具有高剪切乳化系统的ASA施胶新技术

烯基琥珀酸酐（ASA）用于浆内施胶时，常存在乳液稳定性差、容易水解等问题，这在很大程度上限制了ASA的广泛应用。凯米拉从乳化剂的选择、高剪切乳化系统的采用以及水解产物的控制等方面改进了ASA施胶液的制备技术，开发出施胶效果良好、副产品极少，并深受施胶剂客户欢迎的ASA Fennosize AS系列产品。

1 前言

和造纸工业中的大多数生产工艺一样，作为施胶剂的烯基琥珀酸酐（ASA）的性能不仅依赖于产品的化学性能，而且和添加剂的选择及乳化方法密切相关。为了满足造纸过程中对施胶性能的要求，凯米拉设计、生产了ASA Fennosize AS系列产品，研发出了残留烯烃和低聚物等副产品极少的ASA乳液的制备方法，并取得了专利。为了充分发挥ASA施胶剂的效果，凯米拉不仅采用了具有高剪切力的乳化系统，而且还完成了对造纸中使用的ASA性能的重要影响因素的独自评价。凯米拉利用全球销售、35年来积累的经验和研发专业知识，对客户提供了最佳的ASA Fennosize AS系列产品的施胶配方。

本文将详细阐述有关ASA Fennosize AS系列产品的化学性能和使用方法的知识，以及提供的技术服务。

2 化学性质

ASA由烯烃和无水马来酸反应后生成，见图1。

图1 烯基琥珀酸酐的合成

造纸用ASA的化学性质的最大特点是无水琥珀酸基的反应性非常强。无水琥珀酸的反应功能来自其环状结构。环在中性或碱性条件下打开，与存在于造纸机湿部的纤维、淀粉、水，以及其他化学物质所拥有的—OH基反应。ASA分子的疏水基成分烯基，赋予了纸张施胶性能。传统造纸用ASA都带具有疏水性末端的C16～C22的烯烃链。在乳化有效的ASA施胶剂时，存在着“最佳点”。烯烃相对分子质量越低乳化越容易，因为产品浓度较低，容易流送。相反，相对分子质量越高，纸机湿部和干燥部生成的ASA沉积物越少。

由于无水琥珀酸基的反应性非常强，与其他浆内施胶剂相比，ASA具有以下显著优点:

（1）即使烘缸温度不是特别高，ASA在纸机上也能迅速硬化；

（2）并非所有ASA都反应，ASA有在表面施胶前出现硬化的趋势；因此，施胶剂液体有效地流在纸张表面，容易发挥施胶效果。这与较迟产生施胶效果的AKD相比是一大优点。

兼有这些特性的ASA即使与传统施胶剂相比，也是效果极好，从全球用量大幅度且稳定增加，可知ASA的有效性。

ASA化学性质的另一个特点是容易与水反应。ASA与水反应，生成带疏水基（脂肪酸末端）和亲水基（羧酸）2个末端的长链脂肪酸，见图2。

图2 ASA施胶剂的反应机理

这一结构体显示出与大多数表面活性剂相似的性质。如果原液中含有这种结构的ASA，说明其具有去施胶剂的作用，并且与造纸白水系统中所含的Al3+、Ca2+和Mg2+形成盐。由此生成的黏性沉积物在金属表面和毛毯及刮刀等纸机剪切点上形成大量沉积物。因铝盐的黏性很小，被用作获得较难沉积的水解物的“捕捉剂”。

据报道，在特定的应用中使用ASA时，在某组烘缸罩和内壁上发现了大量ASA沉积物。其黏性随着烯基相对分子质量的增大而下降。ASA的水蒸气蒸馏产生的温度与相对分子质量有关，如分子结构相同，相对分子质量越大，水蒸气蒸馏温度越高。

设计ASA施胶剂时，还应考虑以下因素。

（1）在存在过剩烯烃（含1个双键的碳直链）条件下的反应中，生成聚合物。如果无水马来酸不足，烯烃发生自身反应，首先，生成二聚物（2个烯烃基），接着生成低聚物（3～6个烯烃基），最终生成聚合物（7个以上烯烃基）。自然，烯烃基的相对分子质量越高，生成的反应混合物黏度也越高。

（2）作为反应副产物的残留烯烃，是未反应的原料，是在为防止二聚体的形成、控制反应条件的情况下产生的。这些残留物不具有反应性，而成为系统内的垃圾。

（3）ASA产品的黏度，取决于上述的因素组合，不同的烯烃混合比例和聚合物含有率组合决定了产品具有的特定黏度。黏度对ASA的乳化性极为重要，需要十分注意。

ASA易与水反应，因此厂家买来的产品为100%的固体，使用时再进行现场乳化，要求高效的设备运转和保养。因有可以100%固含量的状态出货这一优点，能控制运输费用。并且，如能保证产品合适的保存状态，使用期限可以变得非常长。

3 Fennosize

3.1 Fennosize系列

凯米拉是向造纸行业提供ASA产品的全球最大生产厂商。凯米拉充分认识到，必须研发在ASA处理、使用时不出或少出问题的ASA产品。

目前，凯米拉已开发出的并已取得专利的ASA Fennosize系列产品的制备方法具有以下特点:（1）除了施胶效果很好外，作用特性良好；（2）副产品（残留烯烃、低聚物）的含量极少。

3.2 有关ASA Fennosize AS系列产品的知识

原则上来说，作为稳定的ASA乳液制备方法有以下2种。

（1）施加强机械剪切力，用浆内添加淀粉作为乳化剂。该制备方法具有以下优点:在系统中不添加施胶剂以外的可能妨碍施胶的化学物质；可以降低施胶剂用量；使用高剪切力的乳化方法。

（2）使用表面活性物质作为乳化剂。该制备方法具有以下优点:可以使用简单的乳化装置；在不使用浆内添加用淀粉的纸厂也可使用ASA施胶剂。

ASA Fennosize AS系列产品的特点是，对可以用ASA进行施胶的文化用纸和纸板来说是最佳的技术。

（1）在能够制备良好的ASA乳液的情况下，可以利用所有分子取得良好的施胶性能。烘缸罩内的沉积取决于烯烃的混合比例。

（2）与用表面活性剂作为乳化剂的情况进行比较，制备高剪切乳液时不需要二次淀粉添加。ASA与淀粉的比例较低，因淀粉种类而异，通常为1∶1～1∶2。

3.3 ASA Fennosize AS系列产品所需要的乳化设备

使用不含表面活性剂的ASA施胶剂（Fennosize AS系列）的前提条件是，设计出能提供适合于高效施胶品质的乳液乳化装置。经过多年的设计改良，凯米拉开发出了图3所示的Kemitron乳化装置。该装置在已获得专利的乳化头中具有足够的剪切力，能高效率地将Fennosize AS系列产品制备成效果良好的施胶乳液。

图3 Kemitron乳化装置

3.4 ASA Fennosize AS系列产品与淀粉

凯米拉开发的高剪切乳化技术与Fennosize AS系列的化学性质相结合，获得了稳定性极好的淀粉-ASA乳液。不仅降低了淀粉-聚合物与ASA的比例，还大幅度削减了淀粉的成本。使用时一边监视淀粉-聚合物比例曲线，一边确定在纸厂使用的淀粉-聚合物成本最佳点，由此，找到最佳施胶性能和乳液稳定性时的理想比例。

4 ASA水解物的控制

ASA与水的反应速度极快，因此，不可避免地在短时间内发生某种程度的水解。因此，为了在特定纸机上使用ASA并取得长期的成功，控制水解物和留着的策略非常重要。根据凯米拉的经验，为了在使用ASA时不产生沉积物，以下2点是不可或缺的重要事项。

（1）为保持纸机的高度清洁，高留着率是绝对不可少的。用Kemitron装置获得的Fennosize AS系列施胶液的乳化稳定性极高，而与施胶性能有关的主要决定因素之一是留着率。

（2）Ca2+和Mg2+与ASA水解物反应产生黏性沉淀，而Al3+比其他阳离子形成的脂肪酸盐的黏性较低、较脆，生成黏性较低的沉淀物。凯米拉实施了使用十二水合硫酸铝钾（明矾）或APC来确保生成的水解物大部分是铝盐的战略。凯米拉运用这一战略，即使在硬水条件下使用ASA也获得了很好的成绩。

为了获得良好的操作性和应用效果，必须充分了解影响水解物形成的主要因素和预防或控制沉积物的主要措施。

5 凯米拉的实绩

（1）ASA的全球市场占有率超过45%，为世界第1。

（2）亚太市场的ASA市场占有率超过45%，居第1位。

（3）凯米拉的ASA用户包括120多家工厂或180多台纸机。

（4）拥有35年以上的经验。

（5）每年2 500万t以上的纸和纸板使用ASA。

（6）拥有ASA在各种纸张品种中的应用要诀。

（7）拥有独自的ASA生产及研发专门技术。

（8）拥有独自的生产工厂。

（9）能独立设计ASA装置。

（10）拥有优良的研究开发背景。

6 凯米拉的优势

（1）凯米拉承诺可以对产品性能的各个方面应用ASA施胶技术。

（2）在亚太地区和欧洲拥有最先进的制造工厂。

（3）提供可充分运用ASA化学性质所必需的最精良的装置。

（4）研究、掌握造纸过程中影响ASA性能的因素，并具备解决这些问题的对策。

（5）熟练的工作人员能得到有关施胶专家的支持。

7 结束语

将Fennosize AS系列应用引向成功的重要因素，是凯米拉从事这项工作的工作人员的能力。凯米拉从事销售、应用和技术服务的经验丰富的职员和研究人员能为造纸企业量身定做。凯米拉能为从现场工作人员到高级应用专家，甚至全球的施胶专家提供Fennosize解决方案。凯米拉把为造纸行业的进一步发展作贡献当做自身的荣幸。