班衛(wèi)平 吳祖望
摘 要 合成了4種松香酯用于中性施膠。探討了松香酯結(jié)構(gòu)與施膠性能的關(guān)系，研究了施膠條件對(duì)松香酯施膠效能的影響。松香酯在中、堿性條件下表現(xiàn)了優(yōu)良的施膠效率。
APPLICATION OF ROSIN ESTERS IN NEUTRAL SIZING
Ban Weiping Wu Zuwang
(The State Key Laboratory of Fine Chemicals and Dyes, Dalian University of
Technologe Dalian 116012 China)
Abstract Four rosin esters were synthesized and utilized for neutral and alkaline sizing. Relationship between structures of rosin esters and sizabilities was illustrated and effects of sizing conditions on the sizability were investigated. These rosin esters showed high sizing effectiveness under neutral and alkaline papermaking conditions.
酸性施膠使抄紙系統(tǒng)處于酸性環(huán)境中，由于存在紙頁(yè)貯存壽命短、無(wú)法應(yīng)用堿性填料、白水污染負(fù)荷高及設(shè)備腐蝕等不足，已逐漸由中、堿性施膠所取代。在向中、堿性抄紙轉(zhuǎn)化中，最主要的施膠劑為烷基烯酮二聚體(AKD)與烯基琥珀酸酐(ASA)。兩者均為反應(yīng)型施膠劑，具有很高的施膠效率。然而，其存在價(jià)格昂貴、操作較復(fù)雜的不足。因此，近年來(lái)，中性松香膠的開(kāi)發(fā)成為研究熱點(diǎn)。
目前中性松香膠的研究主要有二條途徑：其一是利用松香酸上的羧基，對(duì)松香進(jìn)行酯化、酰胺化等改性［1～8］，增強(qiáng)其在中、堿性條件下的適應(yīng)性；其二是將松香制成陽(yáng)離子松香膠，包括在松香中引入陽(yáng)離子基團(tuán)及在松香乳化中制成陽(yáng)離子乳液［9～14］，以減少對(duì)礬土的依賴(lài)。
本實(shí)驗(yàn)合成幾種松香酯，就其在不同pH值下的施膠性能及施膠條件對(duì)施膠性能的影響進(jìn)行了探討。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 原料與試劑
松香(工業(yè)一級(jí))，酸值170 mg KOH／g；十二醇、乙二醇、丙三醇、一縮二乙二醇、均為分析純?cè)噭?；硫酸鋁(化學(xué)純) ［Al2(SO4)3*8H2O］配成10 %溶液；聚丙烯酰胺(PAM)，分子量5 000～20 000，配成0.5 %溶液；陽(yáng)離子淀粉(工業(yè)產(chǎn)品)，配成1 %溶液，亞硫酸鹽漂白葦漿(45 °SR)，取自金城造紙廠(chǎng)。
1.2 施膠劑制備
1.2.1 松香酯合成 將松香與四種醇分別定量加入裝有攪拌器、冷凝管、分水器、溫度計(jì)及氮?dú)鈱?dǎo)管的四頸瓶中，加入催化劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于210～260 ℃下反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)酸值與羥值測(cè)定，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率在93 %～95 %，詳細(xì)合成研究已另作報(bào)道。
1.2.2 施膠劑乳液制備 將合成的松香酯與一定的松香混合，溶于苯醇中，在攪拌下升溫，并加入乳化劑(自制)，加熱水轉(zhuǎn)相后，制成松香膠乳液，然后在減壓下移除苯醇形成膠乳液，濃度10 %。
1.3 施膠
稱(chēng)取一定量的漿料，分散，漿濃1.5 %，定量加入膠乳液、陽(yáng)離子淀粉、PAM、礬土與漿料攪拌混合5 min，以HCl及NaOH溶液調(diào)節(jié)漿料pH值分別在酸性、中性、堿性范圍。在紙頁(yè)成形器中抄成手抄紙，紙頁(yè)施膠度測(cè)定采用劃線(xiàn)法，按 GB 460―90進(jìn)行。
2 結(jié)果與討論
2.1 松香酯結(jié)構(gòu)對(duì)施膠性能影響
4種松香酯結(jié)構(gòu)為：
|
各種酯在不同pH值下施膠效果如圖1所示，并與分散松香膠比較。
圖1 松香酯施膠劑在不同pH值下的施膠性能 Fig.1 The sizing degree of rosin esters sizes at different pH values □分散松香膠Dispersed rosin size;□松香酯Ⅰ施膠劑Rosin ester Ⅰ size;□松香酯Ⅱ施膠劑Rosin ester Ⅱ size;□松香酯Ⅲ施膠劑Rosin ester Ⅲ size;□松香酯Ⅳ施膠劑Rosin ester Ⅳ size 比較4種松香酯的施膠效果，可以看到松香酯結(jié)構(gòu)對(duì)施膠性能有重要影響，松香酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在酸性、中性及堿性pH值下均呈現(xiàn)優(yōu)良的施膠度，其施膠性能基本相當(dāng)。而松香酯Ⅳ稍差。 表1 施膠因素與水平編碼 |
| 水平Level | 淀粉Starch (A)(%) | 礬土Alumina (B)(%) | PAM (C)(%) | 酸∶酯Rosin∶Ester (D)(W/W) |
| 1 | 2.0 | 2.0 | 0.05 | 6∶4 |
| 2 | 4.0 | 4.0 | 0.10 | 9∶1 |
|
注：各因素用量均對(duì)絕干漿計(jì)。 表2 施膠正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表 |
| 序號(hào) No. |
淀粉(A)(%) Starch |
礬土(B)(%) Alumina |
PAM (C)(%) | 酸∶醋(D)(W/W) Rosin∶Ester |
pH | 施膠度(mm) Sizing degree |
| 1 | 2.0 | 2.0 | 0.05 | 6∶4 | 7.36 | 1.75 |
| 2 | 2.0 | 2.0 | 0.10 | 9∶1 | 7.67 | 2.00 |
| 3 | 2.0 | 4.0 | 0.05 | 9∶1 | 7.49 | 2.50 |
| 4 | 2.0 | 4.0 | 0.10 | 6∶4 | 7.50 | 2.00 |
| 5 | 4.0 | 2.0 | 0.05 | 9∶1 | 7.50 | 0.25 |
| 6 | 4.0 | 2.0 | 0.10 | 6∶4 | 7.30 | 2.50 |
| 7 | 4.0 | 4.0 | 0.05 | 6∶4 | 7.59 | 2.50 |
| 8 | 4.0 | 4.0 | 0.10 | 9∶1 | 7.26 | 2.75 |
|
表3 施膠正交試驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)分析 |
| 序號(hào)No. | A | B | A×B | C | A×C | B×C | D | Y1(mm) |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1.75 |
| 2 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2.00 |
| 3 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2.50 |
| 4 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2.00 |
| 5 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 0.25 |
| 6 | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2.50 |
| 7 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2.50 |
| 8 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2.75 |
| Yi1 | 8.25 | 6.50 | 9.00 | 7.00 | 9.50 | 6.75 | 8.75 | |
| Yi2 | 8.00 | 9.75 | 7.25 | 9.25 | 6.75 | 9.50 | 7.50 | |
 i1 |
2.06 | 1.63 | 2.25 | 1.75 | 2.38 | 1.69 | 2.19 | |
 i2 |
2.00 | 2.44 | 1.81 | 2.31 | 1.69 | 2.38 | 1.88 | |
| Ri | 0.06 | 0.81 | 0.44 | 0.56 | 0.69 | 0.69 | 0.31 | |
| 優(yōu)水平 Optimum level |
A1 | B2 | C2 | D1 | ||||
| 主次因素 Primary and secondary factor |
B，A×C、B×C，C，A×B，D，A | |||||||
| 優(yōu)搭配Optimum pair | A2C2，B2C2 | |||||||
| Δi | 0.25 | 3.25 | 1.75 | 2.25 | 2.75 | 2.50 | 1.25 | |
| Δ2i | 0.06 | 10.56 | 3.06 | 5.06 | 7.56 | 6.25 | 1.56 | |
| S7 | 0.0075 | 1.3200 | 0.3825 | 0.6325 | 0.9450 | 0.7813 | 0.1950 | |
| Fi | 0.0123 | 2.1671 | 0.6280 | 1.0384 | 1.5515 | 1.2827 | 0.3201 | |
| αi | 0.25 | 0.01 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.10 | |
| 由于在膠料組成中，含有較多部分的游離松香酸，因此，礬土對(duì)施膠效果的作用應(yīng)類(lèi)同于礬土在傳統(tǒng)松香施膠中的作用，留著膠料及與纖維配位，而陽(yáng)離子淀粉本身并未表現(xiàn)出顯著的作用，但對(duì)聚丙烯酰胺及礬土對(duì)膠料的留著效能表現(xiàn)出較明顯的增強(qiáng)效應(yīng)，而礬土與聚丙烯酰胺同時(shí)使用也表明了顯著的協(xié)同作用。膠料中松香酯與松香的配合在本實(shí)驗(yàn)中以4∶6較好，進(jìn)一步的研究將另文討論。 3 小結(jié) 對(duì)亞硫酸鹽漂白葦漿進(jìn)行的施膠實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)驗(yàn)所采用的幾種松香酯施膠劑在中、堿性條件下有優(yōu)良的施膠性能。松香酯的結(jié)構(gòu)對(duì)施膠性能有重要影響，其結(jié)構(gòu)的疏水性強(qiáng)弱影響其施膠效率的高低。 在中性及酸性條件下對(duì)施膠條件進(jìn)行的正交試驗(yàn)表明：礬土對(duì)施膠效果影響最為顯著，聚丙烯酰胺與陽(yáng)離子淀粉及礬土之間對(duì)施膠效果存在顯著的協(xié)同影響。陽(yáng)離子淀粉本身無(wú)顯著影響，僅對(duì)聚丙烯酰胺及礬土助留起到增強(qiáng)作用。 遼寧省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 作者簡(jiǎn)介：班衛(wèi)平，男，40歲，博士，副教授 作者單位：(大連理工大學(xué)國(guó)家精細(xì)化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 大連 116012) 參考文獻(xiàn) [1] US Patent， 4 643 848 (1987) |
桂公網(wǎng)安備 45010302000299號(hào)
