶粘物的黏性；二是分散胶粘物；三是使分散的胶粘物定着在纤维上，与纤维一起排出系统。经上机试验表明，纸浆中添加该新型胶粘物控制剂可以作为将胶粘物排出纸机系统的一种重要解决办法。

1 前言

出于环保考虑，近年来，在推进无纸化的同时，全球废纸利用率也在不断上升。随之，低档废纸的使用量年年增加，相应的应对措施也变得必不可少。如何在纸张生产过程中控制主要成分纤维以外的物质成了纸机稳定运行的关键之一。纤维以外的物质——无机物（氢氧化铝，碳酸钙等结垢物质）及有机物（树脂酸和丙烯酸酯等疏水性黏性物质、菌泥等）可能成为树脂障碍的成分。

本文将介绍最近开发的新型胶粘物控制剂，这种化学品具有对有机物之一的有机疏水性胶粘物除黏、微细化并以无害状态黏附在纤维原料上，与纤维一起排出纸机系统外的作用。这里所说的有机疏水性胶粘物是指来自木材的天然物质、废纸和涂布损纸的化学合成类物质的统称。

2 有机疏水性胶粘物及其去除

有机疏水性胶粘物是引起纸张质量下降和造纸设备污染等综合性生产效率下降的物质之一。众所周知，这些物质在系统内只要是低浓度且以胶体状分散就难以成为树脂障碍的原因，但受温度和pH的变化、剪切力和硬度成分等影响，其物理性能变得不稳定，如再凝聚，体积变大就会导致纸病和纸机污染等各种问题。作为其对策有：通过压力筛和气浮等机械物理方法去除和用化学品进行分散、除黏等化学处理方法。前者把产生问题根本原因的胶粘物排出系统，后者则是通过改变胶粘物的性质，减少胶粘物再凝聚变大。一般来讲，在纸机白水封闭循环条件下，存在着胶粘物和化学品浓度持续不断上升的问题。

目前，具有下述作用的胶粘物控制剂均已使用，但在白水封闭循环条件下未能取得满意的效果。

（1）分散型胶粘物控制剂：用表面活性剂和阴离子聚合物使胶粘物表面亲水化，促进在白水系统中的分散，防止凝聚。

（2）溶解型胶粘物控制剂：用溶剂和表面活性剂等溶解黏性物质或者使其乳化，防止凝聚。

（3）除黏型胶粘物控制剂：用滑石粉和聚合物等改变胶粘物表面性质，降低黏性，防止凝聚。

（4）凝聚型胶粘物控制剂：用阳离子聚合物等部分地降低黏性，使胶粘物以微细状态分散定着在纤维上。

（5）酶：用酶分解使胶粘物微细化的同时，通过改变其结构使黏性表面的性质发生变化，防止凝聚。

最近，一直用作解决方案的有同时使用再凝聚防止型（分散型、溶解型、除黏型和酶）胶粘物控制剂和凝聚剂的胶粘物控制系统，但有时这2种化学品用量的调整比较困难。因此，我们着手开发了一种同时兼具分散及除黏效果和防止凝聚效果的新型化学品——ミラクルピチコン777（以下简称“新型胶粘物控制剂”）。开发的目标是这种新型化学品能够降低胶粘物的黏性，并使胶粘物不在烘干部和压榨部产生问题，与纤维一起排出系统。下面介绍新开发的这种新型胶粘物控制剂的特性。

3 新型胶粘物控制剂

在制浆造纸过程中因为疏水性黏性物质造成沉积物和机械障碍的典型物质主要有3种：树脂酸类（来自木材）、丙烯酸酯类（来自废纸）和乙烯醋酸乙烯类（来自废纸）。已确认该新型胶粘物控制剂对这些胶粘物的除黏效果。图1显示了新型胶粘物控制剂对各种胶粘物的除黏效果（实验条件为加热至温度50℃、搅拌时间为1 h）。

图1 新型胶粘物控制剂对各种胶粘物的除黏效果

由图1可知，该新型胶粘物控制剂能降低所有这些来自木材的树脂类胶粘物和来自废纸的丙烯酸酯类、乙烯醋酸乙烯类胶粘物的黏性，特别是对丙烯酸酯类保持了较高的除黏率。

接着模拟容易诱发再凝聚的条件，用添加了大量丙烯酸酯类胶粘物的原料，通过加热（温度为60℃）和搅拌（时间为1 h）、抄片后观察胶粘物的表现，结果如图2的照片所示。

图2 添加了大量丙烯酸酯类胶粘物的浆料抄片的显微镜照片

由图2可见，在不添加新型胶粘物控制剂的情况下，纸张表面凝聚了带黏性的胶粘物，而添加了新型胶粘物控制剂的照片则看不到这些胶粘物的凝聚。

接着，为了确认纸张中是否含添加的胶粘物，分析了各抄片中所含胶粘物（粒径为150 μm以上）。结果如图3所示。

结果显示，虽然在添加新型胶粘物控制剂的纸中所含胶粘物量与不添加时相近或更高，但胶粘物没有积聚、凝聚，而且黏性降低，均一地分散，定着在纸张原料（纤维）上。

另外，对来自木材的树脂类胶粘物以及乙烯醋酸乙烯类胶粘物也进行了与前面相同的试验，得到了同样的结果。

为了确认该新型胶粘物控制剂对乙烯醋酸乙烯类胶粘物的乳化物产生怎样的作用，接着对添加了新型胶粘物控制剂后的乙烯醋酸乙烯类胶粘物的状态进行了显微镜观察（实验条件为加热至温度50℃、搅拌时间为1 h；显微镜照片为100倍），结果如图4所示。

观察发现，添加了新型胶粘物控制剂的乙烯醋酸乙烯类胶粘物的粒径与添加分散型胶粘物控制剂微细化后的胶粘物粒径不同，乙烯醋酸乙烯类胶粘物凝聚成一定的粒径（粒径为10 μm左右），再定着在纤维上。

图3 抄片中所含胶粘物量

图4 新型胶粘物控制剂对乙烯醋酸乙烯类胶粘物的影响

还对用乙烯醋酸乙烯类胶粘物进行抄片试验的纤维部分（粒径为150 μm以上）和滤液部分（粒径为23～150 μm和粒径为23 μm以下）分别进行了胶粘物量分级分析。结果如图5所示[图中：（a）为不添加胶粘物控制剂的试样；（b）为添加新型胶粘物控制剂的试样；（c）为添加分散型胶粘物控制剂的试样]。

由图5可见，与添加丙烯酸酯类胶粘物时的试验结果相同，添加该新型胶粘物控制剂时的胶粘物含量在纸张中的分布最多，而添加分散型胶粘物控制剂时，滤液中胶粘物分布最多。

图6显示了新型胶粘物控制剂对添加了乙烯醋酸乙烯类胶粘物的影响。

由图6可见，滤液中粒径为23 μm以下的胶粘物分布最多

根据以上结果表明，新型胶粘物控制剂与各种胶粘物产生作用并且其效果是使某些粒径的胶粘物脱黏，同时使其定着在纤维上被带出系统。

图5 添加了乙烯醋酸乙烯类胶粘物的浆料抄片及滤液中各粒径胶粘物分布

图6 新型胶粘物控制剂对添加了乙烯醋酸乙烯类胶粘物的影响

4 使用条件

新型胶粘物控制剂具有作用于胶粘物本身，且当添加量与胶粘物含量等量时显示出最佳效果的特性；不过，对某些种类的胶粘物，用1/10的新型胶粘物控制剂添加量也可获得很好的效果，可根据添加点和温度、pH等条件确定适宜的添加量。另外，该新型胶粘物控制剂在高温、弱碱性条件下使用也能获得所希望的效果，但pH超过10后效果将会降低。表1所示为新型胶粘物控制剂的使用条件。

表1 新型胶粘物控制剂的使用条件

5 纸机应用效果

现在日本几十家纸厂正使用新型胶粘物控制剂进行上机试验。在一家使用瓦楞废纸为原料生产瓦楞原纸的纸厂里，取得了烘缸刮刀垃圾降低1/2以上的成绩，并取得了损纸率下降的效果。在其他以瓦楞废纸为原料的纸厂也取得了白水中的疏水性物质含量和浊度下降及造纸器材清洗次数减少的实际效果。

6 结束语

日本国内存在着废纸原料供应量和质量下降等问题，另一方面与其他国家相比，市场对纸张的品质要求却非常高。在全球追求循环型社会目标的背景下，预计今后纸张生产原料中的废纸比例将继续增加，随之而来会产生各种各样的问题，虽然机械物理方面的技术在进步，但我们今后将从化学处理的角度着手解决这些问题，为造纸技术进步和造纸产业发展作出贡献。 （杜骏远 编译）