一种新型阳离子AKD乳液的制备及其应用的研究

王　凇　刘　华　肖　兰

［凯米拉（上海）管理有限公司，　上海　201100］

一种新型阳离子AKD乳液的制备及其应用的研究

王凇刘华肖兰

［凯米拉（上海）管理有限公司，上海201100］

采用阳离子聚合物聚环氧氯丙烷-二甲胺（EPI-DMA）作为乳化剂、木质素磺酸钠作为分散剂对烷基烯酮二聚体（AKD）进行乳化制备一种新型阳离子AKD乳液。对该新型AKD乳液进行应用研究，包括前期水相制备方法对乳液稳定性的影响、分散剂添加量对乳液性质的影响以及与市售淀粉类AKD乳液进行施胶效果和熟化速度的对比。结果表明：水相制备过程中，应采用木质素磺酸钠作为起始聚电解质，将EPI-DMA加入其中形成多分散性较小的复合物体系，有利于提高乳液稳定性；随着木质素磺酸钠的添加量增加，乳液电荷密度、粒径和稳定性均有改变。试验中最佳添加量为0.30%；与市售淀粉类AKD乳液进行对比，该新型AKD乳液具有更好的施胶效果和更快的熟化速度。

烷基烯酮二聚体聚环氧氯丙烷-二甲胺木质素磺酸钠聚电解质复合物施胶效果熟化速度

0　前 言

施胶的目的是使纸或纸板具有抗拒液体扩散和渗透的能力，以适于书写和防潮抗湿。由于松香胶需要硫酸铝作为沉淀剂，且为酸性施胶，酸性条件下易发生纤维素的水解，造成纸张强度下降及设备的腐蚀，所以AKD 中性施胶越来越引起重视［1］。

AKD为蜡状固体，本身不具有电荷，因此无法在纤维上留着，需要使用阳离子乳化剂使其带有正电荷，吸附在纤维上与其发生反应，产生施胶作用。早期，一般采用阳离子淀粉作为乳化剂。由于淀粉电荷量较低，在纤维上的留着率低，且易发生霉变［2］，对乳液的稳定性及后期施胶效果会产生影响，因此人们越来越多地采用阳离子聚合物作为AKD乳化剂。近几年来，采用聚胺作为AKD乳化剂成为一种新的方向。聚合物乳化类AKD乳液相比淀粉类AKD乳液，在纤维上的保留率以及纤维的反应率都有了明显提高［3］。

为增加AKD乳液的稳定性，需提高分散相液滴之间界面膜的机械强度。木质素磺酸盐是同时含有C6～C3疏水骨架和磺酸以及其他亲水性基团的阴离子表面活性剂。它能吸附在粒子表面通过静电和空间位阻作用使溶液表面张力降低，但是对表面张力的抑制作用不大，主要用作分散剂［4］。在该新型AKD乳液制备过程中加入木质素磺酸钠，EPIDMA与木质素磺酸钠的正负离子混合体系由于静电作用，分子间作用力很大，所形成的界面膜也具有很大的强度［5］，在AKD乳液中利于提高乳液的稳定性。

本试验采用季铵盐类阳离子聚合物EPI-DMA作为乳化剂，木质素磺酸钠作为分散剂，对AKD蜡粉进行乳化，制备一种新型阳离子AKD乳液。它与阳离子淀粉乳化的AKD乳液相比，具有更好的施胶效果和更快的熟化速度。

1　试验部分

1.1试验原料

1840 AKD蜡粉、EPI-DMA（固含量50%）、硫酸铝、木质素磺酸钠分散剂（木素磺酸钠含量89.06%）均取自凯米拉化学品（兖州）有限公司；OCC纸浆，由某造纸厂提供。

1.2试验仪器与设备

电荷密度测定仪，Mutek PCD 03型，BTG公司； pH计，SG 2型，Mettler Toledo 公司；黏度计，LVDV-1型，Brookfied 公司；激光衍射粒度测定仪，Malvern 3000，马尔文仪器公司；高压均质机，上海东华高压均质机厂；疏解机，SE003， Lorentzen &Wettre公司； 高速超声预剪切机，T50，IKA公司.

1.3试验方法

1.3.1AKD 乳液的制备

（1）水相制备方法。取适量EPI- DMA及木质素磺酸钠分散剂（质量分数20%溶液）分散于95℃去离子水中制得水相。试验过程中采用两种加药顺序：

①先将EPI-DMA 加入95℃去离子水中充分溶解，再缓慢加入木质素磺酸钠分散剂溶液；

②先将适量木质素磺酸钠分散剂加入95℃去离子水中，再缓慢加入EPI-DMA。

（2）AKD乳液中间样的制备。将蜡粉加入制备好的水相中，机械搅拌至蜡粉完全熔化，高速预剪切2 min，经高压均质机均质至粒径小于3 μm，得到乳液中间样。

（3）AKD乳液的复配。取适量AKD 乳液中间样，缓慢加入适量硫酸铝溶液（质量分数50%），搅拌30 min得到最终样品。

1.3.2AKD乳液电荷密度和粒径的测定

本试验对木质素磺酸钠分散剂的添加量进行改变，添加量分别为0.07%， 0.11%， 0.2%和0.3%，并对不同木质素磺酸钠添加量下的乳液的电荷密度、粒径进行研究。

1.3.3AKD乳液稳定性的测定

分别取100 g乳液置于25℃及40℃烘箱中，放置两周后观察乳液是否出现黏度增加或分层现象。若出现上述现象，则乳液稳定性不合格；若未出现上述现象，则放置至四周，观察是否黏度增大或乳液分层，并通过粒径及黏度测试判定乳液稳定性是否合格。

1.3.4纸张抄造

AKD乳液通过稳定性后进行应用测试。取适量浆料加入疏解机进行疏解，稀释至1%备用。称取适量1%浆料（纸张定量100 g/cm2，依次加入AKD乳液，CPAM溶液，其间间隔15 s，搅拌15 s后加入抄片机进行抄片。

1.3.5施胶效果对比

纸页经过抄片器烘缸干燥后放入105℃烘箱中继续干燥15 min，使AKD达到施胶终点，并测试Cobb120对施胶效果进行评估。

1.3.6熟化速度对比

纸页经过抄片器干燥后，放入转鼓式烘缸干燥5 min，温度分别采用90℃， 100℃， 110℃，然后测试Cobb120进行熟化速度对比。

2　试验结果与讨论

2.1水相制备方法加药顺序对乳液稳定性的影响

通过方法①得到水相中形成粒度不均一且结构松散的沉淀，乳液最终产品放置24 h后，样品出现明显分层现象。通过方法②得到水相中形成均匀的沉淀小颗粒，乳液最终产品放置24 h后，样品无分层现象出现，可通过稳定性测试。

EPI-DMA和木质素磺酸钠混合时正负离子基团之间相互吸引配对，发生电中和反应形成聚电解质复合物沉淀，如图1所示。本试验中EPI-DMA为过量聚电解质，当其作为起始聚电解质时，加入的少量木质素磺酸钠易于与过量的EPI-DMA形成粒度较小的原生复合物。原生复合物通过过量聚电解质的桥联作用形成聚集体，使复合物粒度呈多分散性，不利于后续的乳化过程，对最终产品的稳定性产生影响。当EPI-DMA作为加入的聚电解质，形成的聚电解质复合物核心由原生复合物粒子聚集而成，粒子表面吸附过量的EPI-DMA，形成粒子间的进一步聚集，形成均一的粒度和很小的分散指数，有利于提高乳液的稳定性［6］。

图1　不同混合条件下聚电解质复合物的形成过程示意图

2.2分散剂添加量对乳液性质的影响

通过表1可以看出，随着木质素磺酸钠添加量的增加，EPI-DMA的阳电荷发生中和，乳液的电荷密度逐渐降低，粒径逐渐减小，乳液体系逐渐趋于稳定。在本试验中木质素磺酸钠的最佳添加量为0.30%，该添加量下的乳液可通过稳定性测试。

表1　不同分散剂添加量下的AKD乳液的物理性质

2.3AKD乳液施胶效果对比

将该新型AKD乳液与市售淀粉类AKD乳液进行施胶效果对比。本文中施胶效果对比试验采用中性条件下进行纸张抄造。

通过图2可以看出，随着施胶剂添加量的增加，该新型AKD乳液的施胶效果要明显好于市售淀粉类AKD乳液。

图2　新型AKD乳液和市售淀粉类AKD乳液的施胶效果对比

2.4AKD熟化速度的对比研究

升高纸页干燥温度有利于AKD的熟化。纸页干燥温度越高，水分蒸发越快，AKD熔化与纤维反应就越好，纸页的抗水性越好。本试验采用相同AKD添加量，将EPI-DMA乳化AKD乳液与市售淀粉类乳液在不同温度下进行熟化速度对比。

通过图3可以得出，在三个温度条件下，该新型AKD乳液的熟化速度明显高于市售淀粉类AKD乳液。纸页在加热干燥时，EPI-DMA中胺基呈现较强的亲核性，进攻AKD的内酯环，促使其打开并固着在分子链上，形成较快的施胶作用，提高了AKD的熟化速度［7］。

图3　新型AKD乳液和市售淀粉类AKD乳液的熟化速度对比

3　结束语

（1）水相制备过程中，聚合电解质的加入顺序会对最终乳液的稳定性产生影响。本试验中，应将木质素磺酸钠作为起始聚电解质，将EPI-DMA加入其中形成粒度均一且多分散性指数较小的复合物体系，有利于最终乳液的稳定性。

（2）随着木质素磺酸钠的添加量的增加，AKD乳液的电荷密度逐渐降低，粒径逐渐减小，体系逐渐趋于稳定。本试验中木质素磺酸钠的最佳添加量为0.30%。

（3）将新型AKD乳液与市售淀粉类AKD乳液进行施胶效果及熟化速度的对比，新型AKD乳液具有更好的施胶效果和更快的熟化速度。

［1］尚小雷.高分子乳化剂的合成及其乳化机理的研究［D］.青岛： 青岛科技大学，2013：1-2.

［2］ 宋晓明，陈夫山，王松林，等.高电荷密度树脂型聚合物乳化AKD机理与工艺技术的研究［J］.中华纸业，2013，34（21）： 50-53.

［3］ 陈夫山，金新华，邢仁卫. 阳离子聚合物乳化AKD及其应用性能的研究［J］.中国造纸，2008，27（3）： 18-21.

［4］张延霖，张秋云.木素磺酸盐类分散剂的应用进展［J］.广东化工，2006，33（158）： 16-18.

［5］［6］刘温霞，邱化玉.造纸湿部化学［M］.北京： 化学工业出版社.2006.

［7］刘华，王凇. EPI-DMA与PAC在AKD施胶中的增效作用研究［J］.华东纸业，2014，45（5）：17-20.作者简介：

王凇（1991—） 女实验员，主要从事AKD分析方向。

刘华（1980— ） 女高级研发工程师，主要从事造纸化学品开发与应用服务。

联系地址：上海市闵行区联航路1188号浦江智谷10号楼4G 凯米拉（上海）管理有限公司

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Hua.liu@kemira.com

Preparation and research of a new cationic AKD emulsion

WANG Song， LIU Hua， XIAO Lan
［Kemira （Asia） Co.， Ltd， Shanghai， 201100］

In this research， AKD emulsion was prepared with cationic polymer emulsifier EPI-DMA and sodium lignosulphonatedispersion. Factors affecting such as water phase preparation method and dispersant dosage were discussed. Size performance and curing speed comparison between AKD emulsion emulsified by EPI-DMA and starch were also discussed in this paper. As shown in the result， sodiumlignosulphonateshouldbestartingpolyelectrol ytewhenpreparingwaterphase. Smallheterogeneitysystemisgoodforstabilityofemulsion； chargedensity， particlesizean dstabilityofAKDemulsionchangedwithincreasingdosageofsodiumlignosulphonateandthebestdosageinthisexperiment is0.3%； ThenewtypeofAKDemulsionhasbettersizingperformanceandfastercuringspeedincomparisonwithstarchemusi fiedAKDemulsionsaled.

AKD； EPI-DMA； sodiumlignosulphonate； polyelectrolyte complexes； sizing performance； curing speed