一種新型陽離子AKD乳液的制備及其應用的研究

王　凇　劉　華　肖　蘭

［凱米拉（上海）管理有限公司，　上海　201100］

一種新型陽離子AKD乳液的制備及其應用的研究

王凇劉華肖蘭

［凱米拉（上海）管理有限公司，上海201100］

采用陽離子聚合物聚環氧氯丙烷-二甲胺（EPI-DMA）作為乳化劑、木質素磺酸鈉作為分散劑對烷基烯酮二聚體（AKD）進行乳化制備一種新型陽離子AKD乳液。對該新型AKD乳液進行應用研究，包括前期水相制備方法對乳液穩定性的影響、分散劑添加量對乳液性質的影響以及與市售淀粉類AKD乳液進行施膠效果和熟化速度的對比。結果表明：水相制備過程中，應采用木質素磺酸鈉作為起始聚電解質，將EPI-DMA加入其中形成多分散性較小的復合物體系，有利于提高乳液穩定性；隨著木質素磺酸鈉的添加量增加，乳液電荷密度、粒徑和穩定性均有改變。試驗中最佳添加量為0.30%；與市售淀粉類AKD乳液進行對比，該新型AKD乳液具有更好的施膠效果和更快的熟化速度。

烷基烯酮二聚體聚環氧氯丙烷-二甲胺木質素磺酸鈉聚電解質復合物施膠效果熟化速度

0　前 言

施膠的目的是使紙或紙板具有抗拒液體擴散和滲透的能力，以適于書寫和防潮抗濕。由于松香膠需要硫酸鋁作為沉淀劑，且為酸性施膠，酸性條件下易發生纖維素的水解，造成紙張強度下降及設備的腐蝕，所以AKD 中性施膠越來越引起重視［1］。

AKD為蠟狀固體，本身不具有電荷，因此無法在纖維上留著，需要使用陽離子乳化劑使其帶有正電荷，吸附在纖維上與其發生反應，產生施膠作用。早期，一般采用陽離子淀粉作為乳化劑。由于淀粉電荷量較低，在纖維上的留著率低，且易發生霉變［2］，對乳液的穩定性及后期施膠效果會產生影響，因此人們越來越多地采用陽離子聚合物作為AKD乳化劑。近幾年來，采用聚胺作為AKD乳化劑成為一種新的方向。聚合物乳化類AKD乳液相比淀粉類AKD乳液，在纖維上的保留率以及纖維的反應率都有了明顯提高［3］。

為增加AKD乳液的穩定性，需提高分散相液滴之間界面膜的機械強度。木質素磺酸鹽是同時含有C6～C3疏水骨架和磺酸以及其他親水性基團的陰離子表面活性劑。它能吸附在粒子表面通過靜電和空間位阻作用使溶液表面張力降低，但是對表面張力的抑制作用不大，主要用作分散劑［4］。在該新型AKD乳液制備過程中加入木質素磺酸鈉，EPIDMA與木質素磺酸鈉的正負離子混合體系由于靜電作用，分子間作用力很大，所形成的界面膜也具有很大的強度［5］，在AKD乳液中利于提高乳液的穩定性。

本試驗采用季銨鹽類陽離子聚合物EPI-DMA作為乳化劑，木質素磺酸鈉作為分散劑，對AKD蠟粉進行乳化，制備一種新型陽離子AKD乳液。它與陽離子淀粉乳化的AKD乳液相比，具有更好的施膠效果和更快的熟化速度。

1　試驗部分

1.1試驗原料

1840 AKD蠟粉、EPI-DMA（固含量50%）、硫酸鋁、木質素磺酸鈉分散劑（木素磺酸鈉含量89.06%）均取自凱米拉化學品（兗州）有限公司；OCC紙漿，由某造紙廠提供。

1.2試驗儀器與設備

電荷密度測定儀，Mutek PCD 03型，BTG公司； pH計，SG 2型，Mettler Toledo 公司；黏度計，LVDV-1型，Brookfied 公司；激光衍射粒度測定儀，Malvern 3000，馬爾文儀器公司；高壓均質機，上海東華高壓均質機廠；疏解機，SE003， Lorentzen &Wettre公司； 高速超聲預剪切機，T50，IKA公司.

1.3試驗方法

1.3.1AKD 乳液的制備

（1）水相制備方法。取適量EPI- DMA及木質素磺酸鈉分散劑（質量分數20%溶液）分散于95℃去離子水中制得水相。試驗過程中采用兩種加藥順序：

①先將EPI-DMA 加入95℃去離子水中充分溶解，再緩慢加入木質素磺酸鈉分散劑溶液；

②先將適量木質素磺酸鈉分散劑加入95℃去離子水中，再緩慢加入EPI-DMA。

（2）AKD乳液中間樣的制備。將蠟粉加入制備好的水相中，機械攪拌至蠟粉完全熔化，高速預剪切2 min，經高壓均質機均質至粒徑小于3 μm，得到乳液中間樣。

（3）AKD乳液的復配。取適量AKD 乳液中間樣，緩慢加入適量硫酸鋁溶液（質量分數50%），攪拌30 min得到最終樣品。

1.3.2AKD乳液電荷密度和粒徑的測定

本試驗對木質素磺酸鈉分散劑的添加量進行改變，添加量分別為0.07%， 0.11%， 0.2%和0.3%，并對不同木質素磺酸鈉添加量下的乳液的電荷密度、粒徑進行研究。

1.3.3AKD乳液穩定性的測定

分別取100 g乳液置于25℃及40℃烘箱中，放置兩周后觀察乳液是否出現黏度增加或分層現象。若出現上述現象，則乳液穩定性不合格；若未出現上述現象，則放置至四周，觀察是否黏度增大或乳液分層，并通過粒徑及黏度測試判定乳液穩定性是否合格。

1.3.4紙張抄造

AKD乳液通過穩定性后進行應用測試。取適量漿料加入疏解機進行疏解，稀釋至1%備用。稱取適量1%漿料（紙張定量100 g/cm2，依次加入AKD乳液，CPAM溶液，其間間隔15 s，攪拌15 s后加入抄片機進行抄片。

1.3.5施膠效果對比

紙頁經過抄片器烘缸干燥后放入105℃烘箱中繼續干燥15 min，使AKD達到施膠終點，并測試Cobb120對施膠效果進行評估。

1.3.6熟化速度對比

紙頁經過抄片器干燥后，放入轉鼓式烘缸干燥5 min，溫度分別采用90℃， 100℃， 110℃，然后測試Cobb120進行熟化速度對比。

2　試驗結果與討論

2.1水相制備方法加藥順序對乳液穩定性的影響

通過方法①得到水相中形成粒度不均一且結構松散的沉淀，乳液最終產品放置24 h后，樣品出現明顯分層現象。通過方法②得到水相中形成均勻的沉淀小顆粒，乳液最終產品放置24 h后，樣品無分層現象出現，可通過穩定性測試。

EPI-DMA和木質素磺酸鈉混合時正負離子基團之間相互吸引配對，發生電中和反應形成聚電解質復合物沉淀，如圖1所示。本試驗中EPI-DMA為過量聚電解質，當其作為起始聚電解質時，加入的少量木質素磺酸鈉易于與過量的EPI-DMA形成粒度較小的原生復合物。原生復合物通過過量聚電解質的橋聯作用形成聚集體，使復合物粒度呈多分散性，不利于后續的乳化過程，對最終產品的穩定性產生影響。當EPI-DMA作為加入的聚電解質，形成的聚電解質復合物核心由原生復合物粒子聚集而成，粒子表面吸附過量的EPI-DMA，形成粒子間的進一步聚集，形成均一的粒度和很小的分散指數，有利于提高乳液的穩定性［6］。

圖1　不同混合條件下聚電解質復合物的形成過程示意圖

2.2分散劑添加量對乳液性質的影響

通過表1可以看出，隨著木質素磺酸鈉添加量的增加，EPI-DMA的陽電荷發生中和，乳液的電荷密度逐漸降低，粒徑逐漸減小，乳液體系逐漸趨于穩定。在本試驗中木質素磺酸鈉的最佳添加量為0.30%，該添加量下的乳液可通過穩定性測試。

表1　不同分散劑添加量下的AKD乳液的物理性質

2.3AKD乳液施膠效果對比

將該新型AKD乳液與市售淀粉類AKD乳液進行施膠效果對比。本文中施膠效果對比試驗采用中性條件下進行紙張抄造。

通過圖2可以看出，隨著施膠劑添加量的增加，該新型AKD乳液的施膠效果要明顯好于市售淀粉類AKD乳液。

圖2　新型AKD乳液和市售淀粉類AKD乳液的施膠效果對比

2.4AKD熟化速度的對比研究

升高紙頁干燥溫度有利于AKD的熟化。紙頁干燥溫度越高，水分蒸發越快，AKD熔化與纖維反應就越好，紙頁的抗水性越好。本試驗采用相同AKD添加量，將EPI-DMA乳化AKD乳液與市售淀粉類乳液在不同溫度下進行熟化速度對比。

通過圖3可以得出，在三個溫度條件下，該新型AKD乳液的熟化速度明顯高于市售淀粉類AKD乳液。紙頁在加熱干燥時，EPI-DMA中胺基呈現較強的親核性，進攻AKD的內酯環，促使其打開并固著在分子鏈上，形成較快的施膠作用，提高了AKD的熟化速度［7］。

圖3　新型AKD乳液和市售淀粉類AKD乳液的熟化速度對比

3　結束語

（1）水相制備過程中，聚合電解質的加入順序會對最終乳液的穩定性產生影響。本試驗中，應將木質素磺酸鈉作為起始聚電解質，將EPI-DMA加入其中形成粒度均一且多分散性指數較小的復合物體系，有利于最終乳液的穩定性。

（2）隨著木質素磺酸鈉的添加量的增加，AKD乳液的電荷密度逐漸降低，粒徑逐漸減小，體系逐漸趨于穩定。本試驗中木質素磺酸鈉的最佳添加量為0.30%。

（3）將新型AKD乳液與市售淀粉類AKD乳液進行施膠效果及熟化速度的對比，新型AKD乳液具有更好的施膠效果和更快的熟化速度。

［1］尚小雷.高分子乳化劑的合成及其乳化機理的研究［D］.青島： 青島科技大學，2013：1-2.

［2］ 宋曉明，陳夫山，王松林，等.高電荷密度樹脂型聚合物乳化AKD機理與工藝技術的研究［J］.中華紙業，2013，34（21）： 50-53.

［3］ 陳夫山，金新華，邢仁衛. 陽離子聚合物乳化AKD及其應用性能的研究［J］.中國造紙，2008，27（3）： 18-21.

［4］張延霖，張秋云.木素磺酸鹽類分散劑的應用進展［J］.廣東化工，2006，33（158）： 16-18.

［5］［6］劉溫霞，邱化玉.造紙濕部化學［M］.北京： 化學工業出版社.2006.

［7］劉華，王凇. EPI-DMA與PAC在AKD施膠中的增效作用研究［J］.華東紙業，2014，45（5）：17-20.作者簡介：

王?。?991—） 女實驗員，主要從事AKD分析方向。

劉華（1980— ） 女高級研發工程師，主要從事造紙化學品開發與應用服務。

聯系地址：上海市閔行區聯航路1188號浦江智谷10號樓4G 凱米拉（上海）管理有限公司

王凇：13795205018/54325500-222

song.wang@kemira.com

劉華：18817536893/54325500-211

Hua.liu@kemira.com

Preparation and research of a new cationic AKD emulsion

WANG Song， LIU Hua， XIAO Lan
［Kemira （Asia） Co.， Ltd， Shanghai， 201100］

In this research， AKD emulsion was prepared with cationic polymer emulsifier EPI-DMA and sodium lignosulphonatedispersion. Factors affecting such as water phase preparation method and dispersant dosage were discussed. Size performance and curing speed comparison between AKD emulsion emulsified by EPI-DMA and starch were also discussed in this paper. As shown in the result， sodiumlignosulphonateshouldbestartingpolyelectrol ytewhenpreparingwaterphase. Smallheterogeneitysystemisgoodforstabilityofemulsion； chargedensity， particlesizean dstabilityofAKDemulsionchangedwithincreasingdosageofsodiumlignosulphonateandthebestdosageinthisexperiment is0.3%； ThenewtypeofAKDemulsionhasbettersizingperformanceandfastercuringspeedincomparisonwithstarchemusi fiedAKDemulsionsaled.

AKD； EPI-DMA； sodiumlignosulphonate； polyelectrolyte complexes； sizing performance； curing speed