烯基琥珀酸酐施胶剂在造纸生产中的应用探讨

于娟娟，贾文玲，张勇峰，王来芝，许慧敏

（山东世纪阳光纸业集团有限公司 技术中心，山东 潍坊 262400）

烯基琥珀酸酐（ASA）作为一种中碱性施胶剂，目前在造纸中得到了广泛的应用，其施胶作用的发挥主要是通过ASA中的羧酸酐与纤维素、半纤维素的羟基发生酯化反应形成酯键，使分子定向排列，碳氢链转向纸页外面而赋予纸页疏水性，因而施胶熟化时间短，纸张下机即可取得良好的施胶效果，但在与纤维相互作用的同时，其与水的作用，水解物为二羧酸，存在易水解、在纤维上留着率低等缺点，因此ASA乳化性能以及抄造过程中工艺参数的控制都需注意。

本文通过实验探讨了ASA应用过程中的乳化条件、加添顺序、填料用量和熟化时间等抄造工艺方面对施胶效果的影响。

1 实验

1.1 主要原料

漂白硫酸盐浆（BKP），配比为针叶木浆质量分数50%+阔叶木浆质量分数50%，打浆度38°SR；国内废旧瓦楞箱纸板（OCC）浆料；麦草机械浆；均为山东世纪阳光纸业集团有限公司（以下简称“公司”）自产。ASA，国内某企业生产；阳离子淀粉，取代度分别 0.02、0.035和 0.045，国内某企业生产；60级碳酸钙，公司自产；助留剂阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），国内某企业生产；硫氰酸铵，分析纯；三氯化铁，分析纯。

1.2 实验仪器

凯塞法纸页成型器，RK-2A型，法国PTA集团；电热恒温干燥箱，202-1型，上海锦屏仪器仪表有限公司通州分公司；旋片式真空泵，2XZ-05型，淄博钰马泵业有限公司；表面吸收重量测定仪，ZBK-100型，山东造纸工业技术开发公司；数显高速分散均质机，FJ200-SH型，上海标本模型厂。

1.3 实验方案

1.3.1 ASA与AKD施胶性能对比

取车间BKP成浆池浆料，按照目前生产实际的加入点进行实验室模拟实验：称取质量相当于纸页抄造定量80 g/m2的浆料搅拌60 s加入吨浆阳离子淀粉10 kg搅拌60 s浆料稀释至质量分数为0.5%的上网浓度搅拌60 s加入吨浆碳酸钙150 kg搅拌60 s加入吨浆分别为 1.0、1.3、1.6、1.9、2.2 和 2.5 kg 的 ASA搅拌60 s加入相对于绝干浆料0.3%的CPAM搅拌10 s使用凯塞法纸页成型器抄片，检测成纸抗水性以及加入吨浆为2.5 kg的ASA时不同熟化时间的施胶效果。

使用相同的BKP成浆池浆料，按照上述模拟试验步骤，加入吨浆分别为 5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0和38.0 kg的AKD替代ASA时的成纸抗水性以及加入吨浆为25 kg的AKD时不同熟化时间的施胶效果。

1.3.2 湿部填料及辅料加入顺序对施胶效果的影响

按照各辅料加入量不变，使用BKP浆料试验阳离子淀粉、碳酸钙、ASA和CPAM不同加入顺序对施胶性能影响。阳离子淀粉按照吨浆8 kg的用量在质量分数为4.0%的浓浆中加入，碳酸钙按照吨浆150 kg的用量在质量分数为0.5%的稀浆中加入。

1.3.3 乳化性能对施胶效果影响

实验室条件下，试验阳离子淀粉取代度、糊化后温度以及ASA与阳离子淀粉乳化比例、乳化pH对施胶效果的影响，将ASA与不同取代度的阳离子淀粉在高速分散匀质机中，控制乳化比例、温度、pH等参数进行乳化效果的对比，乳化pH通过柠檬酸调整。

1.3.4 浆料种类对施胶效果的影响

按照试验的最佳乳化条件，对比ASA应用于麦草机械浆与OCC浆时施胶效果。1.3.5 测试分析方法

（1）纸页的抄造成型及强度检测按照GB/T 24326—2009《纸浆 物理试验用实验室纸页的制备快速凯塞法》及GB/T 24323—2009《纸浆 实验室纸页物理性能的测试》。

（2）实验中涉及施胶度测试按照GB/T 1540—2002《纸和纸板吸水性的测定 可勃法》及GB/T 460—2008《纸 施胶度的测定》中方法B：液体渗透法。

2 结果与讨论

2.1 ASA与AKD施胶性能对比

图1表示了ASA、AKD施胶效果随着用量增加的作用趋势。

图1 Cobb法检测AKD/ASA施胶剂不同用量的施胶效果趋势

由图1可知，在成纸灰分15%的实验条件下，AKD吨浆用量10.0 kg与吨浆ASA用量1.5 kg的Cobb值接近，AKD用量增加初期即可得到较好的施胶效果，后续随着用量增加施胶效果缓慢提高，而ASA随用量增加施胶效果均匀增加，但ASA最终无法达到AKD的高施胶效果。

图2表示了三氯化铁-硫氰酸铵液体渗透法检测的抗水时间曲线。

图2 渗透法检测AKD/ASA施胶剂不同用量的施胶效果趋势

由图2可知，满足相同Cobb值的AKD、ASA用量时，使用ASA渗透时间明显少于AKD，即原纸使用ASA实现的施胶效果会存在透点问题。

图3显示了分别加入吨浆为2.5 kg的ASA和加入吨浆为25.0 kg的AKD时不同熟化时间纸页的施胶效果。

图3 不同熟化时间纸页的施胶效果

由图3可见，使用AKD施胶的纸页抄造完成后施胶性能随着时间的增加逐渐提高，而ASA抄造完成后即可达到较好的施胶效果。

因此使用ASA抄造时通过低的用量即可实现较好的施胶效果，但相比AKD其不适宜在重施胶纸页中使用。

2.2 湿部填料及辅料加入顺序对施胶效果的影响

表1显示了湿部填料及辅料加入顺序对施胶效果的影响。

表1 湿部填料及辅料加入顺序对施胶效果的影响

由表1可见：湿部填料及助剂的加入顺序对纸页的施胶效果也有很大影响，其中3号实验，阳离子淀粉在浓浆中加入后，模拟纸机冲浆至上网浓度后加入ASA，ASA与浆料混合后加入碳酸钙、助留剂，其施胶效果最好，因阳离子淀粉的加入中和了浆料中阴离子垃圾，使ASA可以较好地被纤维吸附，进而提高了ASA的利用率；2号实验，一方面浆料在未经任何阳电性辅料处理的情况先加入ASA，部分ASA被浆料中细小组分以及阴离子垃圾等物质吸附，ASA的有效利用率被降低，另一方面ASA过早地加入，在系统中停留时间增加导致水解影响施胶效果；1号实验的ASA加入点虽然比较靠近上网位置，ASA水解速率降低，但因在碳酸钙之后加入，造成ASA被碳酸钙吸附，实际抄造过程中碳酸钙留着率仅为50%左右，导致ASA大量流失，使ASA的留着下降，因而施胶度明显降低。

图4显示了填料碳酸钙用量对施胶效果的影响。

图4 填料用量对施胶效果的影响

由图4可以看出，随着碳酸钙用量的增加，更多的ASA胶料吸附到碳酸钙填料上，碳酸钙填料的流失导致ASA留着的降低，从而降低了ASA的施胶效果。

2.3 ASA乳化性能对施胶效果影响

图5表示了ASA与阳离子淀粉不同乳化比例（质量比）时的施胶效果。

图5 ASA与阳离子淀粉不同乳化比例对施胶效果的影响

由图5可见：一定比例范围内阳离子淀粉比例越高，施胶效果越明显，达到一定的比例后继续增加阳离子淀粉比例，施胶效果变化不明显甚至有降低趋势；实验中使用0.045取代度的阳离子淀粉，且m（ASA）∶m（阳离子淀粉）=1∶4时施胶效果最优。实际生产过程中将乳化比例自m（ASA）∶m（阳离子淀粉）=1∶2调整为 m（ASA）∶m（阳离子淀粉）=1∶4后，成纸施胶效果明显提升，这与阳离子淀粉本身的电性、取代度性质决定。实验过程中，按照相同操作方法试验取代度0.035的阳离子淀粉，乳化比例m（ASA）∶m（阳离子淀粉）=1∶5时施胶效果优于乳化比例 m（ASA）∶m（阳离子淀粉）=1∶4，可见满足相同的施胶效果阳离子淀粉取代度越低乳化所需的阳离子淀粉比例越高，会造成乳化成本的上升。由图5还可知，阳离子淀粉比例越高有利于纸页强度的提高，在作为乳化剂使用的同时发挥了其增强作用，因此使用不同性质阳离子淀粉乳化ASA时，需进行最佳乳化比例的对比选择。

图6和图7分别表示了阳离子淀粉与ASA乳化过程中的温度以及pH对施胶效果的影响。

图6 乳化温度对施胶效果的影响

图7 乳化pH对施胶效果的影响

由图6和图7可见，乳化pH在4.0～5.0，乳化温度45℃以下时施胶效果最好，因ASA在碱性条件下有利于施胶效果的发挥，但同时会造成ASA的加速水解，且乳化温度越高同样会造成ASA的水解加速，因此乳化过程中加入柠檬酸或者聚合氯化铝（PAC）控制合理的pH以及乳化后进行热交换来控制乳化温度来实现更好的施胶效果。

表2显示了阳离子淀粉取代度对施胶效果的影响。

表2 阳离子淀粉取代度对施胶效果的影响

由表2可见，阳离子淀粉取代度越高施胶效果越明显，实际检测取代度越高的阳离子淀粉乳化后ASA粒径越小，越有利于ASA施胶效果的发挥。

2.4 浆料种类对施胶效果影响

表3 浆料种类对施胶效果影响

通过日常实验发现：浆料细小组分越少，洁净度越高的浆料越有利于施胶剂施胶性能的发挥，漂白化学浆施胶效果好于OCC浆；但是加入过多填料的漂白化学浆施胶效果明显下降，而AKD以及ASA对麦草浆机械浆的施胶效果均不如OCC浆。

3 结论

（1）ASA在纸页抄造完成后即可达到较好的施胶效果，有利于生产过程中对施胶度的控制，且低用量的ASA即可实现理想的施胶效果，但相比AKD较易透点，不适宜在重施胶纸页中使用。

（2）ASA添加点最好在阳离子辅料添加之后、填料添加之前，这样可有效提高ASA的利用率及稳定性，试验在阳离子淀粉之后加入ASA，充分与浆料混合后再加入碳酸钙、CPAM时，施胶效果最好。

（3）阳离子淀粉取代度越高，乳化后的ASA施胶效果越好，且试验使用取代度0.045的阳离子淀粉、m（ASA）∶m（阳离子淀粉）=1∶4时施胶效果最佳，同时控制乳化pH在4.0～5.0，乳化温度45℃以下时可以实现更好的施胶效果。

（4）浆料种类及质量均影响ASA施胶剂施胶效果，麦草机械浆不利于ASA施胶。