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影响分散松香胶施胶效果的湿部化学因素
影响分散松香胶施胶效果的湿部化学因素―分散松香胶一硫酸铝酸性施胶系统
摘要:对分散松香胶施胶过程中的湿部化学进行了初步的探讨，研究了硫酸铝、分散松香胶、阳离子淀粉等的用量以及施胶顺序对施胶效果的影响。关键词： 瓦楞纸施胶&& 分散松香胶&& 酸性施胶&& 湿部化学& 硫酸铝阳&& 离子淀粉& & &&
1前言&&& 众所周知，在造纸湿部，松香施胶剂是使用得最为普遍的添加剂之一，近年来，我国已开发出分散松香胶。生产实践表明，分散松香胶的效果的确优于松香皂胶，然而，在实际生产过程中，许多纸厂发现分散松香胶的施胶效果对造纸过程中的工艺条件、抄造条件以及浆质、水质等的变化比较敏感，施胶效果的稳定性不如松香皂胶。这主要是因为，分散松香胶的施胶机理与松香皂胶不同，特别是，以纸页成形的过程中，分散松香胶粒子的留着受造纸湿部化学因素的影响比较多，故其在纤维上的留着也相对困难一些，因此，造纸湿部化学因素的变化常常会带来施胶效果的波动。&&& 在国外，对纤维悬浮液中各组份之间相互作用的化学，即造纸湿部化学(Wet-end Chem-istry)的大量研究起始于70年代，至今方兴未艾。而国内对造纸湿部化学的研究还不多，许多纸厂的技术人员对其了解也比较少，大大阻碍了造纸化学助剂在我国造纸工业的推广应用。事实上，与松香皂胶相比，分散松香胶施胶过程中的湿部化学更为复杂。因此，研究松香施胶过程中的湿部化学，将推动分散松香胶在我国造纸工业的广泛应用，其重要意义是不言而喻的。目前，笔者已经在造纸湿部化学方面，进行了一些研究工作，由于篇幅的限制，本文仅仅介绍在湿部化学的研究方面所做的部分研究工作。2实验2.1原料&&& 实验所用纸浆为加拿大漂白针叶木浆板，采用Valley打浆，浆料打浆度为43-450°SR，所用填料为滑石粉。&&& 实验所采用的施胶剂R1008为实验室制备的阴离子分散松香胶，SB为国外的阳离子淀粉，硫酸铝为化学试剂。2.2实验方法& 辅料添加工艺为:浓度1%的浆料，启动搅拌& 2min& 施胶剂R1008& 1min& 硫酸铝 1min&& SB& 1min& 20%滑石粉&& 1min&& 稀释、抄片&&& 成形设备为快速抄片器，上网浓度为0.15ooe&&& 压榨条件:0. 6 MPa，5 min。&&& 干燥条件:将经过压榨的纸页置于烘缸上干燥15 min(干燥温度为96-98℃)2.3施胶度的实验方法&&& 施胶度的测定采用Stochget渗透法，参见《造纸工业测试标准1990))3结果与讨论3.1硫酸铝的用量对施胶效果的影响&&& 在以前的研究中曾经指出，在松香施胶的条件下，沉淀剂聚合氯化铝((PAC)的用量在1.5%处，施胶效果最佳(1)。此外，当硫酸铝的用量在6%-10%的范围内，在纸页成形的过程中，细小组份的留着率也达到最大值(2)。在这两种情况下，施胶效果、细小组份留着率随着硫酸铝或PAC用量的变化均比较规则，呈现先上升然后下降的趋势。然而，在后来的研究中发现，由于湿部化学环境的变化，随着硫酸铝用量的变化，施胶效果的变化趋势有时变得更为复杂。&&& 本文在硫酸铝用量不同的情况下进行了施胶实验，实验结果见图1。施胶工艺条件为，0.5%R1008--一硫酸铝一SB -2000滑石粉。从图1可见，在使用阳离子淀粉作为助留剂的情况下，施胶效果在硫酸铝用量为1%时最佳，后随着硫酸铝用量的增加，施胶效果虽然有些波动，但总的趋势还是下降的;在不使用助留剂的情况下，随着硫酸铝用量的变化，施胶效果的变化比较复杂，分别在用量为2%左右和5%-7%的范围内取得较好的施胶效果。图1硫酸铝用量对施胶效果的影响&&&& 由此可见，在实际生产过程中，由于各个纸厂的情况不尽相同，究竟各种湿部添加剂的用量在多少最合适，要具体情况具体分析。特别是通过各种添加剂的合理使用，在成本最低的情况下获得最佳的综合效果。例如，在本文的实验条件下，若希望纸张的施胶度在35 s左右，可以采用2种不同的配方，即:&&& 配方1:不采用助留剂，硫酸铝的用量在6%左右，达到期望的施胶效果。若硫酸铝的成本按640元/t计，这每t纸张所需花费在沉淀剂上的成本为38.4元。&&& 配方2:采用0.5%的阳离子淀粉作为助留剂，硫酸铝的用量在0.5%左右，达到期望的施胶效果。若硫酸铝的成本按640元八计，阳离子淀粉的成本8000元/t计，则每t纸张所需花费在沉淀剂上的成本为43.2元。&&& 现在来比较这2种配方的优缺点，从经济的角度来看，配方2较配方1多花费5元钱左右，但是，配方2具有如下优势(1)由于配方2中硫酸铝的用量非常低，在纸机的湿部，不会因为白水的循环导致离子的积累，因此，可以提高白水封闭循环的程度，减少排放白水的污染负荷，节约清水资源、降低成本。此外，在这种情况下，完全可以实现近中性施胶，纸料上网pH值可以达到7.5左右，可以采用碳酸钙填料来部分取代滑石粉。从而，获得降低生产成本、提高纸张质量、减少设备腐蚀的诸多益处。(2)阳离子淀粉的使用势必会改善纸料中细小组份在网上的留着，其结果是减少物料流失、减少网部的腐损、减少纸张的两面差，从而提高纸张质量、降低生产成本以及白水的污染负荷。&&& 显然，在本文的实验条件下，从经济的角度、施胶效果以及纸料在网上的留着等方面来看，采用配方2的结果是以微小的投人所带来的综合效益必将超过投料成本上的微小增加，其最终的经济效益是明显的。3.2分散松香胶一硫酸铝用量的协同变化对施胶效果的影响&&& 前面讨论了在施胶剂用量不变的情况下，硫酸铝用量对分散松香胶施胶效果的影响情况。事实上，因为不同品种所要求的施胶水平不同，各厂的生产工艺条件也不尽相同，因此，在施胶剂的用量上，也常常有所不同。为此，本文在施胶剂和沉淀剂用量同时变化的情况下，进行了施胶实验，实验结果见图2。实验过程中，硫酸铝的用量为分散松香胶用量的10倍。施胶工艺条件为，R1008一硫酸铝一20%滑石粉。图2硫酸铝和松香胶协同变化对施胶效果的影响&&&& 从图2可以看到，在分散松香胶和硫酸铝用量协同变化的情况下，随着用量的增加，手抄片的施胶度逐渐增加，在分散松香胶用量为0.5%、硫酸铝用量为5%时，施胶度达到最大值，然后，基本上保持不变。&&& 由此可见。(1)与图1所示结果相比，在分散松香胶和硫酸铝用量协同变化的情况下，施胶效果达到最佳以后基本上保持稳定，我们不妨将这种现象称为“协同稳定效应”。在本文的实验条件下，施胶效果的转折点出现在分散松香胶的用量为0.5%处。因此，在实际生产过程中，当想要调整松香胶的用量时，应尽量采取“协同变化”的方式。(2)在分散松香胶和硫酸铝用量协同变化的情况下，对于实际生产状况，摸索出施胶效果变化的转折点是十分重要的。这样，就可以将施胶剂和硫酸铝的用量控制在转折点之后的一个微小范围内，在获得稳定的、最佳的施胶效果的同时，使用较少的施胶剂和硫酸铝。3.3阳离子淀粉的用量对施胶效果的影响&&& 从前面的研究可以看到，作为助留剂的阳离子淀粉的使用，对于施胶效果的改善是十分重要的。那么，阳离子淀粉的用量究竟为多少，才能以最低的成本获得最好的效益?为此，本文在阳离子淀粉用量不同的情况下，进行了施胶实验，施胶工艺条件为，0.5%R1008-1%硫酸铝一SB---20%滑石粉。实验结果见图3
图3阳离子淀粉用量对施胶效果的影响&&& 从图3可见，随着阳离子淀粉用量增加，施胶效果呈现上升的趋势，在用量达到1%以后，施胶效果基本稳定。因此，在本文的实验条件下，淀粉的用量宜控制在1%，以避免不必要的浪费。3.4施胶顺序对施胶效果的影响&&& 有些学者指出[[3,4]，对于分散松香胶来说，在使用助留剂的情况下，采用逆向施胶，即，先加硫酸铝，再加施胶剂的施胶顺序，能获得较好的施胶效果。本文采用不同的施胶顺序以及不同的硫酸铝、淀粉用量水平，进行了施胶实验，实验结果见图4。施胶工艺条件为，A:0.5%R1008,6%硫酸铝，20%滑石粉;B:0.5%R1008,3%硫酸铝，0.8%SB,20%滑石粉;C:0.5%R1008,1%硫酸铝，0.8%SB, 20%滑石粉。&&& 从图4可见，在不使用助留剂的情况下，正向施胶的效果优于逆向施胶;在使用阳离子淀粉作为助留剂的情况下，逆向施胶的效果与正向施胶基本相同，没有显示出优越性。图4施胶顺序对施胶效果的影响&4结论4.1随着硫酸铝用量的变化，施胶效果的变化规律比较复杂，分别在用量为2%和5%-7%的范围内，能取得较好的施胶效果。4.2当采用阳离子淀粉作为助留剂时，施胶效果的变化变得较为平稳，在硫酸铝用量为loo时，取得最佳施胶效果。4.3在硫酸铝与分散松香胶的用量协同变化的情况下，施胶效果的变化出现“协同稳定效应”，即随着硫酸铝和施胶剂用量的变化，在达到最佳的施胶效果以后，基本上趋于平稳。4.4随着阳离子淀粉用量的变化，手抄片的施胶度呈现先上升，然后下降的变化趋势，但变化比较平稳。在淀粉用量为1%左右，达到最佳的施胶效果。4.5在本文的实验条件下，无论是否采用阳离子淀粉作为助留剂，也无论硫酸铝用量的高低，正向施胶的效果优于逆向施胶。参考文献朱勇强，石淑兰，隆言泉.采用聚合氯化铝进行中性施胶的研究.中国造纸，):42朱勇强，谢来苏，薛仰舱等.用动态脱水仪评价造纸化学助剂助留效果的研究.中国造纸，):41Joseph&& Marton& and Teresa Marton. Some new principle to optimize rosin sizing. Tappi, ):105徐忠恺，李春芳新一代松香系施胶剂―阳离子分散松香胶.上海造纸，):14
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