EPI-DMA与PAC在AKD施胶中的增效作用研究

刘 华 王 凇[凯米拉（上海）管理有限公司, 上海 201112]

EPI-DMA与PAC在AKD施胶中的增效作用研究

刘 华 王 凇
[凯米拉（上海）管理有限公司, 上海 201112]

采用AKD施胶时，存在施胶熟化速度较慢的问题，采用增效剂后可适当改善。现就EPIDMA与PAC对AKD乳液施胶过程的增效作用进行了对比研究。结果表明，EPI-DMA对AKD乳液有轻微絮聚作用，而PAC加入AKD乳液中，有细化乳液液滴的效果；当两种施胶-增效体系用量相同且充分熟化后，两者对AKD施胶度的促进效果相同；熟化温度较低时，EPI-DMA对AKD的熟化速度明显优于PAC，熟化温度较高时，二种施胶-增效体系的熟化速度较接近。

烷基烯酮二聚体（AKD） 环氧氯丙烷-二甲胺聚合物 聚合氯化铝 增效

0 前 言

施胶可以增强纸张对水的抗渗透性能，从而改善其书写或印刷质量，并提高对潮湿环境的适应能力。常用施胶剂种类有皂化松香、分散松香胶、烯基琥珀酸酐（ASA）、烷基烯酮二聚体（AKD）及其它类合成施胶剂，其中尤以AKD适用于中、碱性抄造环境，且使用现场操作简单、用量少，对环境影响小等特点占据了造纸施胶剂的大部分市场[1-3]。不过，AKD施胶存在熟化速度较慢的问题，对于要求下机施胶效率较高的产品，需要辅以施胶增效剂提高其熟化速度[4]。

施胶增效剂是用来提高施胶效果的助剂，表现为提高成纸施胶度和提高施胶熟化速度。据文献报道，当前用作AKD施胶增效剂的主要有聚酰胺聚胺环氧氯丙烷（PAE）、聚乙烯醇（PVA）、瓜儿胶及聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）等，其中以聚胺类物质研究居多[5-7]。该类施胶-增效体系在高档纸的生产中多有使用。另外，由于聚合氯化铝（PAC）在较宽pH值范围内溶液中均有高价正电聚铝核子存在，也成为AKD施胶增效剂的重要选择之一[8]。本文就环氧氯丙烷-二甲胺聚合物（EPI-DMA）与PAC对AKD施胶增效的效果进行了对比研究，重点考察了熟化温度对两种增效剂效果的影响。

1 试验部分

1.1 试验原料

废纸浆（旧箱板纸为原料，打浆度55SR），由某造纸厂提供；AKD乳液（固含量18%，乳化剂为阳离子淀粉）、EPI-DMA（固含量50.8%）、PAC（以Al2O3记，固含量14%）均取自凯米拉（兖州）管理有限公司。

1.2 试验仪器与设备

抄片器，8414型，L&W公司；电荷密度测定仪， Mütek PCD 03型，BTG公司；pH 计，SG2型，Mettler Toledo公司；黏度计，LVDV-1型，Brookfield公司；激光衍射粒度测定仪，Malvern 3 000，马尔文仪器公司。

1.3 试验方法

（1）乳液制备及粒径检测。取适量AKD乳液注入烧杯中，在搅拌条件下，缓慢加入适量的去离子水和PAC或EPI-DMA，继续搅拌30min后，用HCl(0.05mol/L)或NaOH (0.05mol/L)的溶液调节pH值至规定值，取适量样品用激光衍射粒度测定仪进行粒度分布和粒径检测。

（2）抄片。称取适量浆料（纸张定量100g/ m2），加入纤维疏解机中进行疏解分散后，依次加入适量AKD与PAC / EPI-DMA复配乳液、CPAM溶液，助剂添加间隔15s，加料完毕后继续搅拌15 s，注入抄纸器中抄片，湿纸页经压榨后，在自动干燥装置中93 ℃干燥6 min即得干燥的手抄片。

（3）纸张吸收水检测。将待测手抄片放入标准恒温恒湿（23 ℃，50%）环境中30 min，按GB/T 1540—2002 纸和纸板吸水性的测定法进行吸水性检测，采取2 min的Cobb吸水值法。

2 结果与讨论

2.1 AKD与增效剂复合乳液的制备与表征

通常AKD阳离子淀粉乳液在pH 3～4时最为稳定。本研究pH值3.5的条件下，分别加入等正电核量的PAC或EPI-DMA对AKD乳液进行复配，检测所得乳液的正电核密度及平均粒径如表1所示，粒径分布如图1所示。对pH值为3.5的AKD复配乳液用去离子水稀释，并用碱液调整其pH值为中性，检测其正电荷密度如表1所示。

图1 AKD原液及其与不同增效剂复配乳液的粒径分布

表1 AKD复配乳液电荷密度与平均粒径

由表1可知，在pH值为3.5时，向等量的AKD乳液中加入等电荷量的PAC或EPI-DMA后，两种乳液均表现出较高的正电核量，而且包含PAC的乳液还略高于EPI-DMA对应的乳液；当经过去离子水稀释并用碱液调节使其pH值达到中性，两者的正电荷含量差别较大，其中含PAC的下降为原来的1/7左右，而含EPI-DMA的电荷量仅下降1/7左右，后者明显高于前者。分析其原因，主要是AKD与EPI-DMA的复配体系中胺基离解态受pH影响较小，而PAC溶液体系正电基团受pH值影响显著，其中高价正电聚铝核子的数量随着pH值提高是逐渐下降，导致体系正电荷量快速下降造成的。在pH值为3.5的条件下，对AKD乳液、PAC与AKD复配乳液以及EPI-DMA与AKD的复配乳液进行粒径分布检测，结果如图1所示。

由图1可知，EPI-DMA加入AKD乳液后，粒径较大的部分所占体积比例增加，即乳液的分散均匀性有些许下降，可能是因为较长的EPIDMA分子链同时吸附多个AKD颗粒所致。PAC加入后，AKD的乳液粒径分布更窄，显示PAC对AKD乳液的稳定有促进作用。

2.2 复配AKD施胶剂的施胶效果

在pH值3.5的情况下，将PAC及EPI-DMA分别与AKD乳液复配制得的稳定乳液，在pH值为7.0的情况下进行抄纸检测其施胶效果。为模拟纸机抄造环境，抄纸过程中加入适量阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），将抄制的干燥纸页放入烘箱中，105℃情况下再干燥15 min，得到施胶效果完全熟化的样品，用Cobb法检测其吸水性。复配施胶剂用量对施胶效果的影响如图2所示，其中施胶剂用量以复配乳液的总固含量计算。

图2 施胶剂用量对施胶效果的影响

由图2可知，在该抄造条件下，两种复配施胶剂均随用量增大而Cobb值减小，当用量达到8 kg/t（绝干浆）后，进一步增大施胶剂用量施胶效果提高不明显。从图2还可以发现，在两种施胶-增效剂体系用量相同时，其完全熟化后的施胶效果一致。这说明在中性条件下，尽管AKD与PAC的复配乳液的正电荷密度较EPI-DMA与AKD的低许多，但在施胶增效效果方面却基本一致。施胶增效剂的作用原理通常有：通过电荷吸附、絮聚等方式，提高施胶剂在纸页中的留着，进而提高施胶效果[9]；增效剂在纸张表面有较好自成膜能力，利用自身的成膜效果提高整体的施胶效果。由于EPI-DMA与AKD复配乳液在中性条件下仍保持较高的正电荷密度，且用量极少也不具成膜性，因此其施胶增效作用主要是提高AKD留着作用实现的。PAC的增效原理中提高AKD留着应该也起着重要做用，但是两种施胶-增效体系在中性条件下的正电荷密度却有相当大的区别，可以推测PAC对施胶体系中AKD留着效果应该低于EPIDMA的。两种体系最终熟化后施胶效果相同，结合图1可知PAC将AKD乳液的粒度更加细化，粒度分布也更窄，推测PAC对AKD乳液的液滴的细化处理间接提高了PAC和CPAM对AKD的留着效果，从而实现了在中性条件下较好的施胶增效作用。

2.3 熟化温度对施胶效果的影响

提高干燥温度可以加快AKD施胶的熟化速度，缩短熟化时间，提高纸张下机的施胶效果；然而纸机干燥部烘缸温度过高不仅影响成纸质量，也不利于生产企业节能降耗。本研究在中性抄造条件下，采用8 kg / t（绝干纸）的施胶剂用量抄制了系列纸张，并对抄造的纸张进行不同温度的熟化，熟化时间均为5 min，进而检测熟化后纸张的吸水性，探索熟化温度对两种施胶体系熟化速度的影响，结果如图3所示。

图3 干燥温度对AKD施胶熟化的影响

由图3可知，对于两种施胶-增效体系，熟化温度越高，最终施胶效果越好，即温度高越高熟化速度越快；在较低熟化温度条件下，含EPIDMA体系的熟化速度明显快于含PAC体系的，因此可以推测当采用较低干燥温度时，前者的纸张下机施胶效果要优于后者；当熟化温度提高后，两种体系的熟化效果越发接近，不过EPI-DMA体系的仍然优于含PAC的。施胶增效剂的增效表现形式之一即为提高熟化速度。EPI-DMA提高施胶熟化速度的作用原理为，纸页在加热干燥时，EPIDMA分子中胺基受其他基团的影响呈现较强的亲核性，去进攻AKD的内酯环，促使其打开并固着分子链上，形成较快的施胶作用，从而提高施胶的熟化速度[10-11]。PAC的复杂聚铝基团在熟化过程中可能仅表现出微弱的亲核攻击性，或根本不发生类似作用，因此熟化速度较EPI-DMA体系相对较慢。

3 结束语

（1）EPI-DMA会轻微地增大AKD乳液体系的粒径，PAC则对AKD乳液有促进稳定的作用。

（2）EPI-DMA与PAC对AKD的施胶效果均有促进，在添加CPAM的体系中，两者对AKD施胶剂的留着效果相同。

（3）当熟化温度较低时，AKD / EPI-DMA体系的熟化速度明显快于AKD / PAC体系，提高熟化温度，两者的熟化速度的差距逐渐缩小，但是前者的熟化速度始终快于后者。

[1] 李健婷,付庚昌． AKD的中性施胶[J]．造纸化学品,2007, 19 (1) :29-37．

[2] HUBBE M A．Paper's resistance to wetting-a review of internal sizing chemicals and their effects[J]．BioResources,2007, 2 (1):106-145．

[3] LINDSTROM T, LARSSON P T．Alkyl ketene dimer (AKD) sizing-a review, Nordic Pulp and Paper Research Journal[J]．2008, 23 (2):202．

[4] 刘温霞．烷基烯酮二聚体的施胶理论[J]． 造纸化学品,1994 (1):8-11．

[5] 肖建芳． AKD施胶增效作用及机理研究[J]．江南大学,无锡, 2010．

[6] 刘凯, 胡惠仁． PAE对草浆AKD施胶的增效作用[J]．纸和造纸,2008, 27 (3): 62-64．

[7] 许昊翔, 戴红旗, 袁广翔, 等． 聚二甲基二烯丙基氯化铵用于控制纸浆中的胶体和溶解性物质[J]．纸和造纸,2007, 26 (4): 57-60．

[8] 徐苗, 唐中友, 管秀琼, 等． 铝盐对AKD中性施胶的影响[J]．纸和造纸,2011, 30 (5): 40-42．

[9] ZULE J．DOLENC J．Determination of AKD sizing agents in papermaking systems by gas chromatography[J]．Acta Chimica Slovenica,2003, 50 (1): 115-122．

[10] 刘温霞, 邱化玉． 造纸湿部化学[M]．北京:化学工业出版社, 2006．

[11] 周景辉, 马兴东． AKD施胶增效剂[J]．中华纸业,2005, 26 (8): 58-60．

刘华 女 1980年生 研发工程师 主要从事造纸化学品开发与应用服务。

联系地址及方式:

上海市闵行区联航路1188号，浦江智谷10#楼4楼G单元，邮编：201112

凯米拉（上海）管理有限公司，

刘华 18817536893 / 021-54320500-211; E-mail : Hua．Liu@Kemira．com

英国瓦楞纸包装靠创新打天下

英国纸业联合会日前发表声明说，创新正在改变瓦楞纸包装的形象，并为很多食品和饮料行业的知名品牌提供了十分抢眼的包装解决方案。

英国的瓦楞纸包装以可持续、质量轻和可再生等特点闻名世界，而创新技术又为广大用户带来了更多新型、高效的瓦楞纸包装解决方案。英国第一食品公司就是这些新型包装的最大受益者之—。自从为其食品选择了新型瓦楞纸包装后，该公司不但节约了大量的二次包装成本，而且还显著提高了生产效率和包装能力。

创新技术在饮料行业的应用也非常成功。美乐酷尔斯啤酒公司推出了—种用瓦楞纸板做成且装有防水内衬的创新包装，它能使看似普通的瓦楞纸包装在加入冰块或水后成为一个冷藏箱。

英国瓦楞纸包装公司在包装箱的设计上投入了大量的人力、物力和财力，旨在节约产品的储存空间和在整个供应链中的成本。轻质纸张的使用能够将产品包装的重量减轻7%，而强度却丝毫不会受到影响。此外，英国的瓦楞纸包装行业也正在努力减少自己的碳足迹，并在2005年到2011年期间成功地将整个行业的碳足迹减少了16%。

展望零售包装的未来，瓦楞纸平滑、可印刷的表面可以用来开发智能手机APP和QR码等数字平台，以满足消费者想快速获取产品和饮食信息的需求。

正是由于有了大规模的行业投资和创新思维，瓦楞纸包装才能从—个简单的棕色包装箱转变成为一种印有漂亮图案的、便于存放和展示的环保包装。尽管未来的路还很长，面临的挑战也很多，但英国的瓦楞纸包装业已经凭借着技术创新走出了—条属于自己的康庄大道。(译自《纸张时代》)

Synergism Effect Study of EPI-DMA and PAC on AKD Size

LIU Hua，WANG Song
Kemira (Asia) Co., Ltd，Shanghai, China

There is curing speed issue available when AKD size is used. But, the performance will be improved after promoter addition. The synergism of EPI-DMA and PAC on AKD size was investigated in this paper. The result showed that there was weak flocculation available in EPI-DMA based AKD emulsion, however, PAC refined particle size distribution. They showed the almost same promoted effect, when the same dosage of both size system was added and well cured. At low curing temperature, EPI-DMA was better than PAC on curing speed. And the similar curing speed was shown at high curing temperature.

alkyl ketene dimmer（AKD）; epichlorohydrin- dim ethylamine(EPI-DMA); poly aluminum chloride（PAC）; promote