一种阳离子定着剂在水松原纸中的应用

潘立国，侯 丽，马 强

（牡丹江恒丰纸业股份有限公司，黑龙江 牡丹江 157013）

阳离子定着剂是一种低相对分子质量、高阳电荷密度的聚合物，作为一种湿部添加剂，阳离子定着剂在造纸过程中能起到良好的滤水、留着、成型以及改善运行性能的功效，可以提高系统的稳定性，有效地吸附系统内产生的阴离子垃圾。系统内的阳离子定着剂主要有2个作用：一是大部分定着剂与纤维的羟基有效结合，使纤维排布更紧密、均匀，同时对细小纤维和填料起到包覆作用，从而对纸页的成型起到积极作用，提高细小纤维及填料的留着率；二是部分未能与纤维和填料发生作用的定着剂会随着系统内白水流入至白水系统，在此过程中，定着剂会持续吸附白水系统内的阴离子垃圾，降低白水的浓度，进而降低由于白水回用出现的纸面洞眼等纸病的概率。

本文通过研究了一种阳离子定着剂（主要成分是环氧氯丙烷）在水松原纸中的应用，采用该阳离子定着剂替代传统的阳离子淀粉，与聚丙烯酰胺型助留剂形成新的双元助留组合，验证其在造纸湿部中的助留助滤效果和对成纸指标的影响。

1 方案设计

本实验采用实验室小试及机台中试2个过程验证阳离子定着剂在水松原纸中的应用。首先对阳离子定着剂进行最优加入量的优选实验，根据生产水松原纸的经验，吨纸加入量分别为8、10、12和14 kg，依次标记为A样、B样、C样和D样。为了确保实验的准确性，实验用所有原辅料均取自水松原纸生产车间，填料正常加添，采用聚丙烯酰胺型助留剂与阳离子定着剂组成双元助留系统，在实验室进行抄纸实验，对比物理指标及纸面状态，优选出阳离子定着剂的最优加入量；然后在相同条件下与传统的阳离子淀粉进行对比分析，比较2种添加剂的优缺点，最后根据实验室小试结果，在机台进行中试，验证实验室小试的准确性和可行性。

本实验的检测项目均按行业相关标准测定。

2 实验室小试

2.1 阳离子定着剂加入量的优选实验

在实验室进行抄纸实验，成纸定量按照35 g/m2设计，灰分为质量分数15%，阳离子定着剂吨纸加入量分别为 8、10、12和14 kg，依次标记为A样、B样、C样和D样，每组样抄10张，检测同一物理指标时要采用定量相同的纸样，抄纸实验在相同条件下进行，保证实验人员、实验环境、检测人员及检测环境均相同，实验检测数据见表1。

由表1可知，阳离子定着剂吨纸加入量为12 kg时，抗张强度指标和纸面状态最优，所以下步实验中阳离子定着剂吨纸加入量为12 kg。

2.2 阳离子淀粉与阳离子定着剂对比实验

根据上一步的实验结果，采用阳离子淀粉和聚丙烯酰胺组成双元助留系统，完成抄纸实验，记为1号样，阳离子淀粉加入量为生产水松原纸时常规使用的吨纸13 kg；采用阳离子定着剂和聚丙烯酰胺组成双元助留系统，完成抄纸实验，记为2号样。对比这2种添加剂对成纸指标及纸面状态的影响，实验过程同上，检测数据见表2。

2.3 实验小结

由表2可知，2号样的抗张强度、挺度和表面强度指标均略优于1号样，纸面状态1号样和2号样相近，初步说明阳离子定着剂比阳离子淀粉效果略好。

表1 抄纸检测数据

表2 抄纸检测数据

3 机台中试

基于实验室小试结果，采用阳离子定着剂替代阳离子淀粉，在成纸指标方面有一定优势。为验证实验室小试的准确性以及实际生产运行中的可行性，接着在机台进行中试。

3.1 机台中试方案设计

成纸定量设计为35 g/m2，在相同条件下，首先采用阳离子淀粉进行生产，运行稳定后，取样进行检测分析，记为M样；然后更换阳离子定着剂进行生产，运行稳定后取样进行分析，记为N样。聚丙烯酰胺助留剂正常添加，分别与上述2种助剂组成双元助留系统。运行过程中时刻观察纸面状态，是否出现洞眼等纸病，2 h后取样进行检测分析。为保证实验的准确性，实验过程中全部使用清水，除网部、干燥部等参数必须按照实际情况调整外，其他各部参数均保持不变。

表3和图1分别显示了混合浆纤维分析数据和混合浆纤维的各种长度及其占比。

表3 混合浆纤维检测数据

图1 混合浆纤维的各种长度及其占比

3.2 中试过程

实验过程中发现，加入阳离子定着剂后，脱水明显变慢，水线位置向后移动20 cm左右，为稳定水线位置，刮水板角度重新优化，加大了脱水强度；同时观察纸面状态和纸病在线系统跟踪，未发现因加入阳离子定着剂而出现的洞眼等纸病，纸面状态良好，在每组实验完成后取上网浆、白水及横幅纸样检测系统的稳定性及填料留存率，检测数据见表4和表 5。

3.3 机台中试小结

（1）由表4分析可知，阳离子定着剂与聚丙烯酰胺组成的双元助留系统更加稳定，填料留存率和单程留着率均优于阳离子淀粉与聚丙烯酰胺组成的双元助留系统。

表4 湿部检测数据

表5 抄页成纸检测数据

（2）由表5分析可知，阳离子定着剂与聚丙烯酰胺组成的双元助留系统对成纸指标的作用优于阳离子淀粉与聚丙烯酰胺组成的双元助留系统，抗张强度、挺度、表面强度指标方面前者均优于后者。

4 印刷实验

水松原纸是用于印刷水松纸的原料，所以需要进一步验证阳离子定着剂的加入对水松原纸印刷效果的影响。水松原纸的印刷属于凹版印刷，印刷质量与原纸、印刷设备、印刷机参数、版辊、油墨和印刷环境等因素密切相关，所以要保证除原纸外的所有变量均相同。分别取M样和N样纸辊各1个，用印刷机进行印刷实验，为保证印刷效果更贴近水松纸厂的生产情况，采用2道印刷的方式，实验过程中使用同种油墨，保证油墨黏度相同。

（1）印刷效果的对比方式：取10张平行样，在横向的不同位置将纸样切成A4大小，但要保证同组对比样的横向位置相同。

图2 印刷评价结果

（2）印刷效果的评价方式由色泽均匀性、色泽饱满度和印刷溜平度组成，优于X样，评为5分；在X样和Y样之间，评为4分；在Y样和Z样之间，评为3分；较Z样差，评为2分；印刷效果评价分数取色泽均匀性、色泽饱满度和印刷溜平度的平均值。X样、Y样、Z样及印刷评价结果如图2所示。

5 结论

（1）在水松原纸生产过程中，环氧氯丙烷型阳离子定着剂对系统的助留助滤效果和对成纸指标的改善效果较好，可以与聚丙烯酰胺型助留剂组成较好的双元助留系统。

（2）在同等条件下，使用阳离子定着剂的水松原纸印刷效果与使用阳离子淀粉的水松原纸相近，说明阳离子定着剂对水松原纸印刷效果无负面影响。

（3）阳离子定着剂属于新型造纸助剂，本文验证其在水松原纸中的应用效果较好，各生产企业可根据自身实际情况进行试用。