周小凡，毛春，伍忠萌(南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，江蘇南京210037)

摘要：介紹了采用實(shí)驗(yàn)室制備的一種特殊的陰離子分散松香膠NL01進(jìn)行中堿性條件下施膠實(shí)驗(yàn)的有關(guān)情況，結(jié)果表明：在pH值6.0～8.5的范圍內(nèi)，采用NL01能獲得良好的施膠效果，并且相對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)化松香膠而言，其消耗硫酸鋁的量降低了約80%。NL01中性膠對(duì)堿性填料碳酸鈣的相容性良好，在用量達(dá)到15%時(shí)，仍有相當(dāng)不錯(cuò)的施膠度，而且突破了傳統(tǒng)的“陰離子分散松香膠-硫酸鋁體系不可用于中性施膠”的觀念。?

關(guān)鍵詞：中性施膠；NL01松香膠；硫酸鋁；陽(yáng)離子聚丙烯酰胺?

中圖分類(lèi)號(hào)： TS727.5；TQ351文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1005-3433(2001)06-0011-04?

由酸性造紙改為堿性造紙，是整個(gè)造紙系統(tǒng)具有方向性的改革^[1]。而中性施膠劑則是中性造紙的關(guān)鍵。20世紀(jì)50年代以來(lái)歐美國(guó)家研制開(kāi)發(fā)的無(wú)需借助礬土沉淀留著的反應(yīng)型施膠劑AKD、ASA等，正是適用于中性造紙的施膠劑^[2]。但由于AKD施膠存在常溫下易水解、施膠度難控制、施膠具有延遲性、污染紙機(jī)、成紙發(fā)滑以及價(jià)格昂貴等問(wèn)題；而ASA同樣也有易產(chǎn)生水解物的高度傾向、易粘壓榨輥和結(jié)垢、需現(xiàn)場(chǎng)乳化以及乳化設(shè)備復(fù)雜等問(wèn)題^[3]，所以這類(lèi)反應(yīng)型中性施膠劑在我國(guó)全面的推廣應(yīng)用有一定的難度。?

從20世紀(jì)80年代起，各國(guó)的造紙工作者對(duì)松香這一傳統(tǒng)而又廉價(jià)的施膠劑原料又進(jìn)行了大量的有關(guān)用于中性施膠的研究，如美國(guó)赫克力斯公司的陽(yáng)離子分散松香膠、日本荒川化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社和奧地利克瑞姆斯公司的中性松香酯化乳液施膠劑^[4]，國(guó)內(nèi)也有對(duì)聚合氯化鋁-陰離子分散松香膠系統(tǒng)中性施膠的詳細(xì)探討^[5]，本實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)松香的特殊改性及乳化，制備了一種陰離子分散松香膠，可在硫酸鋁以及陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的助留體系配合下，用于中性施膠，本文就其施膠性能及工藝條件予以介紹和討論。?

實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料 ?

紙漿：加拿大進(jìn)口針葉木漿板50%，印度尼西亞進(jìn)口闊葉木漿板50%，打漿度39°SR。?

施膠劑：陰離子分散松香膠：NL01 （本實(shí)驗(yàn)室自制，固含量50%）；DC、HH為國(guó)內(nèi)市售兩種品牌松香陰離子中性膠。?

硫酸鋁：CR，上海興塔美興化工廠提供陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）：分子質(zhì)量500～600萬(wàn)，江蘇農(nóng)科院提供。?

填料：400目重質(zhì)沉淀碳酸鈣。?

1.2實(shí)驗(yàn)方法

改性方法：松香先與二組分多元醇酯化，再與馬來(lái)酸酐強(qiáng)化，最后用自制復(fù)配乳化劑乳化。

輔料添加工藝為：濃度0.2%的漿料，攪拌1min,加入施膠劑,攪拌1min, 然后加入硫酸鋁，攪拌1min,再加入CPAM，攪拌1min,加填，攪拌1min,稀釋、抄片。?

成形設(shè)備：ZQJ₁-8型抄紙機(jī)。?

pH值的調(diào)節(jié)：采用0.25mol/dm³鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)稀釋后紙漿的酸度。pH計(jì)：PHS-25型。

手抄片的定量：60g/cm²；施膠度的測(cè)定：采用Stochget滲透法。?

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸鋁的用量對(duì)施膠效果的影響

強(qiáng)化松香酸性施膠中，硫酸鋁的用量在5%～6%的范圍內(nèi)，松香才能獲得很好的施膠效果，但這也正是造成了抄紙?bào)w系酸性環(huán)境的原因^[6]。20世紀(jì)80年代初歐洲已開(kāi)始使用聚合氯化鋁（PAC）作為松香沉淀劑，來(lái)實(shí)現(xiàn)酸性分散松香膠在中性條件下施膠^[7]，但由于PAC存在著中性條件下其正電性仍顯不足、聚合度和水解度難以準(zhǔn)確控制、其穩(wěn)定性不及硫酸鋁以及氯離子對(duì)紙機(jī)的腐蝕等諸多問(wèn)題，所以本研究仍采用硫酸鋁作為沉淀劑，但用量很小，以避免造成酸性。?

實(shí)驗(yàn)條件：NL01膠1%，Al₂(SO4)₃ 量改變, CPAM 0.15%；系列1為未加填；系列2為加填CaCO₃15%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。其中，施膠漿料pH值調(diào)節(jié)為7.50左右。?

圖1 Al₂(SO4)₃用量對(duì)施膠效果的影響?

▲     .系列1 ■.系列2（圖2～3同圖1）

從圖1可見(jiàn)，在使用CPAM作為助留劑的情況下，施膠效果在Al₂(SO4)₃的用量1%時(shí)最佳。由鋁鹽化學(xué)可知，Al₂(SO4)₃在中堿性水溶液中主要以Al(OH)₃的形式沉淀，但最新的研究表明^[8]，在復(fù)雜的中性紙漿懸濁液中，Al₂(SO4)₃的水解行為與純水中大為不同，此時(shí)Al₂(SO4)₃的表觀電荷密度約為酸性時(shí)的1/4，仍具有相當(dāng)?shù)哪Y(jié)和聚集能力。當(dāng)Al₂(SO4)₃的用量超過(guò)1%時(shí)，過(guò)多的SO^2-₄又會(huì)降低其正電性，從而影響施膠效果。

本實(shí)驗(yàn)Al₂(SO4)₃的使用量很低，因此在紙機(jī)濕部就可以相應(yīng)提高白水封閉循環(huán)的程度，從而減少排放白水的污染負(fù)荷，節(jié)約清水，降低成本，并且在提高紙張質(zhì)量，減少設(shè)備腐蝕方面也大有益處。?

2.2 陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的用量對(duì)施膠效果的影響?

從前面的研究可以看到，CPAM的使用對(duì)松香-硫酸鋁體系的施膠效果影響很大，中、高相對(duì)分子質(zhì)量的CPAM對(duì)于紙漿中細(xì)小纖維和填料具有很好的助留作用，但如果CPAM用量過(guò)大，也會(huì)形成絮聚現(xiàn)象，形成紙頁(yè)不勻^[9]，所以，CPAM的適用量也是一個(gè)很重要的工藝參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)條件：NL01膠1%，Al₂(SO4)₃ 1%，CPAM 量改變。系列1為未加填；系列2為加填CaCO₃15%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。其中，施膠漿料pH值調(diào)節(jié)為7.50左右。?

圖2 CPAM用量對(duì)施膠效果的影響

從圖2可見(jiàn)，作為助留劑，CPAM的最佳使用量為0.15%,對(duì)于較高相對(duì)分子質(zhì)量CPAM來(lái)說(shuō)，它主要是通過(guò)架橋絮聚作用達(dá)到助留效果，且能在一定程度上抵抗流體剪切力的影響。2.3 漿料pH值的變化對(duì)施加效果的影響

由于使用堿性填料CaCO₃以及Al₂(SO₄)₃用量的大大降低，所以漿料的pH值將處于中性（偏堿性）的范圍內(nèi)，我們來(lái)考察NL01松香膠的中性施膠對(duì)pH值的適應(yīng)性。?

實(shí)驗(yàn)條件：NL01膠1%，Al₂(SO4)₃ 1%，CPAM 0.15%。系列1為未加填；系列2為加填CaCO₃15%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。?

圖3 漿料pH值的變化對(duì)施膠效果的影響

我們可以看出，在pH值6.0~8.5范圍內(nèi)，NL01松香膠具有良好的施膠效果，直到pH值等于9.0以后，手抄片才基本失去抗水性能，考慮到白水封閉循環(huán)的條件下使用堿性填料的抄紙系統(tǒng)pH最高值約在8.0，所以可以說(shuō)NL01陰離子分散松香膠完全可以滿(mǎn)足中性施膠的要求。?

2.4  堿性填料CaCO₃對(duì)施膠效果的影響

沉淀CaCO₃的白度較好，可以用來(lái)制造高檔紙品種，但其化學(xué)穩(wěn)定性差，遇酸會(huì)放出CO₂，本研究中的施膠體系處于中性（偏堿性）的環(huán)境，所以完全可以容忍CaCO₃的添加。?

實(shí)驗(yàn)條件：NL01膠1%，Al₂(SO₄)₃ 1%，CPAM 0.15%，CaCO₃量改變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。其中，施膠漿料pH值調(diào)節(jié)為7.50左右。

圖4 漿料pH值的變化對(duì)施膠效果的影響

由圖4可見(jiàn)，隨著CaCO₃用量的增加，手抄片的施膠度逐漸下降，但在CaCO₃的用量為15%時(shí)，手抄片仍有相當(dāng)不錯(cuò)的施膠度（45s）。?

2.5 施膠劑用量對(duì)施膠效果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：NL01膠改變，Al₂(SO4)₃ 1%， CPAM 0.15%，CaCO₃15%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。其中，施膠漿料pH值調(diào)節(jié)為7.50左右。

圖5 施膠劑用量對(duì)施膠效果的影響

由圖5可見(jiàn)，隨著松香膠用量的增加，手抄片的施膠度逐漸增大，當(dāng)用膠量達(dá)到1.0%后，施膠度增大速度明顯減緩，這說(shuō)明在一定量的紙漿纖維、沉淀劑、助留劑的條件下，并不是單純?cè)黾邮┠z劑用量就能有效提高施膠度的。再?gòu)氖┠z成本以及對(duì)施膠度的要求來(lái)看，1.0%的施膠劑用量是一個(gè)較為理想的工藝參數(shù)。?

2.6 與同類(lèi)產(chǎn)品的比較

實(shí)驗(yàn)條件：膠料1%，CaCO₃ 15%，Al₂(SO4)₃、CPAM用量依照不同樣品的最佳施膠效果要求而定。樣品1為NL01陰離子分散松香膠，樣品2，3為市售不同品牌DC、HH松香中性膠。?

由圖6可知，本實(shí)驗(yàn)室自制的NL01陰離子分散松香在中性(偏堿性)條件下施膠效果要好于市售松香中性膠。?

3 結(jié)論

3.1) 陰離子分散松香膠NL01是一種理想的中性施膠劑，其最佳工藝條件為：膠料量1%，Al₂(SO4)₃ 1%，CPAM 0.15%, CaCO₃15%。

圖6 與同類(lèi)產(chǎn)品的施膠效果比較

3.2） 在本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的施膠體系中，仍然使用了傳統(tǒng)的、成本低廉的硫酸鋁作為松香沉淀劑，而且用量較酸性施膠劑降低了約80%，這對(duì)傳統(tǒng)的“陰離子分散松香膠?硫酸鋁體系不可用于中性施膠”的觀念是一個(gè)突破。

3.3） 本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的NL01在pH值6.0～8.5的范圍內(nèi)，均能獲得良好的施膠效果。并且好于市售中性松香膠。?

3.4） 堿性填料CaCO₃對(duì)中性施膠效果影響較大，但在CaCO₃用量達(dá)到15%時(shí)，使用了NL01施膠劑的手抄片的施膠度仍在45s左右。

3.5） 隨著施膠劑用量的上升，手抄片的施膠度增大，但在用量大于1%之后，增加速度明顯減緩。?

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