AKD施膠逆轉問題及解決措施

劉永順，顧秀梅，莊耀禮，田世友

（山東華泰集團有限公司，山東 廣饒 257335）

AKD施膠逆轉問題及解決措施

劉永順，顧秀梅，莊耀禮，田世友

（山東華泰集團有限公司，山東 廣饒 257335）

施膠是造紙過程的一個重要工序。通過施膠可賦予紙和紙板一定的抗液性能，防止或延緩某些液體對紙頁纖維的滲透和擴散，從而滿足人們對紙的加工和使用要求[1]。

華泰紙業從1999年起開始研究烷基烯酮二聚體（AKD）中性施膠技術的應用，2000年成功地在膠版紙生產車間推廣中性施膠，穩定了產品質量，提高了生產效率，徹底告別了酸性施膠工藝。AKD中性施膠的成功應用，在很大程度上滿足了某些特種紙和高檔紙的要求[2]。它具有增加紙張的不透明度和柔韌性、提高紙張的施膠效果、提高紙的表面平滑度、降低施膠障礙、減少環境污染、節約水和能源、可用價格低廉的CaCO3作填料等優點[3-4]，因而得到了迅速發展。

目前，AKD中性施膠作為一項成熟的工藝技術廣泛應用在各種紙張施膠生產中，但AKD在使用過程中時不時會出現施膠逆轉問題。施膠逆轉也稱做假施膠，即紙張在一定時間后失去抗水性，盡管在生產的一定時期內有足夠的施膠度，但在二三周或數月后會失去抗水性，且往往發生在以后的印刷和涂布過程中[5]，由此造成的損失不可估量。為此，我們對AKD施膠逆轉問題進行了研究總結并提出了解決措施。

1 AKD施膠機理

AKD是一種反應型施膠劑，與其他施膠劑一樣有疏水和親水2種基團，在施膠過程中都有留著、均勻分布、轉向定位與纖維素成鍵結合的過程。不同的是，加到紙料中的AKD乳液粒子由于自身帶正電荷，并借助陽離子淀粉（CS）和聚丙烯酰胺（PAM）等助留劑的作用留著在帶負電荷的濕紙頁纖維之間；在紙機的壓榨和干燥過程中，AKD粒子由于熔點低，易在纖維表面擴展分布，形成均勻的覆蓋膜；在隨后的紙頁干燥和下機貯存過程中，AKD分子上的活性基（內酯環）在適宜的條件下和纖維素上的羥基發生酯化反應，以牢固的共價鍵形式結合在纖維素大分子上，疏水的長鏈烷基轉向紙面，從而使紙頁獲得一定的抗液體滲透和擴散的性能。

2 影響AKD施膠效果的因素

2.1 漿料的種類

以膠版紙為例，其生產原料為漂白針葉木漿、闊葉木漿、葦漿、草漿及堿性過氧化氫機械漿（APMP）等，我們對這幾種漿料做了簡單的AKD施膠對比小試，發現使用全化學木漿抄造的紙施膠效果最好，摻用蘆葦抄造的紙次之，再次是摻用麥草漿抄造的紙，施膠效果最差的是摻用APMP的漿料。從抄紙生產過程中陽電荷需求量也可看出，APMP對陽電荷的需求量最大，化學木漿最小。對于摻用部分草漿或APMP的紙張施膠，因漿中含有較多的陰離子垃圾，AKD自身所帶正電性相對較弱，在施膠的同時，需要加入陽離子淀粉和陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），以增強其陽電性來加強其在纖維上的吸附性。抄造過程中如果不預先進行系統電荷平衡，勢必要加大AKD及CS、CPAM 的用量，因此應適當加入價格相對便宜的聚合氯化鋁（PAC）作陰離子捕捉劑，以平衡漿料中的陰離子垃圾。

2.2 漿料溫度

試驗研究表明，用AKD對23℃以下的漿料進行施膠，從開始取樣到4 h后取樣的測定結果顯示，漿料施膠度無任何施膠損失； 而對于50℃以上的漿料，施膠度損失在2 h后便開始。這是由于AKD發生水解后產生的酮對漿料沒有施膠作用。AKD施膠劑是一種低熔點（接近46℃）的蠟，實際生產中由于紙機水系統的封閉循環而引起的紙機系統溫度一般在37～47℃，此溫度為大多數AKD的熔點范圍,極易引起AKD的沉積現象，造成系統障礙，因此應盡量補充清水加以調節，保持系統溫度以不超過40℃為宜。

2.3 漿料pH和總堿度

抄紙機網前箱漿料的pH和總堿度對AKD施膠效果的影響是相互聯系的。當漿料pH≤6時，會使AKD完全喪失施膠效果?？倝A度是AKD與纖維素之間發生有效反應的主要影響因素，提高總堿度可提高下機和自然老化后紙頁的施膠度，因此適當提高漿料pH,提高系統總堿度有利于提高AKD的施膠效率。實踐證明，最適宜的紙機網前箱漿料的pH為7.5～8.5，總堿度為150～250 mg/kg。在此范圍內，AKD單程留著率高，施膠效果也好；超過這個范圍，AKD水解速度會加快，施膠效果下降。過高的 pH（pH＞9）和過高的堿度（堿度＞400 mg/kg），容易使產品中未反應的AKD進一步水解，生成烯酮，或引起化學酯鍵緩慢斷裂，降低施膠效果，產生施膠逆轉。

2.4 濕部漿料Zeta電位

用Zeta電位儀測得的漿料Zeta電位值表示漿料纖維和填料等的表面電荷和電荷密度。紙漿和填料等帶負電荷，加入的陽離子AKD膠乳在紙漿中的留著先隨著Zeta電位的提高而增加，達到最大值后又隨Zeta電位的繼續提高而下降，而成紙的施膠度基本上與漿料中AKD的留著率是同步升降的。漿料Zeta電位一般控制在-3～+5 mV，在此范圍內，有利于漿料各組分的吸附和絮聚，有利于改善漿料的濾水留著性能，使AKD留著達到較高水平。

2.5 填料加填

在AKD施膠中，所用填料可選用輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣，也可使用或配用滑石粉?；郾忍妓徕}便宜，可降低填料費用。但作為內添加填料，選用重質碳酸鈣更為合適些。這是因為輕質碳酸鈣對紙頁物理強度有較大的影響，而重質碳酸鈣影響較小些。加填輕質碳酸鈣的紙施膠逆轉現象要比加填重質碳酸鈣的紙嚴重得多。其原因是輕質碳酸鈣比表面積比重質碳酸鈣比表面積大得多，其孔隙率也較大，在AKD施膠干燥過程中AKD大部分向輕質碳酸鈣內部遷移滲透，而與纖維反應的AKD非常少。對于內填加的重質碳酸鈣，其粒度等指標要嚴格控制，一般認為平均粒徑在2～3 μm較合適，最大粒徑要≤15 μm；如果粒徑大于18 μm，對紙機網上的磨損將急劇增加；如果粒徑小于0.5 μm，小粒子應少于15%，小粒子過多，將降低留著率，使流失增加，進而會增加填料的用量和紙頁的兩面差，同時加大AKD的流失，造成施膠效果下降。造紙加填選用碳酸鈣主要指標為：碳酸鈣含量＞96%；白度＞90%；平均粒徑≤4.5 μm；水分≤0.5%，細度≥90%（通過500目篩）。

2.6 助留體系應用

因為細小纖維和填料有較大的比表面積、較強的負電荷密度，對AKD有很高的吸收性。保留越多的細小纖維和填料，就意味著AKD的保留效果越好。根據漿料性質的不同，合理使用助劑是提高AKD施膠效率的有效途徑。抄紙系統中真正留著在長纖維上的AKD僅占有10%左右，其余90%的AKD附著在細小纖維、填料和流失在白水中。因此，提高細小纖維和填料的留著率顯得格外重要。系統中細小纖維和填料每提高1%，AKD留著率便提高1%，當系統留著率達到80%時，AKD留著率便達到80%。當前，中低速紙機提高AKD留著率的主要保留助劑仍為陽離子淀粉和CPAM雙元助留體系；近年來發展的三元助留或微粒助留系統更有利于提高留著率和提高施膠效果。

2.7 AKD的性質、用量、貯存及應用

常用的 AKD固含量為 12.5%～15%，pH為3～4，膠液自身穩定性差，很容易水解生成蠟狀物，當溫度在0～25℃時，保存期最高不能超過3個月。實踐表明，貯存溫度超過30℃或低于0℃時，AKD的用量是正常用量的2倍以上；若加水稀釋，必須在48 h內用完，否則AKD會水解，失去施膠作用。用AKD施膠，最大的問題是施膠和水解作用同步進行，并處于“競爭”狀態。凡是有利于施膠效果的添加劑，都同時會加速AKD的水解。AKD對每一種漿的漿內施膠來說，都有一個臨界最小用量（大多數為漿料質量分數的0.1%），低于此量，不能獲得好的施膠度或施膠不穩定；超過該量，施膠度急劇上升，直達到最大值后，施膠度不再增加，或增加極微。過多的用量，施膠劑會隨白水流失，并在其中很快水解，其中間產物β酮酸會與白水中的鈣、鎂離子反應，生成黏稠狀的沉淀物，極易堵塞網孔，臟污毛布，其水解產物烷基β酮會進一步降低乳液的穩定性和有效性，在反復回用白水時，又會加速漿液中施膠劑的水解，如此造成惡性循環，不但會降低施膠效果，還會引起生產障礙，因此嚴格控制施膠劑的用量是很重要的。AKD用量一般控制在漿料絕干質量的0.12%～0.25%比較合適。再者，AKD施膠效果的好壞，其膠料在漿內的留著率是個重要因素，AKD加入時間只要能充分與漿料混合均勻，接觸時間越短越好；加入地點越靠近網前箱越好，并且AKD加入前盡量少稀釋、不攪拌為佳，最好是用計量泵打原液加入。

2.8 表面施膠

大量實踐證明，在表面膠中添加AKD施膠劑是一項非常有效的施膠方法。在成紙施膠效果相同的情況下，表面施膠成本僅為漿內施膠成本的1/2不到。從成本的角度講，無疑表面施膠是最好的選擇。而且，采用表面施膠可以減少系統中水解酮的積累，提高系統的清潔度。實踐同時證明，利用AKD表面施膠完全代替漿內施膠不利于烘缸干燥效率，會造成汽耗大幅度上升，因此AKD表面施膠只能作為輔助形式加以應用，或夏季溫度太高，水解嚴重，消耗太大時應用。

2.9 干燥溫度

在AKD施膠的pH和堿度條件下，AKD內酯環與纖維素羥基的酯化反應是隨溫度的升高而加速的，在較高的溫度下干燥紙頁，將獲得較高的施膠效率和最高的施膠度，所以用AKD施膠要盡快提高干燥溫度，最高溫度在120～130℃。如表面施膠機前紙頁溫度不低于95℃ ，紙頁干度在95%以上，均可獲得最佳的施膠效果。

2.10 下機處理

AKD與纖維素的反應速度很慢，在紙機干燥的溫度下，僅有4%～15%的纖維表面上的羥基與AKD起作用，剩下未起作用的AKD，在干燥完后，仍會繼續與纖維素反應，即所謂的熟化。一般下機后，尚需要數日到半個月的時間，才能熟化完全。在此期間如果產品的水分過高、或貯存溫度過高、或碳酸鈣中含有游離 Ca（OH）2，殘余的 AKD會產生水解作用，造成施膠逆轉。

3 施膠逆轉問題的主要成因及解決措施

3.1 漿料成分

漿料的臟、亂、雜已成為生產普通膠版紙時的普遍現象。為降低生產成本，大量的草類纖維、化機漿和廢紙漿被應用，漿料中含有大量的陰離子雜質干擾物，嚴重影響抄紙系統的穩定性和清潔度。對中性施膠來講，其陰離子干擾物將消耗過多的AKD和其他陽離子性助劑，造成施膠成本大幅度上漲，系統留著失衡。對于草類漿和化機漿，其漿內酸堿鹽類物質較多，應加強對漿料的洗滌；對于廢紙漿，其膠粘物含量及陰離子垃圾較多，應適當加入陰離子垃圾捕捉劑，以消除對抄紙系統留著及施膠的不利影響。

3.2 高加填技術的應用

加填是提高生產利潤的最有效措施。適當地加填有利于產品質量的提高，成紙白度、平滑度、不透明度、油墨吸收性和印刷適性等都得到明顯的提高；但當加填量達到30%～40%或甚至更高時，各種不利影響就會逐一表現出來：強度降低，掉毛掉粉，施膠效果下降等，此時將產生施膠逆轉現象。原因是CaCO3用量增多，AKD在纖維上的有效吸附量大大降低，AKD有效成分的不足，無法滿足AKD施膠滯后反應的需要，過高的CaCO3含量受水分、空氣影響，游離出 Ca（OH）2，殘余 AKD發生水解作用而失去施膠效果。因此，合理控制紙料中加填量，使其不超過30%為宜。

3.3 烘缸干燥及下機水分

AKD施膠要求烘干溫度急速上升，快速降低紙頁表面水分，加速AKD與纖維素羥基之間的鍵合作用；溫度過低，會增加靜電吸附和游離態AKD的存在，而這些游離態的AKD在貯存過程中一部分會與纖維素羥基發生反應，另一部分會緩慢發生水解；成紙水分越高，水解過程越快，最終會導致施膠逆轉現象的產生。制定合理的烘干溫度曲線是解決施膠逆轉有效措施，必須保證附著在紙料上的AKD快速有效地反應完全，同時利用好紙機最后的冷缸，避免下機成品紙因貯存溫度過高、水分大，發生水解現象。成紙水分以控制在4.5%～5.5%為好。

3.4 AKD施膠自身性質的兩面性

AKD施膠劑是易水解產物，其施膠過程和水解過程是同時進行的，所有有利于施膠的添加劑同時也會加速AKD的水解，因此只有當紙頁中含有足夠的施膠成分與纖維素羥基發生共價鍵合后才不會發生施膠逆轉現象，或逆轉現象不明顯。

目前，AKD施膠技術已經很成熟，快速熟化型AKD乳液的應用使下機熟化率從一般AKD的41%提高到83%，比一般AKD乳液的熟化率提高了1倍，大大縮短了熟化時間。針對廢紙漿臟、亂、差，草漿含量高及舊瓦楞紙箱（OCC）、廢報紙（ONP）等廢紙漿系統，箱紙板、瓦楞原紙等，開發的抗干擾型（高保留型）AKD乳液比普通型的AKD乳液用量可降低30%，熟化時間可縮短40%；表面施膠型AKD乳液下機熟化快、穩定性好、施膠效率高，可解決重施膠不足問題，而且使用簡單、方便，僅需約3 h的熟化時間。造紙企業可以根據自身的生產情況選擇合適的施膠劑來達到施膠目的并解決施膠逆轉問題。

4 總結

AKD施膠逆轉的問題在實際生產中是不可避免的，這是由其自身性質決定的，但是通過采取合理的技術措施與控制，可以將施膠逆轉現象降到最低，不至于在印刷或涂布過程中造成質量影響。

（1）把好AKD乳液質量關，保證所用AKD乳液為質量合格的新鮮產品，車間做到產品用前必檢，有問題不用。

（2）嚴格執行生產工藝，AKD用量嚴格按照工藝要求添加，避免在低保障線上使用，酌情多加。

（3）加強與AKD供應商的交流，通過交流，讓供應商了解造紙企業的施膠現狀，然后有針對性地開發施膠新產品。

通過以上措施，我公司生產中施膠逆轉現象大大降低，車間基本沒有因施膠問題造成退貨索賠現象，提高了生產效益，保證了產品質量。

［1］趙宏，楊占軍.AKD 施膠劑的應用技術［J］.西南造紙，2006，35（1）：57-58.

［2］鄭敬斌，朱萬亮，莊耀禮，等.AKD中性施膠劑在膠版紙生產中的應用［J］.中國造紙，2002，21（2）：71-72.

［3］劉全校，龍柱，楊淑蕙，等.AKD中性施膠劑及其應用［J］.天津造紙，2000，22（1）：14-17.

［4］張新東，李軍，盛華宏.AKD蠟和AKD乳液技術發展與研究［J］.中華紙業，2008，29（1）：68-71.

［5］王鳳敏，編譯.在碳酸鈣加填紙中AKD施膠的有效性和逆轉性［J］.國際造紙，2003，22（2）：17-21.

AKD Sizing Reversion Problem and Its Solution

LIU Yong-shun，GU Xiu-mei，ZHUANG Yao-li，TIAN Shi-you
（Shandonh Huatai Group Co.，Ltd.，Guangrao 257335，China）

TS727+.5

A

1007-2225（2012）04-0017-04

2012-01-12

劉永順先生（1976-），鼎泰公司技術員；主要從事文化紙、特種紙新產品生產開發，新工藝新技術應用；E-mail：htlyslhx2002@126.com。

本文文獻格式：劉永順，顧秀梅，莊耀禮，等.AKD施膠逆轉問題及解決措施[J].造紙化學品，2012，24（4）∶17-20.