阴离子分散松香胶中性施胶的研究

周小凡，毛春，伍忠萌(南京林业大学化学工程学院，江苏南京210037)

摘要：介绍了采用实验室制备的一种特殊的阴离子分散松香胶NL01进行中碱性条件下施胶实验的有关情况，结果表明：在pH值6.0～8.5的范围内，采用NL01能获得良好的施胶效果，并且相对传统强化松香胶而言，其消耗硫酸铝的量降低了约80%。NL01中性胶对碱性填料碳酸钙的相容性良好，在用量达到15%时，仍有相当不错的施胶度，而且突破了传统的“阴离子分散松香胶-硫酸铝体系不可用于中性施胶”的观念。?

关键词：中性施胶；NL01松香胶；硫酸铝；阳离子聚丙烯酰胺?

中图分类号： TS727.5；TQ351文献标识码： A 文章编号： 1005-3433(2001)06-0011-04?

由酸性造纸改为碱性造纸，是整个造纸系统具有方向性的改革^[1]。而中性施胶剂则是中性造纸的关键。20世纪50年代以来欧美国家研制开发的无需借助矾土沉淀留着的反应型施胶剂AKD、ASA等，正是适用于中性造纸的施胶剂^[2]。但由于AKD施胶存在常温下易水解、施胶度难控制、施胶具有延迟性、污染纸机、成纸发滑以及价格昂贵等问题；而ASA同样也有易产生水解物的高度倾向、易粘压榨辊和结垢、需现场乳化以及乳化设备复杂等问题^[3]，所以这类反应型中性施胶剂在我国全面的推广应用有一定的难度。?

从20世纪80年代起，各国的造纸工作者对松香这一传统而又廉价的施胶剂原料又进行了大量的有关用于中性施胶的研究，如美国赫克力斯公司的阳离子分散松香胶、日本荒川化学工业株式会社和奥地利克瑞姆斯公司的中性松香酯化乳液施胶剂^[4]，国内也有对聚合氯化铝-阴离子分散松香胶系统中性施胶的详细探讨^[5]，本实验室通过对松香的特殊改性及乳化，制备了一种阴离子分散松香胶，可在硫酸铝以及阳离子聚丙烯酰胺的助留体系配合下，用于中性施胶，本文就其施胶性能及工艺条件予以介绍和讨论。?

实验部分

1.1 实验原料 ?

纸浆：加拿大进口针叶木浆板50%，印度尼西亚进口阔叶木浆板50%，打浆度39°SR。?

施胶剂：阴离子分散松香胶：NL01 （本实验室自制，固含量50%）；DC、HH为国内市售两种品牌松香阴离子中性胶。?

硫酸铝：CR，上海兴塔美兴化工厂提供阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）：分子质量500～600万，江苏农科院提供。?

填料：400目重质沉淀碳酸钙。?

1.2实验方法

改性方法：松香先与二组分多元醇酯化，再与马来酸酐强化，最后用自制复配乳化剂乳化。

辅料添加工艺为：浓度0.2%的浆料，搅拌1min,加入施胶剂,搅拌1min, 然后加入硫酸铝，搅拌1min,再加入CPAM，搅拌1min,加填，搅拌1min,稀释、抄片。?

成形设备：ZQJ₁-8型抄纸机。?

pH值的调节：采用0.25mol/dm³盐酸和氢氧化钠调节稀释后纸浆的酸度。pH计：PHS-25型。

手抄片的定量：60g/cm²；施胶度的测定：采用Stochget渗透法。?

2 结果与讨论

2.1 硫酸铝的用量对施胶效果的影响

强化松香酸性施胶中，硫酸铝的用量在5%～6%的范围内，松香才能获得很好的施胶效果，但这也正是造成了抄纸体系酸性环境的原因^[6]。20世纪80年代初欧洲已开始使用聚合氯化铝（PAC）作为松香沉淀剂，来实现酸性分散松香胶在中性条件下施胶^[7]，但由于PAC存在着中性条件下其正电性仍显不足、聚合度和水解度难以准确控制、其稳定性不及硫酸铝以及氯离子对纸机的腐蚀等诸多问题，所以本研究仍采用硫酸铝作为沉淀剂，但用量很小，以避免造成酸性。?

实验条件：NL01胶1%，Al₂(SO4)₃ 量改变, CPAM 0.15%；系列1为未加填；系列2为加填CaCO₃15%，实验结果见图1。其中，施胶浆料pH值调节为7.50左右。?

图1 Al₂(SO4)₃用量对施胶效果的影响?

▲     .系列1 ■.系列2（图2～3同图1）

从图1可见，在使用CPAM作为助留剂的情况下，施胶效果在Al₂(SO4)₃的用量1%时最佳。由铝盐化学可知，Al₂(SO4)₃在中碱性水溶液中主要以Al(OH)₃的形式沉淀，但最新的研究表明^[8]，在复杂的中性纸浆悬浊液中，Al₂(SO4)₃的水解行为与纯水中大为不同，此时Al₂(SO4)₃的表观电荷密度约为酸性时的1/4，仍具有相当的凝结和聚集能力。当Al₂(SO4)₃的用量超过1%时，过多的SO^2-₄又会降低其正电性，从而影响施胶效果。

本实验Al₂(SO4)₃的使用量很低，因此在纸机湿部就可以相应提高白水封闭循环的程度，从而减少排放白水的污染负荷，节约清水，降低成本，并且在提高纸张质量，减少设备腐蚀方面也大有益处。?

2.2 阳离子聚丙烯酰胺的用量对施胶效果的影响?

从前面的研究可以看到，CPAM的使用对松香-硫酸铝体系的施胶效果影响很大，中、高相对分子质量的CPAM对于纸浆中细小纤维和填料具有很好的助留作用，但如果CPAM用量过大，也会形成絮聚现象，形成纸页不匀^[9]，所以，CPAM的适用量也是一个很重要的工艺参数。

实验条件：NL01胶1%，Al₂(SO4)₃ 1%，CPAM 量改变。系列1为未加填；系列2为加填CaCO₃15%，实验结果见图2。其中，施胶浆料pH值调节为7.50左右。?

图2 CPAM用量对施胶效果的影响

从图2可见，作为助留剂，CPAM的最佳使用量为0.15%,对于较高相对分子质量CPAM来说，它主要是通过架桥絮聚作用达到助留效果，且能在一定程度上抵抗流体剪切力的影响。2.3 浆料pH值的变化对施加效果的影响

由于使用碱性填料CaCO₃以及Al₂(SO₄)₃用量的大大降低，所以浆料的pH值将处于中性（偏碱性）的范围内，我们来考察NL01松香胶的中性施胶对pH值的适应性。?

实验条件：NL01胶1%，Al₂(SO4)₃ 1%，CPAM 0.15%。系列1为未加填；系列2为加填CaCO₃15%。实验结果见图3。?

图3 浆料pH值的变化对施胶效果的影响

我们可以看出，在pH值6.0~8.5范围内，NL01松香胶具有良好的施胶效果，直到pH值等于9.0以后，手抄片才基本失去抗水性能，考虑到白水封闭循环的条件下使用碱性填料的抄纸系统pH最高值约在8.0，所以可以说NL01阴离子分散松香胶完全可以满足中性施胶的要求。?

2.4  碱性填料CaCO₃对施胶效果的影响

沉淀CaCO₃的白度较好，可以用来制造高档纸品种，但其化学稳定性差，遇酸会放出CO₂，本研究中的施胶体系处于中性（偏碱性）的环境，所以完全可以容忍CaCO₃的添加。?

实验条件：NL01胶1%，Al₂(SO₄)₃ 1%，CPAM 0.15%，CaCO₃量改变。实验结果见图4。其中，施胶浆料pH值调节为7.50左右。

图4 浆料pH值的变化对施胶效果的影响

由图4可见，随着CaCO₃用量的增加，手抄片的施胶度逐渐下降，但在CaCO₃的用量为15%时，手抄片仍有相当不错的施胶度（45s）。?

2.5 施胶剂用量对施胶效果的影响

实验条件：NL01胶改变，Al₂(SO4)₃ 1%， CPAM 0.15%，CaCO₃15%。实验结果见图5。其中，施胶浆料pH值调节为7.50左右。

图5 施胶剂用量对施胶效果的影响

由图5可见，随着松香胶用量的增加，手抄片的施胶度逐渐增大，当用胶量达到1.0%后，施胶度增大速度明显减缓，这说明在一定量的纸浆纤维、沉淀剂、助留剂的条件下，并不是单纯增加施胶剂用量就能有效提高施胶度的。再从施胶成本以及对施胶度的要求来看，1.0%的施胶剂用量是一个较为理想的工艺参数。?

2.6 与同类产品的比较

实验条件：胶料1%，CaCO₃ 15%，Al₂(SO4)₃、CPAM用量依照不同样品的最佳施胶效果要求而定。样品1为NL01阴离子分散松香胶，样品2，3为市售不同品牌DC、HH松香中性胶。?

由图6可知，本实验室自制的NL01阴离子分散松香在中性(偏碱性)条件下施胶效果要好于市售松香中性胶。?

3 结论

3.1) 阴离子分散松香胶NL01是一种理想的中性施胶剂，其最佳工艺条件为：胶料量1%，Al₂(SO4)₃ 1%，CPAM 0.15%, CaCO₃15%。

图6 与同类产品的施胶效果比较

3.2） 在本项目开发的施胶体系中，仍然使用了传统的、成本低廉的硫酸铝作为松香沉淀剂，而且用量较酸性施胶剂降低了约80%，这对传统的“阴离子分散松香胶?硫酸铝体系不可用于中性施胶”的观念是一个突破。

3.3） 本项目开发的NL01在pH值6.0～8.5的范围内，均能获得良好的施胶效果。并且好于市售中性松香胶。?

3.4） 碱性填料CaCO₃对中性施胶效果影响较大，但在CaCO₃用量达到15%时，使用了NL01施胶剂的手抄片的施胶度仍在45s左右。

3.5） 随着施胶剂用量的上升，手抄片的施胶度增大，但在用量大于1%之后，增加速度明显减缓。?

参考文献：?

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