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AKD施胶综述 造 纸 化 学 品 与 应 用 2012年 第 3期 AKD施肢综述 张菊先 岳阳林纸股份有限公司 湖南 岳阳 (414002) AKD(Alky Ketene Dimer)是一种阳离子型中/碱 性施胶剂。在中/碱性抄纸_丁艺中得到了广泛的应 用。与传统的酸性施胶相比,中/碱性施胶具有如下 优点:可以在保证纸页强度的前提下大幅度提高纸张 灰分,降低生产成本;中/碱性施胶系统中的pH值稳 定 ,可以有效减缓纸张返黄,改善纸张品质;可以保持 纸机系统清洁,减少对机械设备的腐蚀;中 /碱性施 ...

AKD施胶综述
造 纸 化 学 品 与 应 用 2012年 第 3期 AKD施肢综述 张菊先 岳阳林纸股份有限公司 湖南 岳阳 (414002) AKD(Alky Ketene Dimer)是一种阳离子型中/碱 性施胶剂。在中/碱性抄纸_丁艺中得到了广泛的应 用。与传统的酸性施胶相比,中/碱性施胶具有如下 优点:可以在保证纸页强度的前提下大幅度提高纸张 灰分,降低生产成本;中/碱性施胶系统中的pH值稳 定 ,可以有效减缓纸张返黄,改善纸张品质;可以保持 纸机系统清洁,减少对机械设备的腐蚀;中 /碱性施 胶使纸机自水封闭循环成为可能等等。因而中/碱性 施胶已成为施胶技术的发展趋势,逐渐得到推广和应 用。 1 AKD的基本化学特征 AKD(烷基烯酮二聚体)是一种蜡质物质,不溶于 水,熔点为 5 0 ,能溶于乙醇,苯及i氯甲烷等有机 溶剂。商业用 AKD是由脂肪酸和硬脂酸生成酸性氯 化物 ,然后聚合成烷基烯酮二聚体而制成。AKD在 65.5℃以上极容易水解生成酮。烷基烯酮二聚体的结 构式如下: H l - C=C-O 萋( 6— o l 鞋 图 1烷基烯酮二聚体的结构 结构式中,R和 R’为烷基,变更不同烷基可以得 到一系列的烷基烯酮二聚体,但适于作造纸中性施胶 剂的是 14烷基和 16烷基烯酮二聚体。 它是一种不溶于水的疏水性固体物质 ,制胶时需 加入分散剂和乳化剂,进行乳化后才能用于造纸施 胶,而且其乳液必须有尽可能好的分散性 ,微粒大小 需尽可能均一,这对施胶的均匀性影响较大,是充分 发挥其施胶效果的关健。常用的乳化剂为阳离子淀 粉,加入量均为 AKD的 10%~20%,乳化后的浓度 10 %~20%,AKD在水中不稳定 ,容易生成酮而丧失施 胶效果。因此,AKD乳液应在较低的温度下保存,且 仔期越短越好。 2 AKD施胶机理 AKD属反应型施胶剂。在碱性条件下,AKD反应 性官能团能够和纤维素上的羟基发生反应,形成共价 键结合而固着在纤维上,在纤维 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面形成一层稳定的 薄膜,使纤维由亲水性变为疏水性 ,从而使纸页获得 抗水性。其作用过程是连续的,第一阶段是在纤维和 填料表面上的AKD乳液的留着;第二阶段是在纸机 烘干部加热期间的铺展和迁移;第三阶段是 AKD分 子与纤维素发生化学反应。 3影响AKD施胶的因素【1] 影响 AKD施胶的因素很多,包括浆料参数、pH 值和碱度、填料类型和用量 、细小纤维量、纤维种类 、 干扰物(阴离子“垃圾”)和干燥温度等。 3.1 pH值和碱度的影响 采用 AKD施胶时,施胶性能与 pH的关系很大, 一 般认为只有在中/碱性条件下,AKD的内酯环才能 打开,并与纤维素的羟基反应。有人研究证明,当pH 值 <6时,AKD几乎不产生施胶作用 ,随着 pH的增 加,AKD的施胶效率逐渐提高,尤其是 pH在 6.5~7.5 之间时,纸页的施胶度上升最快;当 pH>8.0时,纸页 的施胶度 I二升开始减慢。因此,实际生产中pH应控制 在 7.5~8.5(总碱度在 150—250rag/1),此时 AKD施胶 性能最好。必要时,可向纸料中加人适量的 NaHCO 或 Na2CO3。 3.2细小纤维和填料的影响 细小纤维和填料主要是影响 AKD的留着效果 , 进而影响到施胶性能。目前生产中使用的AKD大多 带有阳电荷,这样它zHq匕~14R1::l好地吸附在高比表而积、阴 电荷的物质上。 -~m/D纤维多,比表面积高,会消耗较多 AKD,在 AKD相同的情况下,细小纤维含量愈高,施胶效果愈 差。公司 1~3}}机配料中含有较多的苇浆或 APMP, 细小纤维含量是较多的。 填料,如 PCC,通常对施胶性能有负而影响。这有 两个原因。一是填料的比表而积比纤维的大,填料上 作者简介:张菊先女士,硕士研究生,高级工程师,主要从事制浆造纸技术开发工作。 国同固鳐 造纸化学品与应用 21 停留施胶剂分子比纤维上的多 ,吸附到填料上的 AKD施胶剂不会大大改善施胶 【 】。二是在造纸过程 中,由于只有部分填料被留着下来 ,AKD施胶剂会随 同填料一起流失。但另一方面,填料颗粒分布在纤维 的周围或纤维之间的空隙内,它妨碍了纤维间的结 合,使纸页疏松多孔,提高纸的松厚度,从而纸的吸湿 变形小,形稳性得到改善。当强调纸的形稳性时,应适 当多加填料。 事实上,通常加入系统中的 AKD有 80%以上会 留着在填料和细小纤维上。要达到理想的施胶效果, 要求系统必须有良好的留着率。留着率差还会造成系 统中AKD的水解量,带来一些问题。 因此,在节约化学品用量的时候 ,留着剂是不能 减少的,相反 ,当浆料中阴离子垃圾较多(PCD值较 高)时,车间应适当增加助留剂用量,以提高系统留着 率。 影响留着率(助留剂效果)的因素很多,由于篇幅 的关系,这里不展开讨论。 3.3浆料种类对AKD施胶的影响 不同种类的纸浆 ,由于纤维的化学组成、各成分 比例、比表面积 、Zeta电位不同,对 AKD施胶的影响 也不同,一般来说,木浆好于草浆;阔叶木浆好于针叶 木浆;化学浆好于机械浆(磨木浆)。阔叶木之所以易 于施胶,可能是由于其湿润比表面积较小,只需要较 少的AKD即可使纸页的表面覆盖率达到较高的施胶 度。由于细小纤维具有较大的表面积,所以,对 AKD 施胶有很大的影响。磨木浆含有较多的细小纤维,而 且胶体物质和溶解的阴离子垃圾较多,不宜于施胶; 废纸浆料中因含有较多的阴离子垃圾,也难于施胶; 从理论上来说 ,草浆纤维结构及化学组成与阔叶木相 似,应较容易施胶,但是由于草浆含细小纤维和杂细 胞较多,并且灰分含量较高,对化学助剂的干扰较大, 最终引起草浆施胶困难。 在此,需要特别强调的是,据资料介绍,高档文化 纸浆料配比中,用少量的杨木高得率浆取代硬木化学 浆 ,只要取代度不超过 15%,可改善 AKD施胶效果 这是因为高得率浆中含有更多的阴离子基团(羧基和 磺酸基),这有助于 AKD留着。另外,高得率浆含有大 量的木素和细小纤维,这对施胶有积极的作用。 3.4 添加剂对 AKD施胶的影响 造纸中使用的其它添加剂对 AKD将产生正 、反 两方面的的影响。有些有利于施胶,有些不利于施胶。 阴离子添加剂以各种不同的机理对胶料的留着和固 定产生不利影响。如:消泡剂、油、乳化油和润滑剂、树 脂分散剂、湿润剂、柔软剂、毛毯清洗剂 、氧化剂、阴离 子染料和其它阴离子物质(阴离子垃圾)等,对施胶是 不利的。这里,再次说明除去浆料中阴离子垃圾的重 要性,也说明优化涂料工艺是非常重要的。生产中过 多使用消泡剂也是很不利的。 阳离子添加剂主要是通过改变胶料 、细小纤维和 填料的留着而起作用 ,对施胶有利。如:湿强树脂 、助 留剂、助滤剂、干强树脂 、阳离子淀粉。 矾土不能直接增强 AKD施胶效果,而且大量地 加入是有害无益的。矾土用于碱性造纸的目的是为了 中和干扰物而改善 AKD施胶条件 ,所以矾土和 AKD 的添加点最好能分开,并避免过多加入,这点很重要。 3.5 干燥温度对 AKD施胶效果影响 图 3 AKD施胶理想干燥 曲线 为改善 AKD施胶效果,干燥时需要快速升温使 AKD高于其熔点温度(50—60~C)而快速熔融扩散到 纤维上,从而加速 AKD与纤维的反应。理想干燥曲线 见图 3。从图 3得知,其最高温度达到 130 对 AKD 施胶来说,实际温度偏低。容易出现假施胶现象。但温 度的提高受到纸页横向收缩和强度的限制,为改善 AKD施胶效果,可在表面施胶剂中加一定的 AKD。 实践证明,要获得比较好的施胶度 ,当纸页进入 烘干部以后 ,就需要采用快速升温的干燥曲线,并且 需要提供足够的干燥热量,以尽快降低纸页水分,破 坏 AKD的静电吸附作用,促使施胶剂分子重排 ,加快 施胶剂与纤维素羟基之问的化学反应。在生产中还发 现纸页的下机温度不同,AKD的熟化程度也不相同, 生产实践表明纸幅的下机温度越高,施胶剂的熟化程 度越好。 另外,如果在表面施胶前纸页的施胶状况良好, 而经过表面施胶以后,在复卷机处却失去 了'施胶度, 这种情况一般是烘缸干燥曲线不当、干燥热量不足、 纸页水分过高等原因导致了正常施胶反应被表而施 胶淀粉所干扰,发生了再定向。对此可以通过降低纸 页出压榨部水分、改善干燥曲线 ,提高干燥能力或者 增加用量来调节。 4 AKD假施胶原因分析及预防措施 AKD是反应性施胶剂,纸(或纸板 )下机后,要经 过一段时间使 AKD与纤维素发生结合反应,才能达 造 纸 化 学 品 与 应 用 2012.g-第 3期 到施胶效果。造成假施胶的根源是 AKD没有发生有 效的反应或没有反应 ,特别是在熟化过程中如果 AKD发生水解反应,就不能与纤维素反应达到施胶 效果。经研究发现 AKD水解反应与纸页的 pH、填料 中的游离碱、下机水分和干燥温度等因素有关。在生 产上,AKD施胶中产生假施胶的原因主要有:系统 pH 值超出范围、干燥温度太低 、下机纸页水分太高、填料 中游离碱的存在等。 系统 pH值和干燥温度的影响,前面已进行了详 细讨论,这里不再赘述。主要谈下机纸页水分和填料 中游离碱的影响。 4.1 下机纸页水分太高 纸页的水分含量对施胶效果的影响、纸页在烘干 过程中的水分和下机纸页水分都会影响施胶效果。在 烘干部,AKD的静电吸附不断被破坏,其反应性官能 团与纤维素羟基形成共价键而起到施胶作用。在烘干 过程中,如果纸页水分过高,会影响 AKD与纤维之间 的反应 ;反之,纸页水分越低,参加反应的 AKD就越 多。操作中适当降低纸页出压榨部和干燥部的水分, 有助于施胶反应的完成,加快 AKD熟化。纸页下机 时,纸张中的大部分 AKD与纤维素之间仍旧以静电 吸附形式存在,还需要再放置一段时间,或者通过复 卷加热进一步促进其共价键的形成,以达到最佳施胶 度。如果纸页下机水分含量比较低,AKD的静电吸附 将会继续被破坏 ,随后与纤维素发生反应而得到熟 化;对于水分较高的纸,因为纸页下机时其中的AKD 大部分仍以静电吸附和游离状态存在,通过放置或加 热仅有一部分 AKD与纤维素发生反应,另外一部分 会缓慢水解;如果纸页水分过高,特别是多层纸板,则 继续参加反应的AKD更少,大部分 AKD将会逐渐水 解而失去施胶作用,纸页的吸水性随着放置时间的延 长而逐渐升高 ∈ ∈ ∈ ∈ < ∈ ∈ ∈ ∈ ∈ ∈ 岳 ·信息· 4.2 填料中游离碱的存在 如前所述,填料对 AKD施胶有不利的影响。一般 认为有两种原因,一是由于填料的比表面积比纤维 高,胶料倾向于吸附填料表面,吸附在填料上的 AKD 不会对施胶有积极作用。添加胶的量必须增加到能弥 补这种损失程度。二是填料影响施胶效率是通过影响 胶料的留着率,一些原来被填料吸附的胶料能重新分 布在纤维表面,如果填料未留着,则这些吸附的胶料 也随之流失,因此,填料的留着对有效施胶也很重要。 另外,如果纸页水分过高、贮存温度过高,填料悬浮液 中的游离石灰含量过高也很容易造成施胶剂水解速 度加快,严重时放置一段时间后纸页施胶度完全失 去,造成假施胶。悬浮液中的石灰含量除与其制备过 程有关外,通常,悬浮液放置时间越长,其中含有的游 离氢氧化钙就会越多,因此悬浮液长久放置对施胶有 不良影响 5 结语 采用 AKD施胶施胶剂,抄造出来的纸或纸板下 机后经一段时间的熟化才能达到最好的施胶效果,但 是如果熟化的条件发生变化,造成熟化期内AKD大 量水解或与 AKD反应速度极其缓慢,就会出现假施 胶,生产上出现假施胶的主要原因与系统 pH值、填料 游离碱、干燥温度、下机水分和温度等因素有关,在生 产上出现假施胶以后,应及时查找原因,以便采取措 施进行处理。 参考文献 [1]王金霞 ,刘温霞.AKD施胶机理综述[J].纸和造纸,2011 (3):47—50 [2]张菊先 ,吕建明.用杨木高得率浆取代高档纸中硬木硫酸盐 浆及其对AKD施胶的影响[J].湖南造纸,2007(2):25—29 收稿 日期 2012—8—9 ∈ C < ∈ { { { _∈_∈ ∈ ∈ 201 3年《国际造纸》征订启事 邮发代号:82—301 《国际造纸》(刊号 CNll一3573/TS,ISSN 1006—2599,双月刊)由中国造纸学会、中国制浆造纸研究院主办,主要报道现代全球造 纸工业先进生产技术、浆纸装备、环保技术、造纸化学品的应用与研究、全球最新造纸动态等,是国内外公开发行的连续出版物。本 -flJ特设前沿·热点栏 目,就当前造纸工业关心的问题进行论述及报道。《国际造纸》连续多年入选 ”中国期刊全文数据库 ”、”中国核 心期刊(遴选)数据库 ”和 ”中国学术期刊综合评价数据库 ”。 《国际造纸》已与多家造纸机构、企业、团体建立了广泛的联系,是沟通中外纸业技术、信息、贸易的桥梁与纽带,是了解世界纸 业的窗口。 《国际造纸》适合造纸企业的经理、科研院所技术人员以及印刷、机械、化工、环保等相关行业的经营管理及技术人员阅读。 订阅方法:可到当地邮局订阅,10元 /册,全年60元 ;国外及港澳台地区,1O美元 /册,全年 60美元 ;如错过邮局订阅,可直接 与本-flJ发行部联系。 开户名称 :中国制浆造纸研究院 开户帐号:802OO9444208o91o01 开户行:中行北京光华路 支行 电话:(010)64778173(发行部)64778162(编辑部) 传真:(010)64778174 E—mail:wpp@vip.163.corn 联系地址:北京市朝阳区启阳路 4号院中轻大厦 607室 邮政编码:100102
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分类:生产制造
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