箱纸板生产用水高度循环对AKD施胶的影响

卢玉栋 曾祥庚 陈少平 翁景峥 吴宗华

（福建师范大学化学与材料学院，福建福州，350007）

随着我国造纸废水排放新标准的实施，造纸企业面临更严格的废水废渣排放限制。采用清洁生产工艺、提高造纸用水循环使用率是造纸企业解决废水处理和回收利用的有效途径之一［1］。造纸用水高度循环后抄纸用水中溶解有机物、电解质和有害物质等积累增加，严重影响造纸施胶剂等湿部化学品的作用效果，如某箱纸板厂纸机白水的CODCr和电导率分别高达3190mg/L和3400μS/cm，严重影响了烷基烯酮二聚体（AKD）的施胶效果［2］。笔者研究了抄纸用水循环使用对AKD施胶效果的影响，并提出了改善AKD施胶效果的措施。

1 实验

1.1 主要原料

AKD乳液，工业品，固含量13.2％；聚胺复合物，自制；废纸浆，由废纸箱制得，40°SR；收集制浆废水，将其与自来水混合配制COD不同的模拟抄纸用水；用m（Na2SO4）∶m（NaCl）∶m（CaCl2）=1∶1∶1的电解质混合物和自来水配制电导率不同的抄纸用水；工厂用水取自厦门市厦戎联合造纸厂的抄纸系统。

1.2 箱纸板生产用水循环的模拟

用自来水将废纸浆配成w（废纸浆）=0.5％的浆料，在高速搅拌机中疏解30s；在100r/min搅拌下加入w（AKD）=0.1％的AKD乳液，用ZQJ-B型纸样抄取器抄造手抄片，经压榨、105℃干燥10min后得到定量为120g/m2的手抄片。用同样方法反复多次抄纸，收集足量抄纸废水（称为1次循环水），完成抄纸用水的第1次循环。同样用1次循环水抄纸，得到手抄片和2次循环水。用类推方法得到其他循环次数的抄纸用水。

1.3 AKD施胶

根据实验设计，用事先配制的COD或电导率不同的抄纸用水将废纸浆配成w（废纸浆）=0.5％的浆料，在高速搅拌机中疏解30s；在100r/min搅拌下间隔2min依次加入AKD和聚胺复合物（必要时），一定时间后，用配制的抄纸用水稀释，并用抽滤漏斗抄片；压榨后于105℃下干燥10min或60min，得到定量为120g/m2的手抄片。

将干燥10min的纸样置于烧杯，加入过量的氯仿；将烧杯至于超声波洗涤器中振荡提取4h后取出纸样，置于通风橱风干，然后105℃干燥10min或60min。纸样的施胶度按GB5405—2002规定的液体渗透法测定。

1.4 抄纸用水水质的测定

废水COD按GB11914—89规定的重铬酸盐法测定；废水阴离子度用胶体滴定法测定［3］。

2 结果与讨论

2.1 抄纸用水循环对水质的影响

为了研究箱纸板生产用水在循环过程中水质的变化，在实验室用抄纸用水循环使用的模拟方法考察了抄纸用水循环次数与水质的关系（见表1）。由表1可知，抄纸用水每次循环使用后其电导率、浊度、COD和阴离子度等都不同程度增大，前3次循环中这些水质参数增幅大，后3次循环中水质参数增幅趋缓。表1的工厂用水取自某厂废水零排放造纸系统的流浆箱，该系统的水已循环使用8个月。实验室循环使用6次的抄纸用水与工厂用水相比，其电导率和CODCr约为工厂用水的1/30、阴离子度约为1/10、浊度约为1/3。这些结果表明，造纸用水经高度循环使用后，其电解质、COD和阴离子有机物等都严重积累。

表1 实验室抄纸用水循环次数与水质的关系

2.2 COD对AKD施胶的影响

根据2.1的实验结果，用废纸箱制浆的废水与自来水配制了COD不同的抄纸用水，以考察COD积累对AKD施胶的影响，结果如图1和图2所示。由于标准抄纸器的滤网孔较小，用COD高或电解质浓度大的抄纸用水抄纸时滤水速率很慢，实验难以进行。为此，在后续抄纸中均采用漏斗抽滤法进行抄纸，滤网为60目。由图1可知，当AKD用量（对绝干浆，下同）0.3％时，随抄纸用水的CODCr从0（自来水）增至393mg/L时，施胶度从356s降低至119s，其后继续增大CODCr至766mg/L，施胶度的降幅趋缓。抄纸用水的COD主要源于微细纤维和胶体物质等［4］，AKD粒子更容易吸附在这些比表面积和表面电荷密度大的微粒上。微粒在抄纸时易进入白水，导致留着在纸张中的AKD粒子减少，施胶效果随之降低。

固定抄纸用水的CODCr为393mg/L，AKD用量与施胶度的关系如图2所示。用自来水抄纸时，随AKD用量的增加，施胶度也迅速增大；当AKD用量为0.4％时，施胶度达到最大值。用含COD的抄纸用水抄纸时，纸样的施胶度也随AKD用量增加而增大，但在同一AKD用量下其施胶度都比用自来水的小很多。图2所示的结果与工厂实际操作的结果一致，即生产用水高度循环后通过增加AKD用量来达到所需的施胶度，但这易加重毛布污损、增多白水泡沫等。

2.3 电解质对AKD施胶的影响

抄纸用水中电解质对AKD施胶的影响如图3和图4所示。随抄纸用水的电导率增大至1000μS/cm，纸样施胶度由356s迅速降至279s；但继续增大电导率至4000μS/cm，施胶度降幅较小。比较图1和图3可知，抄纸用水中COD对AKD施胶的影响比电导率的大。抄纸用水的电导率与其电解质浓度成正比关系。电解质浓度增大将减小AKD胶粒双电层的厚度，导致胶粒稳定性降低，施胶效果下降［5］；但电解质浓度超过一定值后，继续增大电解质浓度对胶粒双电层作用小。从图4可看出，在固定抄纸用水电导率为1000μS/cm时，纸样施胶度随AKD用量的增加而增大。

2.4 聚胺复合物的作用

基于对上述实验结果的分析，可通过提高浆料中微细纤维等微粒的留着率和改变AKD胶粒结构等途径来改善AKD在箱纸板生产用水高度循环系统中的施胶效果。聚胺复合物对AKD施胶的影响见表2。由表2可见，在抄纸用水的CODCr和电导率分别为393mg/L和600μS/cm的条件下，通过添加w（聚胺复合物）=0.1％的高电荷密度聚胺复合物，干燥10min和60min后AKD施胶纸样的施胶度分别由空白样的6s和11s提高到8s和33s，抄纸废水的浊度和阴离子度也分别从空白样的48NTU和0.1198mmol/L下降到41NTU和0.0773mmol/L。这些结果表明，聚胺复合物的作用之一是提高微细纤维等微粒在纸张中的留着，同时也增加了优先吸附在微细纤维等微粒上的AKD胶粒在纸张中的留着，进而提高了纸张施胶度。这与前期研究结果一致［6］，但聚胺复合物的作用大于聚胺。

表2 聚胺复合物对AKD施胶的影响

为了进一步考察聚胺复合物的作用，用氯仿提取干燥10min的施胶纸样，以去除纸中未与纤维素反应的AKD［7］。表2结果表明，氯仿提取后添加聚胺复合物，纸样的施胶度（11s）仅略大于空白样的施胶度（10s），且干燥60min也末能提高纸样施胶度。这些结果意味着聚胺复合物并没有促进AKD与植物纤维的反应，仅是增加了AKD的留着。未用氯仿提取的纸样干燥60min后添加聚胺复合物，纸样的施胶度（33s）远大于空白样的施胶度（11s）。

本研究的结果还表明，用阳离子苯丙共聚物乳液作AKD的乳化剂可改变AKD胶粒的结构，大幅提高AKD对电解质的适应性，但详细的实验结果未列入文中。

3 结论

3.1 实验室抄纸用水每次循环使用后其电导率、浊度、COD和阴离子度等都有不同程度的增加；实验室循环使用6次的抄纸用水与循环使用8个月的工厂用水相比，其电导率和CODCr约为工厂用水的1/30、阴离子度约为1/10。

3.2 抄纸用水COD的增加使AKD施胶效果迅速降低，这可能是因为AKD粒子易吸附在比表面积和表面电荷密度大的微粒上，进而使留着在纸张中的AKD粒子减少所致。

3.3 抄纸用水电导率增大也会影响AKD的施胶效果，但其影响不如COD的影响显著。

3.4 通过添加高电荷密度聚胺复合物可大幅提高AKD的施胶效果。聚胺复合物的作用之一是提高微细纤维等微粒的留着和降低抄纸用水的阴离子度。

［1］徐 明，曹春昱.OCC制浆造纸过程水封闭循环的模拟研究［J］.中国造纸，2007，26（11）：5.

［2］曾祥庚，翁景峥，卢玉栋，等.抄纸废水高度封闭系统中箱纸板AKD施胶［J］.华东纸业，2010，41（5）：75.

［3］Tanaka H，Ichiura H.A novel and simple method for determining the cationic demand of suspensions using chromophiric labeled cationic polymers［J］.Colloid and Surface A，1999，159：103.

［4］马兴东，周景辉，毛景博.阴离子垃圾捕集剂在AKD施胶中的应用［J］.中国造纸学报，2005，20（1）：130.

［5］Urushibata H.Development of sizing agent for neutral or alkaline papermaking［J］.纸パ技协志，1987，41（6）：15.

［6］曾祥庚，翁景峥，陈跃良，等.零排放箱纸板造纸系统中聚胺对AKD施胶的作用［J］.中华纸业，2010，31（20）：31.

［7］Kondo N，Makino S.Neutral/alkaline papermaking system by using specialized cationic polymers［J］.纸パ技协志，1993，47（2）：56.