EPI-DMA與PAC在AKD施膠中的增效作用研究

劉 華 王 凇[凱米拉（上海）管理有限公司, 上海 201112]

EPI-DMA與PAC在AKD施膠中的增效作用研究

劉 華 王 凇
[凱米拉（上海）管理有限公司, 上海 201112]

采用AKD施膠時，存在施膠熟化速度較慢的問題，采用增效劑后可適當改善。現就EPIDMA與PAC對AKD乳液施膠過程的增效作用進行了對比研究。結果表明，EPI-DMA對AKD乳液有輕微絮聚作用，而PAC加入AKD乳液中，有細化乳液液滴的效果；當兩種施膠-增效體系用量相同且充分熟化后，兩者對AKD施膠度的促進效果相同；熟化溫度較低時，EPI-DMA對AKD的熟化速度明顯優于PAC，熟化溫度較高時，二種施膠-增效體系的熟化速度較接近。

烷基烯酮二聚體（AKD） 環氧氯丙烷-二甲胺聚合物 聚合氯化鋁 增效

0 前 言

施膠可以增強紙張對水的抗滲透性能，從而改善其書寫或印刷質量，并提高對潮濕環境的適應能力。常用施膠劑種類有皂化松香、分散松香膠、烯基琥珀酸酐（ASA）、烷基烯酮二聚體（AKD）及其它類合成施膠劑，其中尤以AKD適用于中、堿性抄造環境，且使用現場操作簡單、用量少，對環境影響小等特點占據了造紙施膠劑的大部分市場[1-3]。不過，AKD施膠存在熟化速度較慢的問題，對于要求下機施膠效率較高的產品，需要輔以施膠增效劑提高其熟化速度[4]。

施膠增效劑是用來提高施膠效果的助劑，表現為提高成紙施膠度和提高施膠熟化速度。據文獻報道，當前用作AKD施膠增效劑的主要有聚酰胺聚胺環氧氯丙烷（PAE）、聚乙烯醇（PVA）、瓜兒膠及聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）等，其中以聚胺類物質研究居多[5-7]。該類施膠-增效體系在高檔紙的生產中多有使用。另外，由于聚合氯化鋁（PAC）在較寬pH值范圍內溶液中均有高價正電聚鋁核子存在，也成為AKD施膠增效劑的重要選擇之一[8]。本文就環氧氯丙烷-二甲胺聚合物（EPI-DMA）與PAC對AKD施膠增效的效果進行了對比研究，重點考察了熟化溫度對兩種增效劑效果的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

廢紙漿（舊箱板紙為原料，打漿度55SR），由某造紙廠提供；AKD乳液（固含量18%，乳化劑為陽離子淀粉）、EPI-DMA（固含量50.8%）、PAC（以Al2O3記，固含量14%）均取自凱米拉（兗州）管理有限公司。

1.2 試驗儀器與設備

抄片器，8414型，L&W公司；電荷密度測定儀， Mütek PCD 03型，BTG公司；pH 計，SG2型，Mettler Toledo公司；黏度計，LVDV-1型，Brookfield公司；激光衍射粒度測定儀，Malvern 3 000，馬爾文儀器公司。

1.3 試驗方法

（1）乳液制備及粒徑檢測。取適量AKD乳液注入燒杯中，在攪拌條件下，緩慢加入適量的去離子水和PAC或EPI-DMA，繼續攪拌30min后，用HCl(0.05mol/L)或NaOH (0.05mol/L)的溶液調節pH值至規定值，取適量樣品用激光衍射粒度測定儀進行粒度分布和粒徑檢測。

（2）抄片。稱取適量漿料（紙張定量100g/ m2），加入纖維疏解機中進行疏解分散后，依次加入適量AKD與PAC / EPI-DMA復配乳液、CPAM溶液，助劑添加間隔15s，加料完畢后繼續攪拌15 s，注入抄紙器中抄片，濕紙頁經壓榨后，在自動干燥裝置中93 ℃干燥6 min即得干燥的手抄片。

（3）紙張吸收水檢測。將待測手抄片放入標準恒溫恒濕（23 ℃，50%）環境中30 min，按GB/T 1540—2002 紙和紙板吸水性的測定法進行吸水性檢測，采取2 min的Cobb吸水值法。

2 結果與討論

2.1 AKD與增效劑復合乳液的制備與表征

通常AKD陽離子淀粉乳液在pH 3～4時最為穩定。本研究pH值3.5的條件下，分別加入等正電核量的PAC或EPI-DMA對AKD乳液進行復配，檢測所得乳液的正電核密度及平均粒徑如表1所示，粒徑分布如圖1所示。對pH值為3.5的AKD復配乳液用去離子水稀釋，并用堿液調整其pH值為中性，檢測其正電荷密度如表1所示。

圖1 AKD原液及其與不同增效劑復配乳液的粒徑分布

表1 AKD復配乳液電荷密度與平均粒徑

由表1可知，在pH值為3.5時，向等量的AKD乳液中加入等電荷量的PAC或EPI-DMA后，兩種乳液均表現出較高的正電核量，而且包含PAC的乳液還略高于EPI-DMA對應的乳液；當經過去離子水稀釋并用堿液調節使其pH值達到中性，兩者的正電荷含量差別較大，其中含PAC的下降為原來的1/7左右，而含EPI-DMA的電荷量僅下降1/7左右，后者明顯高于前者。分析其原因，主要是AKD與EPI-DMA的復配體系中胺基離解態受pH影響較小，而PAC溶液體系正電基團受pH值影響顯著，其中高價正電聚鋁核子的數量隨著pH值提高是逐漸下降，導致體系正電荷量快速下降造成的。在pH值為3.5的條件下，對AKD乳液、PAC與AKD復配乳液以及EPI-DMA與AKD的復配乳液進行粒徑分布檢測，結果如圖1所示。

由圖1可知，EPI-DMA加入AKD乳液后，粒徑較大的部分所占體積比例增加，即乳液的分散均勻性有些許下降，可能是因為較長的EPIDMA分子鏈同時吸附多個AKD顆粒所致。PAC加入后，AKD的乳液粒徑分布更窄，顯示PAC對AKD乳液的穩定有促進作用。

2.2 復配AKD施膠劑的施膠效果

在pH值3.5的情況下，將PAC及EPI-DMA分別與AKD乳液復配制得的穩定乳液，在pH值為7.0的情況下進行抄紙檢測其施膠效果。為模擬紙機抄造環境，抄紙過程中加入適量陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），將抄制的干燥紙頁放入烘箱中，105℃情況下再干燥15 min，得到施膠效果完全熟化的樣品，用Cobb法檢測其吸水性。復配施膠劑用量對施膠效果的影響如圖2所示，其中施膠劑用量以復配乳液的總固含量計算。

圖2 施膠劑用量對施膠效果的影響

由圖2可知，在該抄造條件下，兩種復配施膠劑均隨用量增大而Cobb值減小，當用量達到8 kg/t（絕干漿）后，進一步增大施膠劑用量施膠效果提高不明顯。從圖2還可以發現，在兩種施膠-增效劑體系用量相同時，其完全熟化后的施膠效果一致。這說明在中性條件下，盡管AKD與PAC的復配乳液的正電荷密度較EPI-DMA與AKD的低許多，但在施膠增效效果方面卻基本一致。施膠增效劑的作用原理通常有：通過電荷吸附、絮聚等方式，提高施膠劑在紙頁中的留著，進而提高施膠效果[9]；增效劑在紙張表面有較好自成膜能力，利用自身的成膜效果提高整體的施膠效果。由于EPI-DMA與AKD復配乳液在中性條件下仍保持較高的正電荷密度，且用量極少也不具成膜性，因此其施膠增效作用主要是提高AKD留著作用實現的。PAC的增效原理中提高AKD留著應該也起著重要做用，但是兩種施膠-增效體系在中性條件下的正電荷密度卻有相當大的區別，可以推測PAC對施膠體系中AKD留著效果應該低于EPIDMA的。兩種體系最終熟化后施膠效果相同，結合圖1可知PAC將AKD乳液的粒度更加細化，粒度分布也更窄，推測PAC對AKD乳液的液滴的細化處理間接提高了PAC和CPAM對AKD的留著效果，從而實現了在中性條件下較好的施膠增效作用。

2.3 熟化溫度對施膠效果的影響

提高干燥溫度可以加快AKD施膠的熟化速度，縮短熟化時間，提高紙張下機的施膠效果；然而紙機干燥部烘缸溫度過高不僅影響成紙質量，也不利于生產企業節能降耗。本研究在中性抄造條件下，采用8 kg / t（絕干紙）的施膠劑用量抄制了系列紙張，并對抄造的紙張進行不同溫度的熟化，熟化時間均為5 min，進而檢測熟化后紙張的吸水性，探索熟化溫度對兩種施膠體系熟化速度的影響，結果如圖3所示。

圖3 干燥溫度對AKD施膠熟化的影響

由圖3可知，對于兩種施膠-增效體系，熟化溫度越高，最終施膠效果越好，即溫度高越高熟化速度越快；在較低熟化溫度條件下，含EPIDMA體系的熟化速度明顯快于含PAC體系的，因此可以推測當采用較低干燥溫度時，前者的紙張下機施膠效果要優于后者；當熟化溫度提高后，兩種體系的熟化效果越發接近，不過EPI-DMA體系的仍然優于含PAC的。施膠增效劑的增效表現形式之一即為提高熟化速度。EPI-DMA提高施膠熟化速度的作用原理為，紙頁在加熱干燥時，EPIDMA分子中胺基受其他基團的影響呈現較強的親核性，去進攻AKD的內酯環，促使其打開并固著分子鏈上，形成較快的施膠作用，從而提高施膠的熟化速度[10-11]。PAC的復雜聚鋁基團在熟化過程中可能僅表現出微弱的親核攻擊性，或根本不發生類似作用，因此熟化速度較EPI-DMA體系相對較慢。

3 結束語

（1）EPI-DMA會輕微地增大AKD乳液體系的粒徑，PAC則對AKD乳液有促進穩定的作用。

（2）EPI-DMA與PAC對AKD的施膠效果均有促進，在添加CPAM的體系中，兩者對AKD施膠劑的留著效果相同。

（3）當熟化溫度較低時，AKD / EPI-DMA體系的熟化速度明顯快于AKD / PAC體系，提高熟化溫度，兩者的熟化速度的差距逐漸縮小，但是前者的熟化速度始終快于后者。

[1] 李健婷,付庚昌． AKD的中性施膠[J]．造紙化學品,2007, 19 (1) :29-37．

[2] HUBBE M A．Paper's resistance to wetting-a review of internal sizing chemicals and their effects[J]．BioResources,2007, 2 (1):106-145．

[3] LINDSTROM T, LARSSON P T．Alkyl ketene dimer (AKD) sizing-a review, Nordic Pulp and Paper Research Journal[J]．2008, 23 (2):202．

[4] 劉溫霞．烷基烯酮二聚體的施膠理論[J]． 造紙化學品,1994 (1):8-11．

[5] 肖建芳． AKD施膠增效作用及機理研究[J]．江南大學,無錫, 2010．

[6] 劉凱, 胡惠仁． PAE對草漿AKD施膠的增效作用[J]．紙和造紙,2008, 27 (3): 62-64．

[7] 許昊翔, 戴紅旗, 袁廣翔, 等． 聚二甲基二烯丙基氯化銨用于控制紙漿中的膠體和溶解性物質[J]．紙和造紙,2007, 26 (4): 57-60．

[8] 徐苗, 唐中友, 管秀瓊, 等． 鋁鹽對AKD中性施膠的影響[J]．紙和造紙,2011, 30 (5): 40-42．

[9] ZULE J．DOLENC J．Determination of AKD sizing agents in papermaking systems by gas chromatography[J]．Acta Chimica Slovenica,2003, 50 (1): 115-122．

[10] 劉溫霞, 邱化玉． 造紙濕部化學[M]．北京:化學工業出版社, 2006．

[11] 周景輝, 馬興東． AKD施膠增效劑[J]．中華紙業,2005, 26 (8): 58-60．

劉華 女 1980年生 研發工程師 主要從事造紙化學品開發與應用服務。

聯系地址及方式:

上海市閔行區聯航路1188號，浦江智谷10#樓4樓G單元，郵編：201112

凱米拉（上海）管理有限公司，

劉華 18817536893 / 021-54320500-211; E-mail : Hua．Liu@Kemira．com

英國瓦楞紙包裝靠創新打天下

英國紙業聯合會日前發表聲明說，創新正在改變瓦楞紙包裝的形象，并為很多食品和飲料行業的知名品牌提供了十分搶眼的包裝解決方案。

英國的瓦楞紙包裝以可持續、質量輕和可再生等特點聞名世界，而創新技術又為廣大用戶帶來了更多新型、高效的瓦楞紙包裝解決方案。英國第一食品公司就是這些新型包裝的最大受益者之—。自從為其食品選擇了新型瓦楞紙包裝后，該公司不但節約了大量的二次包裝成本，而且還顯著提高了生產效率和包裝能力。

創新技術在飲料行業的應用也非常成功。美樂酷爾斯啤酒公司推出了—種用瓦楞紙板做成且裝有防水內襯的創新包裝，它能使看似普通的瓦楞紙包裝在加入冰塊或水后成為一個冷藏箱。

英國瓦楞紙包裝公司在包裝箱的設計上投入了大量的人力、物力和財力，旨在節約產品的儲存空間和在整個供應鏈中的成本。輕質紙張的使用能夠將產品包裝的重量減輕7%，而強度卻絲毫不會受到影響。此外，英國的瓦楞紙包裝行業也正在努力減少自己的碳足跡，并在2005年到2011年期間成功地將整個行業的碳足跡減少了16%。

展望零售包裝的未來，瓦楞紙平滑、可印刷的表面可以用來開發智能手機APP和QR碼等數字平臺，以滿足消費者想快速獲取產品和飲食信息的需求。

正是由于有了大規模的行業投資和創新思維，瓦楞紙包裝才能從—個簡單的棕色包裝箱轉變成為一種印有漂亮圖案的、便于存放和展示的環保包裝。盡管未來的路還很長，面臨的挑戰也很多，但英國的瓦楞紙包裝業已經憑借著技術創新走出了—條屬于自己的康莊大道。(譯自《紙張時代》)

Synergism Effect Study of EPI-DMA and PAC on AKD Size

LIU Hua，WANG Song
Kemira (Asia) Co., Ltd，Shanghai, China

There is curing speed issue available when AKD size is used. But, the performance will be improved after promoter addition. The synergism of EPI-DMA and PAC on AKD size was investigated in this paper. The result showed that there was weak flocculation available in EPI-DMA based AKD emulsion, however, PAC refined particle size distribution. They showed the almost same promoted effect, when the same dosage of both size system was added and well cured. At low curing temperature, EPI-DMA was better than PAC on curing speed. And the similar curing speed was shown at high curing temperature.

alkyl ketene dimmer（AKD）; epichlorohydrin- dim ethylamine(EPI-DMA); poly aluminum chloride（PAC）; promote