烯基琥珀酸酐施膠劑在造紙生產中的應用探討

于娟娟，賈文玲，張勇峰，王來芝，許慧敏

（山東世紀陽光紙業集團有限公司 技術中心，山東 濰坊 262400）

烯基琥珀酸酐（ASA）作為一種中堿性施膠劑，目前在造紙中得到了廣泛的應用，其施膠作用的發揮主要是通過ASA中的羧酸酐與纖維素、半纖維素的羥基發生酯化反應形成酯鍵，使分子定向排列，碳氫鏈轉向紙頁外面而賦予紙頁疏水性，因而施膠熟化時間短，紙張下機即可取得良好的施膠效果，但在與纖維相互作用的同時，其與水的作用，水解物為二羧酸，存在易水解、在纖維上留著率低等缺點，因此ASA乳化性能以及抄造過程中工藝參數的控制都需注意。

本文通過實驗探討了ASA應用過程中的乳化條件、加添順序、填料用量和熟化時間等抄造工藝方面對施膠效果的影響。

1 實驗

1.1 主要原料

漂白硫酸鹽漿（BKP），配比為針葉木漿質量分數50%+闊葉木漿質量分數50%，打漿度38°SR；國內廢舊瓦楞箱紙板（OCC）漿料；麥草機械漿；均為山東世紀陽光紙業集團有限公司（以下簡稱“公司”）自產。ASA，國內某企業生產；陽離子淀粉，取代度分別 0.02、0.035和 0.045，國內某企業生產；60級碳酸鈣，公司自產；助留劑陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），國內某企業生產；硫氰酸銨，分析純；三氯化鐵，分析純。

1.2 實驗儀器

凱塞法紙頁成型器，RK-2A型，法國PTA集團；電熱恒溫干燥箱，202-1型，上海錦屏儀器儀表有限公司通州分公司；旋片式真空泵，2XZ-05型，淄博鈺馬泵業有限公司；表面吸收重量測定儀，ZBK-100型，山東造紙工業技術開發公司；數顯高速分散均質機，FJ200-SH型，上海標本模型廠。

1.3 實驗方案

1.3.1 ASA與AKD施膠性能對比

取車間BKP成漿池漿料，按照目前生產實際的加入點進行實驗室模擬實驗：稱取質量相當于紙頁抄造定量80 g/m2的漿料攪拌60 s加入噸漿陽離子淀粉10 kg攪拌60 s漿料稀釋至質量分數為0.5%的上網濃度攪拌60 s加入噸漿碳酸鈣150 kg攪拌60 s加入噸漿分別為 1.0、1.3、1.6、1.9、2.2 和 2.5 kg 的 ASA攪拌60 s加入相對于絕干漿料0.3%的CPAM攪拌10 s使用凱塞法紙頁成型器抄片，檢測成紙抗水性以及加入噸漿為2.5 kg的ASA時不同熟化時間的施膠效果。

使用相同的BKP成漿池漿料，按照上述模擬試驗步驟，加入噸漿分別為 5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0和38.0 kg的AKD替代ASA時的成紙抗水性以及加入噸漿為25 kg的AKD時不同熟化時間的施膠效果。

1.3.2 濕部填料及輔料加入順序對施膠效果的影響

按照各輔料加入量不變，使用BKP漿料試驗陽離子淀粉、碳酸鈣、ASA和CPAM不同加入順序對施膠性能影響。陽離子淀粉按照噸漿8 kg的用量在質量分數為4.0%的濃漿中加入，碳酸鈣按照噸漿150 kg的用量在質量分數為0.5%的稀漿中加入。

1.3.3 乳化性能對施膠效果影響

實驗室條件下，試驗陽離子淀粉取代度、糊化后溫度以及ASA與陽離子淀粉乳化比例、乳化pH對施膠效果的影響，將ASA與不同取代度的陽離子淀粉在高速分散勻質機中，控制乳化比例、溫度、pH等參數進行乳化效果的對比，乳化pH通過檸檬酸調整。

1.3.4 漿料種類對施膠效果的影響

按照試驗的最佳乳化條件，對比ASA應用于麥草機械漿與OCC漿時施膠效果。1.3.5 測試分析方法

（1）紙頁的抄造成型及強度檢測按照GB/T 24326—2009《紙漿 物理試驗用實驗室紙頁的制備快速凱塞法》及GB/T 24323—2009《紙漿 實驗室紙頁物理性能的測試》。

（2）實驗中涉及施膠度測試按照GB/T 1540—2002《紙和紙板吸水性的測定 可勃法》及GB/T 460—2008《紙 施膠度的測定》中方法B：液體滲透法。

2 結果與討論

2.1 ASA與AKD施膠性能對比

圖1表示了ASA、AKD施膠效果隨著用量增加的作用趨勢。

圖1 Cobb法檢測AKD/ASA施膠劑不同用量的施膠效果趨勢

由圖1可知，在成紙灰分15%的實驗條件下，AKD噸漿用量10.0 kg與噸漿ASA用量1.5 kg的Cobb值接近，AKD用量增加初期即可得到較好的施膠效果，后續隨著用量增加施膠效果緩慢提高，而ASA隨用量增加施膠效果均勻增加，但ASA最終無法達到AKD的高施膠效果。

圖2表示了三氯化鐵-硫氰酸銨液體滲透法檢測的抗水時間曲線。

圖2 滲透法檢測AKD/ASA施膠劑不同用量的施膠效果趨勢

由圖2可知，滿足相同Cobb值的AKD、ASA用量時，使用ASA滲透時間明顯少于AKD，即原紙使用ASA實現的施膠效果會存在透點問題。

圖3顯示了分別加入噸漿為2.5 kg的ASA和加入噸漿為25.0 kg的AKD時不同熟化時間紙頁的施膠效果。

圖3 不同熟化時間紙頁的施膠效果

由圖3可見，使用AKD施膠的紙頁抄造完成后施膠性能隨著時間的增加逐漸提高，而ASA抄造完成后即可達到較好的施膠效果。

因此使用ASA抄造時通過低的用量即可實現較好的施膠效果，但相比AKD其不適宜在重施膠紙頁中使用。

2.2 濕部填料及輔料加入順序對施膠效果的影響

表1顯示了濕部填料及輔料加入順序對施膠效果的影響。

表1 濕部填料及輔料加入順序對施膠效果的影響

由表1可見：濕部填料及助劑的加入順序對紙頁的施膠效果也有很大影響，其中3號實驗，陽離子淀粉在濃漿中加入后，模擬紙機沖漿至上網濃度后加入ASA，ASA與漿料混合后加入碳酸鈣、助留劑，其施膠效果最好，因陽離子淀粉的加入中和了漿料中陰離子垃圾，使ASA可以較好地被纖維吸附，進而提高了ASA的利用率；2號實驗，一方面漿料在未經任何陽電性輔料處理的情況先加入ASA，部分ASA被漿料中細小組分以及陰離子垃圾等物質吸附，ASA的有效利用率被降低，另一方面ASA過早地加入，在系統中停留時間增加導致水解影響施膠效果；1號實驗的ASA加入點雖然比較靠近上網位置，ASA水解速率降低，但因在碳酸鈣之后加入，造成ASA被碳酸鈣吸附，實際抄造過程中碳酸鈣留著率僅為50%左右，導致ASA大量流失，使ASA的留著下降，因而施膠度明顯降低。

圖4顯示了填料碳酸鈣用量對施膠效果的影響。

圖4 填料用量對施膠效果的影響

由圖4可以看出，隨著碳酸鈣用量的增加，更多的ASA膠料吸附到碳酸鈣填料上，碳酸鈣填料的流失導致ASA留著的降低，從而降低了ASA的施膠效果。

2.3 ASA乳化性能對施膠效果影響

圖5表示了ASA與陽離子淀粉不同乳化比例（質量比）時的施膠效果。

圖5 ASA與陽離子淀粉不同乳化比例對施膠效果的影響

由圖5可見：一定比例范圍內陽離子淀粉比例越高，施膠效果越明顯，達到一定的比例后繼續增加陽離子淀粉比例，施膠效果變化不明顯甚至有降低趨勢；實驗中使用0.045取代度的陽離子淀粉，且m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶4時施膠效果最優。實際生產過程中將乳化比例自m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶2調整為 m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶4后，成紙施膠效果明顯提升，這與陽離子淀粉本身的電性、取代度性質決定。實驗過程中，按照相同操作方法試驗取代度0.035的陽離子淀粉，乳化比例m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶5時施膠效果優于乳化比例 m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶4，可見滿足相同的施膠效果陽離子淀粉取代度越低乳化所需的陽離子淀粉比例越高，會造成乳化成本的上升。由圖5還可知，陽離子淀粉比例越高有利于紙頁強度的提高，在作為乳化劑使用的同時發揮了其增強作用，因此使用不同性質陽離子淀粉乳化ASA時，需進行最佳乳化比例的對比選擇。

圖6和圖7分別表示了陽離子淀粉與ASA乳化過程中的溫度以及pH對施膠效果的影響。

圖6 乳化溫度對施膠效果的影響

圖7 乳化pH對施膠效果的影響

由圖6和圖7可見，乳化pH在4.0～5.0，乳化溫度45℃以下時施膠效果最好，因ASA在堿性條件下有利于施膠效果的發揮，但同時會造成ASA的加速水解，且乳化溫度越高同樣會造成ASA的水解加速，因此乳化過程中加入檸檬酸或者聚合氯化鋁（PAC）控制合理的pH以及乳化后進行熱交換來控制乳化溫度來實現更好的施膠效果。

表2顯示了陽離子淀粉取代度對施膠效果的影響。

表2 陽離子淀粉取代度對施膠效果的影響

由表2可見，陽離子淀粉取代度越高施膠效果越明顯，實際檢測取代度越高的陽離子淀粉乳化后ASA粒徑越小，越有利于ASA施膠效果的發揮。

2.4 漿料種類對施膠效果影響

表3 漿料種類對施膠效果影響

通過日常實驗發現：漿料細小組分越少，潔凈度越高的漿料越有利于施膠劑施膠性能的發揮，漂白化學漿施膠效果好于OCC漿；但是加入過多填料的漂白化學漿施膠效果明顯下降，而AKD以及ASA對麥草漿機械漿的施膠效果均不如OCC漿。

3 結論

（1）ASA在紙頁抄造完成后即可達到較好的施膠效果，有利于生產過程中對施膠度的控制，且低用量的ASA即可實現理想的施膠效果，但相比AKD較易透點，不適宜在重施膠紙頁中使用。

（2）ASA添加點最好在陽離子輔料添加之后、填料添加之前，這樣可有效提高ASA的利用率及穩定性，試驗在陽離子淀粉之后加入ASA，充分與漿料混合后再加入碳酸鈣、CPAM時，施膠效果最好。

（3）陽離子淀粉取代度越高，乳化后的ASA施膠效果越好，且試驗使用取代度0.045的陽離子淀粉、m（ASA）∶m（陽離子淀粉）=1∶4時施膠效果最佳，同時控制乳化pH在4.0～5.0，乳化溫度45℃以下時可以實現更好的施膠效果。

（4）漿料種類及質量均影響ASA施膠劑施膠效果，麥草機械漿不利于ASA施膠。