机械活化协同常压逆转制备氢化松香施胶剂

韦小杰陈小鹏杨琴胡雄光

(广西大学化学化工学院，广西南宁，530004)

·氢化松香施胶剂·

机械活化协同常压逆转制备氢化松香施胶剂

韦小杰陈小鹏杨琴胡雄光

(广西大学化学化工学院，广西南宁，530004)

以氢化松香及氢化松香甘油酯为原料，采用自制搅拌球磨机进行原料机械活化处理，考察常压逆转法、机械活化协同常压逆转法、机械活化搅拌转速以及活化时间对施胶剂粒径和施胶性能的影响。结果表明，原料在搅拌转速300 r/min、活化时间5 min条件下经机械活化处理后，氢化松香施胶剂制备过程的乳化温度、转相温度均下降10℃，产品经激光纳米粒度分析仪检测显示施胶剂粒径仅为294．6 nm。将机械活化协同常压逆转法所制施胶剂在中性条件下进行抄纸实验，纸张的施胶度达到66 s。

施胶剂;氢化松香;制备方法;机械活化

(*E-mail:wxjgu@sina．com)

Abstract:The hydrogenated rosin sizing agent was prepared with the hydrogenated rosin and its glyceride as raw materials and by mechanical activation treatment using self-developed stirring ball mill，the effects of atmospheric inversion process，atmospheric inversion process coupled with mechanical activation，stirring speed and activating time of mechanical activation on the particle size of hydrogenated rosin sizing agent and sizing performance were studied．The results showed that the emulsifying temperature and the phase inversion temperature of preparation process of neutral hydrogenated rosin size were all decreased 10℃when the raw materials had been mechanically activated under the conditions of stirring speed 300 r/min and activating time 5 min．The testing result by laser nanoparticle size analyzer indicated that the particle size of sizing agent was only 294．6 nm．The products prepared by atmospheric inversion process coupled with mechanical activation were tested in neutral paper making，and the sizing degree of the resultant paper was 66 s．

Key words:sizing agent;hydrogenated rosin;preparation methods;mechanical activation

浆内施胶剂主要有松香类施胶剂、反应型施胶剂、石油树脂施胶剂等种类。反应型施胶剂在使用上存在着对应用技术的要求较高、化学稳定性较差、施胶费用高等问题;松香类施胶剂具有施胶简单易行、施胶成本低、施胶效果可靠等优点［1］。反应型施胶剂和石油树脂施胶剂的原料均为石油的深加工产品，随着石油一次性资源的日渐枯竭，面临着原料短缺的难题。我国有着丰富的松香资源，价格便宜，因此松香类中性施胶剂具有广阔的市场前景［2］。松香的主要成分为枞酸型树脂酸，其结构中含有共轭双键，易氧化变黄，而氢化松香在经过加氢后使枞酸型树脂酸趋于脂环稳定结构，具有较高的抗氧化性能，在空气和光照下不被氧化和变色，无结晶趋势，脆性小，黏结性强，能长期保持弹性和色浅等优点［3-4］。而氢化松香与甘油酯化反应产物又大大降低了原有氢化松香的酸值，因此以氢化松香及氢化松香甘油酯为原料制备施胶剂，可延长纸张寿命，提高纸张的品质。

机械活化(Mechanical activation)是指固体颗粒物质在摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下，物质的晶体结构及物化性能发生改变，使部分机械能转变成物质的内能，从而引起固体的化学活性增加［5］。目前机械活化在超微及纳米粉末、纳米复合材料、弥散强化合金结构材料、金属精炼、矿物和废物处理、有机材料合成以及淀粉改性等方面的应用研究日益广泛［6-10］。为此，本实验尝试将机械活化技术引入施胶剂制备中，以考察机械活化对氢化松香施胶剂制备工艺及其施胶性能的影响。

1 实验

1.1 原料及仪器

原料:氢化松香及氢化松香甘油酯，均为实验室自制。乳化剂为自制，由阴离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)与非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(OP)按一定比例复配而得。纸浆为漂白甘蔗渣浆，打浆度38°SR，取自南宁糖业有限公司。阳离子淀粉，取代度0．024，广西明阳淀粉厂生产。聚合氯化铝，碱化度＞50%，Al2O3含量29%，巩义市宇清净水材料有限公司生产。碳酸钙为化学纯。

仪器:机械活化装置为自制搅拌磨，可根据实验需要调节搅拌转速，研磨筒为带冷却夹套的不锈钢罐，磨介质为三氧化二铝磨球;S312-120型数显恒速搅拌器，上海申生科技有限公司产;Zeta-sizer Nano-S型激光纳米粒度分析仪，英国Malvern公司产。

1.2 常压逆转法制备氢化松香施胶剂

采用常压逆转工艺制备施胶剂。先将装在四口烧瓶中的原料加热熔融，然后在低速搅拌下加入乳化剂形成W/O体系，再在高速搅拌下加入预热的转相水，转相完毕加入余量水及稳定剂后迅速冷却，即得到乳白色的氢化松香施胶剂。

1.3 机械活化协同常压逆转法制备氢化松香施胶剂

机械活化制备实验是按实验设计的要求，调节好转速后在研磨筒中加入一定体积比的磨球和氢化松香原料，开机搅拌，达到规定时间后停机，分样。将经过机械活化预处理的原料定量加入到250 mL四口烧瓶中，按1．2进行施胶剂制备。

1.4 施胶剂粒径测定

将施胶剂乳液分散到水中，搅拌均匀，配成0．1%(质量分数)溶液，使用激光纳米粒度分析仪对施胶剂的粒径进行分析检测，可得到其粒度分布状态图谱。具体参数设置:颗粒折射率为1．527，颗粒吸收率为0．01;分散剂为去离子水，分散剂折射率为1．330。分析软件为Zetasizer Nano-S配套软件: Dispersion Technology Software 3·32。

1.5 胶料施胶性能评价

将常压逆转法所制施胶剂和机械活化协同常压逆转法所制施胶剂分别进行施胶性能评价实验，抄纸定量为60 g/m2。在圆形抄片器上抄片，正向施胶，胶用量2．0%(相对于绝干浆，下同)、聚合氯化铝用量1．5%、阳离子淀粉用量0．5%、碳酸钙用量15%，调节纸浆pH值7．0。

采用液体渗透法测定纸张的施胶度［11-12］。

2 结果与讨论

2.1 机械活化协同常压逆转对施胶剂制备的影响

通过实验考察常压逆转和机械活化协同常压逆转这两种不同制备方法对施胶剂制备工艺条件的影响，实验结果如表1所示。

表1 施胶剂不同制备方法的工艺条件

从表1可见，原料经过机械活化预处理后其制备工艺条件较常压逆转法有较大变化，乳化温度和转相温度均降低了10℃左右;表明原料经机械活化处理后，部分机械能转变成了物质的内能，从而使原料的化学活性增加，降低了乳化温度和转相温度。而且原料经过机械活化预处理，形状从颗粒状变成了粉体，有利于原料进入熔融状态。

2.2 机械活化条件对施胶剂粒径的影响

2.2.1 机械活化搅拌转速对施胶剂平均粒径的影响

将一定配比的氢化松香及氢化松香甘油酯放进自制搅拌磨中，调节不同的搅拌转速进行原料预处理后按常压逆转工艺制备施胶剂，将所制施胶剂进行粒径分析，实验结果如图1所示。

图1 搅拌转速对施胶剂平均粒径的影响

由图1可知，在200～400 r/min范围内施胶剂的平均粒度随着搅拌转速的增大先减少后增大。这是由于在搅拌转速较低时原料混合不够充分，随着搅拌转速的提高，原料得到充分的搅拌，在300 r/min时，施胶剂的平均粒径最小;但在高于300 r/min搅拌转速下，原料之间相互碰撞的频率大大增加，使得部分原料又重新团聚起来，因而平均粒径增加了;虽然搅拌转速为500 r/min时施胶剂的平均粒径又略有下降，但下降幅度较少，考虑实际应用中要尽可能降低能耗，故不再进行更高搅拌转速的影响研究，因此确定机械活化搅拌转速以300 r/min为宜。

2.2.2 机械活化时间对施胶剂平均粒径的影响

在保持原料配比不变、搅拌转速300 r/min条件下，考察不同机械活化时间对施胶剂平均粒径的影响，实验结果如图2所示。

图2 活化时间对施胶剂平均粒径的影响

从图2可见，原料经机械活化处理后所制得施胶剂的平均粒径在0～5 min范围内随着活化时间的增加而下降，5 min后随着活化时间的延长先增加后下降。因为在机械活化预处理中，原料获得了较大的能量，当活化时间很短时，原料没有得到均匀研磨，而随着活化时间的增加，搅拌的机械能转化为热能，使得原料温度随之上升，致使原料与三氧化二铝磨球粘结成团，无法得到充分的研磨，而当活化时间达到20 min时，由于温度的不断上升使得原料的黏度下降，粘结成团的原料减少，研磨的均匀性有所改善，因而平均粒径又有下降，从能耗角度考虑选取机械活化时间5 min为宜。

2.3 机械活化对施胶剂粒径的影响

在机械活化搅拌转速为300 r/min、活化时间5 min条件下对原料进行预处理后制备施胶剂，将常压逆转和机械活化协同常压逆转这两种方法制备的施胶剂进行粒径分析，实验结果如图3和图4所示。

从图3、图4可见，原料经过机械活化预处理后所制得施胶剂的粒径显著减小，而且施胶剂的粒径分布较好，说明机械活化的协同作用使得氢化松香及其甘油酯能很好地分散到水中。

2.4 机械活化对施胶性能的影响

为考察两种制备方法所得施胶剂的施胶性能，在正向施胶、纸浆pH值7．0、胶用量2．0%、聚合氯化铝用量1．5%、阳离子淀粉用量0．5%、碳酸钙用量15%的工艺条件下将常压逆转法与机械活化协同常压逆转法所制得的施胶剂分别进行施胶性能评价实验，考察不同施胶剂对纸张施胶度的影响，实验结果如表2所示。

表2 施胶剂类型对施胶性能的影响

从表2可见，在中性施胶工艺条件下机械活化协同常压逆转法所制施胶剂的施胶度为66 s，而常压逆转法所制施胶剂的施胶度为15 s，前者比后者提高了340%。这是由于机械活化协同法所制施胶剂的粒径较常压逆转法所制施胶剂的粒径更小，其比表面相应增大，更易于与蔗渣纤维结合，能在蔗渣纤维表面分布更均匀，提高了施胶能力，因而获得良好的施胶效果。

3 结论

以氢化松香及氢化松香甘油酯为原料，采用自制搅拌球磨机进行原料的机械活化处理，考察了常压逆转法和机械活化协同常压逆转法制备的施胶剂的施胶性能。

3.1 机械活化协同常压逆转法制备氢化松香施胶剂的工艺条件较常压逆转法有所改善，乳化温度和转相温度均降低了10℃左右，且有利于原料进入熔融状态。

3.2 在搅拌转速300 r/min、活化时间5 min的条件下使用自制搅拌球磨机对原料进行预处理，所制得施胶剂的固含量为48%、平均粒径为294．6 nm，粒径分布较好。

3.3 机械活化协同常压逆转法所制氢化松香施胶剂在中性施胶条件下具有良好的施胶效果，其施胶度较常压逆转法所制施胶剂提高了340%。

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(责任编辑:马忻)

Preparation of Hydrogenated Rosin Sizing Agent by Atmospheric Inversion Process Coupled with Mechanical Activation

WEI Xiao-jie*CHEN Xiao-pengYANG QinHU Xiong-guang

(College of Chemistry and Chemical Engineering，Guangxi University，Nanning，Guangxi Zhuang Autonomous Region，530004)

韦小杰女士，高级实验师;主要从事精细化工方面的实验教学与科研工作。

TS727+．5

A

0254-508X(2010)07-0040-04

2010-04-06(修改稿)

国家自然科学基金项目(30560119);广西教育厅科研

基金项目(200700ZL014、200700ZL015)。