包装纸机烘缸部胶粘物的测定及分析

马玉平,王恒印（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江苏　苏州　215000）

包装纸机烘缸部胶粘物的测定及分析

马玉平,王恒印
（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江苏苏州215000）

摘要：随着二次纤维用量的增加及原料质量的下降，在其生产过程中出现了比较严重的胶粘物障碍问题，特别是在纸机烘缸部经常出现粘缸问题，严重影响了纸机的连续生产。本研究以二次纤维生产包装纸烘缸部胶粘物为研究对象，采用有机溶剂抽提法对其进行分离，并结合仪器分析的方法对分离物进行定量测定与定性分析，以明确其主要成分，为全面了解包装纸生产当中的胶粘物障碍问题及针对性的控制研究提供实验依据。实验结果与分析表明：胶粘性沉积物中含有大量的有机物及少量的无机物，分别占沉积物总重量的94%和6%左右；总溶剂抽出物含量约为45.7%左右，不可抽提物含量约为54.3%左右；有机物主要来自于植物纤维、聚醋酸酯类胶粘剂、聚乙烯醇类物质和苯环结构类物质等，无机物主要以来自于无机填料、施胶沉淀剂和涂料乳液中的颜料等物质中的钙、镁、硅、铝为主。

关键词：二次纤维；胶粘物；定量测定；定性分析

0　引言

近年来，随着包装造纸过程中废纸用量的增加，胶粘物的障碍问题也就变得越来越严重，如何有效地检测并控制胶粘物问题也越来越受到人们的广泛重视。本研究就以回收纤维生产包装纸烘缸部胶粘物为研究对象，采用有机溶剂抽提结合仪器分析的方法对其进行分离与分析，旨在明确其主要成分及其含量，为找到合理有效地控制手段提供理论依据。

1　胶粘物的测定及分析方法

1.1检测方法

INGEDE法、RMD湿试样法(测定OCC中的胶粘物)、FTIR(傅立叶变换红外光谱去摆动法)、USPS方法。

1.2定量测定法

抽提法、密度法、手抄片检测法、筛选法、重量分析法、在线光学法、温度自记分析法。

1.3定性分析法

定性分析法是通过一定的分析手段来了解胶粘物的组成及比例等，从而进一步防止胶粘物障碍的发生，一般有PTS、PAPRICAN、UboAkademi等方法。定性分析步骤(见图1）：

2　实验部分

2.1实验材料

胶粘物样品主要采自大连金阳纸业公司纸机烘缸部分，外观呈黑色，为块状固体。

2.2实验仪器与试剂

实验仪器：恒温水浴锅：HH-S2s、索氏抽提器：250ml、马福炉：KSY6D16A、电子天平：FA2004Mα*200g、红外光谱仪、X－ray衍射仪。

实验试剂：无水乙醇、正己烷、二氯甲烷、丙酮、盐酸均为分析纯。

2.3实验方法与步骤

（1）精确称取样品，使用定量滤纸包好，置于索氏抽提器中，恒温水浴加热（98℃）无水乙醇抽提8小时，抽提物烘干称重。

（2）抽提物用正已烷在40℃溶解30min。移出溶解部分，不溶物烘干称重，不溶物和溶解物分别作红外分析，不溶物采用KBr压片法溶解物采用涂膜法。

（3）乙醇抽提残余物，重新置于索氏抽提器中，恒温水浴加热（65℃）二氯甲烷抽提8小时，抽提物烘干称重，KBr压片作红外分析，抽提残渣KBr压片作红外分析。

（4）精确称取样品，置于事先衡重坩锅中，在200-900℃范围内，100℃升温间距灼烧2h分别称重，600℃灼烧残余物作红外和X－ray射线衍射分析。

（5）为了对照组分红外分析结果，分别对商品胶粘剂：VAE乳液、EVA热熔胶，PVA、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯类压敏胶进行了红外光谱分析。EVA和PVA使用KBr压片分析，其余采用涂膜分析。

3　实验结果及讨论

3.1沉积物各组分含量

本实验对烘缸部的沉积物进行了较详细的分析。研究表明大部分的木材树脂，碳氢油和塑料类聚合物可以很好的溶解到热乙醇中，此外，在胶粘剂、油墨、和涂布粘合剂中使用的合成聚合物中，PVA和丙烯酸酯是能够溶解在无水乙醇中的少数物质。因而，首先通过用乙醇抽提PVA和丙烯酸酯。为了从乙醇溶解物中分离出木材树脂和其它碳氢化合物，将乙醇抽提物溶解到正己烷中，因为聚合物难以溶解在正己烷中。正己烷溶解物中含有木材树脂和其他碳氢油类物质。

烘缸部沉积物溶剂抽提结果

乙醇抽提后，二氯甲烷选择为下一步的溶剂，因为在沉积物中大部分存在的合成聚合物溶于此溶剂。对于这些物质，二氯甲烷抽提后使用其他溶剂进行抽提的量非常低（小于0.5%）说明大部分的合成聚合物能够被二氯甲烷抽提出来。由表1中数据可知，沉积物中可抽提物与不可抽提物含量比例差别较大，可抽提物占沉积物总重的33%左右，而且可抽提组分的大部分均在乙醇抽提物中，约占55%左右。

3.2乙醇抽提物物红外光谱分析

3.2.1正己烷溶解部分

由上表可知，正己烷溶解部分在样品乙醇抽提物中所占比例约60%左右。对此样品的正己烷溶解部分进行红外光谱分析得出：这部分主要含有脂肪酸，树脂酸及其衍生物，同时还含有碳氢油类物质。此外谱图中还有羧酸酯键的特征吸收，典型结构中明确给出了醋酸酯和醋酸乙烯结构。针对其EVA红外光谱图，由谱图吸收位置结合解析结果发现二者红外光谱匹配度较高，这说明正己烷溶解组分中，除了含有较多的天然木材脂肪酸、树脂酸及其它碳氢油类物质外，还含有主要成分为醋酸乙烯的EVA热溶胶或者VAE乳液等胶粘剂。

3.2.2正己烷不溶物

由上表可知，正己烷不溶物在沉积样品中所占比例约为10%左右。经沉积样品正己烷不溶物的红外光谱图分析可知正己烷不溶物的主要成分是聚乙烯醇，谱图库检索匹配度很高，主要是通过羟基特征吸收（3447cm-1）判别为醇类物质。推测该部分物质主要成分为聚乙烯醇。

3.3二氯甲烷抽提物红外光谱分析

由上表知，二氯甲烷抽提物组分在沉积物中所占比例较高为15%左右。该组分的红外光谱分析可知，二氯甲烷抽提组分中主要是具有苯环取代的羧酸酯类物质，这部分物质可能来自为了提高胶粘剂如VAE等粘度，而加入的增粘剂如邻苯二甲酸酯类、苯丙乳液等。此外还可能来自涂布废纸中苯丙乳液、醋苯乳液等为基料的涂料物质。

3.4抽提物残余物的分析

3.4.1红外光谱分析

胶粘物样品经过乙醇和二氯甲烷抽提后，不可抽提物所占比例很高，高达54%左右。该组分的红外光谱分析分析可知，该部分有机物质中含有大量的羟基、胺基和苯环。为了明确胶粘物中无机物和热分解物质的成分与含量，对胶粘物样品在不同温度下进行了高温灰化处理，经600℃下灰化2小时后沉积样品的红外光谱图且经谱图解析软件解析结果可知在3550—3145cm-1、1665—1595 cm-1、1200—600cm-1处的吸收为含水金属盐或者氧化物的特征吸收（H-O-H），典型结构为MxOy•nH2O如CaSO4•1/2H2O。

3.4.2X—ray衍射分析

为了进一步明确沉积物中无机物成分，将样品600℃灰化后的残余物质进行了X－ray衍射分析结果发现：灰化后的残余物约占总沉积物的6%左右。由于样品成分非常复杂，而且实际生产中可能涉及到的无机物质主要是Ca、Mg、Si和Al等金属化合物，因此输入以上4种物质与谱图库进行检索匹配。样品匹配度大于50%的结果有Ca3Mg(SiO4)2，沉积样品中可能含有的几种无机物组分含量较低，这些物质可能来自造纸过程中添加的无机填料、施胶沉淀剂以及涂料乳液中的颜料等。

4　总结

二次纤维生产包装纸和纸板纸机烘缸部胶粘物沉积物中，总溶剂抽体物含量约占45%左右。不可抽提物组分含量约占54.30%左右，沉积物样品中总无机物含量约占6%左右，主要来自于造纸过程中添加的无机填料施胶沉淀剂以及涂料乳液中的颜料，尽管这些物质本身不可能引起沉积，但他们能够附着在沉积物的其它成分上，如碳氢油，木材树脂和合成胶粘物而发生沉积。沉积物中，乙醇抽体物约占总样品的30.10%左右。其中正己烷溶解部分约占18.63%，这部分物质主要来自木材天然树脂或者油墨残余物及热融或者乳液型聚醋酸酯类胶粘剂。正己烷不溶解部分约占11.47%左右，这部分物质主要来自于不同醇解度的聚乙烯醇类物质。二氯甲烷抽体物占总样品的15%左右，这部分物质主要来自胶粘剂增粘剂邻苯二甲酸酯类、苯丙乳液等，此外还可能来自涂布废纸中苯丙乳液、醋苯乳液等为基料的涂料物质。不可抽体物中有机物占总沉积物重的48.15%左右，主要来自植物纤维、聚胺酯类胶粘剂和残余具有苯环结构物质。

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