包裝印刷淺析AKD堿性造紙施膠劑

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2、進行漿內(nèi)施膠，其施膠效果除與AKD乳液本身的質(zhì) 量性能有關外，還與應用工藝條件及造紙原料種類有關7。也就是說如果使用 時不根據(jù)實際生產(chǎn)情況，有針對性的采取相應的措施，制訂合理的施膠工藝和操 作使用規(guī)程，那么施膠效果可能很差，其至喪失。AKD膠因陽離子化而使膠料表 面帶有正電荷，造紙纖維本身呈負電性，通過靜電吸附使AKD膠粒定著到纖維上, 經(jīng)脫水干燥后，AKD分子的反應基團和纖維上的疑基反應生成牢固的共價鍵，AKD 分子的疏水端定向朝外，形成單分子膜，使紙頁表現(xiàn)岀較好的疏水功能III 于AKD膠的施膠量為0.15%0.30%用量很少，加上供漿系統(tǒng)如泵、壓力篩等 高剪力設備的作用，吸附到纖維上的A

3、KD膠粒部分會從纖維上脫落下來匕“：。因 此為保證有限的AKD膠粒盡可能留著在纖維 上，發(fā)揮應有的施膠效能，對AKD的應用工藝條件進行系統(tǒng)的探討分析來指導生 產(chǎn)，具有十分重要的意義。 AKD-LT中性施膠劑的應用研究，釆用陽離子淀粉一陰離子聚丙烯酰胺雙組 分助留系統(tǒng)。研究探討和分析了陽離子淀粉、陰離子聚丙烯酰胺，CaCO3填料， pH值和干燥溫度等對AKD施膠的影 響，并且也對麥草漿配比改變后的施膠效果進行了評價。 1實驗材料及方法 1.1化學藥品 中等電荷密度陽離子淀粉，A-PAM（相對分子質(zhì)量300500萬），填料為沉淀 CaCO3, AKD-LT 中性施膠劑（ARQ。 1.2纖維原料 進

4、口商品漂白針葉木漿,打漿度30 SR；漂白闊葉木漿,打漿度30 SRo 國產(chǎn)漂白麥草漿，打漿度28 SR（除特別說明外，所有紙樣纖維材料配比：針： 闊：草 35 ： 35 ： 30, CaCOs用量 20%）。 1.3抄片 西北輕工業(yè)學院ZQJx200mm抄片器，紙張定量80g/m：o 1.4紙的熟化方法 紙片經(jīng)干燥后，放入105C烘箱，熟化15min,取岀冷卻至室溫后進行施膠 度測定。 1.5施膠度測定方法 采用硫氤酸鍍?nèi)芤汉腿然F試劑的滴定滲透法測定。 1.6紙張灰分測定方法 填料為CdCOs的紙樣，灼燒溫度為（57525） C；滑石粉填料紙樣，灼燒溫 度為（92525）Co 2結果與討

5、論 2.1陽離子淀粉用量與紙頁施膠度 在AKD施膠助留系統(tǒng)中，加入陽離子淀粉能吸附紙漿中的細小纖維和填料， 提高細料的首程留著率和灰分，同時促進AKD膠粒的穩(wěn)定性和提高AKD在長纖維 上的留著率，提高紙頁的強度和挺度。為保證AKD膠最大的留著率和較好的抗水 性能，在AKD和A-PAM用量不變的惜況下，對陽離子淀粉的用量進行研究，試驗 結果如圖1所示。 圖1陽離子淀粉用量與紙頁施膠度關系曲線 注：AKD 用量 0.2%, CaCOs用量 20%, A-PAM 用量 150X10 山圖1看出，在開始階段適度添加陽離子淀粉有助于AKD的留著，對提高紙 頁的抗水性能有促進作用，然而當陽離子淀粉用量達到

6、0.5%以上時，施膠性能 兒乎變化不大，即使進一步提高其用量，施膠度也沒明顯的提高。 2-2 A-PAM的用量與紙頁施膠度 陽離子淀粉和AKD膠都帶正電荷，利用靜電吸附作用力，吸附到帶負電的造 紙纖維上。然而，吸附在細料上的AKD膠粒，部分會隨口水一起流走。而陰離子 聚丙烯酰胺是一種高分子聚合物，同樣利用靜電吸附原理，將細料與細料、細料 與長纖維、纖維與AKD膠粒橋聯(lián)在一起，形成大的顆?；蜉^小的纖維絮聚，漿料 上網(wǎng)后留著在網(wǎng)上，從而提高AKD的留著率和成紙灰分的含量。 從圖2中看出，在雙組分助留系統(tǒng)中，陽離子淀粉、AKD用量一定的情況下, 紙張施膠度隨陰離子聚丙烯酰胺用量的增加而提高，說明A-

7、PAM對AKD的留著具 有相當重要的作用。如果不加A-PAM,紙張的施膠度只有要求的20%30%,但是當 A-PAM用量超過250XW6W,紙頁的勻度變壞。因此，根據(jù)造紙纖維原料性能差 異（Zeta電位），其用量會有所不同，一般控制在（150-200）X10范圍內(nèi)，既能 達到助留的H的，同時乂不影響紙頁的勻度。 圖2 A-PAM用量與紙頁施膠度關系曲線 注：AKD用量0. 2%, CaCOs用量20眾CS用量0.7% 2.3 AKD用量與紙頁施膠度 圖3是對兩種不同陽離子試劑AKD乳液用量進行對比實驗的。 圖3 AKD用量與紙頁施膠度關系 注：CS 用量 0. 7%, CaCOs用量 20%,

8、 A-PAM 用量 150X106 施膠曲線表明，在同樣AKD膠用量下，樹脂型AKD膠具有比淀粉型AKD膠較 高的抗水性能，并且樹脂型AKD在用量0.2%時，就能滿足紙張抗水要求，而淀 粉型AKD只有肖用量達到0. 25%以上時才具有同樣的施膠效果，且無論何種類型 AKD,當其用量小于0.1%時，紙張兒乎沒有施膠度，而當AKD用量超過0.4%時， 施膠度兒乎不上升，說明AKD只要在一定的使用范圍內(nèi)就能收到滿意的施膠效 果，用量過大不能進一步提高成紙的抗水性能，反而會降低紙的物理強度，給紙 機抄造帶來麻煩。 2.4 pH值與紙頁施膠度（見表1） AKD施膠也與施膠系統(tǒng)的pH值有關。只有在中性或堿

9、性條件下，AKD的內(nèi)酯 環(huán)打開與纖維上的疑基進行酯化反應，生成牢固的共價鍵而產(chǎn)生抗水功能。AKD 施膠最佳的pH值范圍是7. 58. 5o 表1不同pH值下AKD施膠與紙頁抗水性關系 pH值 6.5 7.0 7.5 8.0 9.0 10 施膠度/s 50 51 60 65 68 63 實驗結果表明，隨著pH值提高，紙頁的施膠度逐漸上升，尤其在 pH值6. 5 Jf到7. 5范圍內(nèi)，施膠度上升最快。當pH值大于8.0時，紙 張的施膠度上升速度減緩?？紤]到采用CaCO3填料，AKD施膠剛開始時要 用堿來調(diào)節(jié)pH值，到口水實現(xiàn)封閉回用后，CaCO3本身是一種pH緩沖劑, 使系統(tǒng)的pH值處在7. 5左

10、右，所以就不必再加堿。因此 在抄片時施膠 系統(tǒng)pH值控制在7. 5。 2.5干燥溫度和熟化時間與紙頁施膠度 AKD中性/堿性抄紙，因AKD相對不活潑，在濕部AKD膠粒只是留在 濕紙幅中，并沒有進行反應，只有在一定溫度下干燥后，才進行酯化反 應，產(chǎn)生永久定著。因此溫度是紙張抗水性能好壞的關鍵因素之一皿】。 圖4為不同干燥溫度下紙張的抗水性能曲線。 圖4清晰表明，干燥溫度和熟化時間對成紙施膠度有很大的影響， 干燥溫度越高，紙的施膠度越高，且施膠發(fā)展熟化時間越短。出干燥溫 度低于90C, AKD用量為0.2%時，不管自然熟化時間多長，其施膠度也 難以達到應有的水平。因此，在保證不影響成紙質(zhì)量的前提下

11、，盡可能 提高干燥溫度，就可以達到較高的施膠效果和縮短施膠熟化時間。 圖4不同干燥溫度下熟化時間與紙頁施膠度的關系 2.6填料與紙頁施膠度 酸性造紙一般采用滑石粉、高嶺土為造紙?zhí)盍?，也有一些需要高?度的紙種使用鈦白粉作為造紙?zhí)盍?。對于堿性造紙，滑石粉、髙嶺土作 為填料會降低AKD的施膠效能，而鈦白粉作為填料價格太昂貴。碳酸鈣 填料白度相對較高，價格乂相對便宜，本身可作為系統(tǒng)pH值緩沖劑，適 用于作AKD堿性造紙?zhí)盍?，對AKD施膠效能影響相對較小。 實驗結果表明在pH值7. 5時,CdCOs用量在20%25%,AKD用量02%, 仍有相當?shù)氖┠z度，基本上能滿足成紙的質(zhì)量要求。從圖5可看出，在

12、AKD用量一定的條件下，紙的施膠度隨CaCO3用量的增加而不斷下降，說 明CaCOa是導致AKD施膠效果下降的主要原因之一。 圖5 CaCOs填料用量與紙頁施膠度關系 注:AKD 用量 0. 2%, CS 0. 7%, A-PAM 150X10“ 2.7麥草漿配比量對AKD施膠效能的影響 我國長纖維資源缺乏，進口商品漿價格高，國內(nèi)紙廠總希望少配入 一些商品針葉木漿，多用一些非木材纖維，以降低生產(chǎn)成本。然而隨著 麥草漿用量的增加，紙的抗水性能下降。當用麥草漿配抄紙時，為保證 同樣的施膠度，AKD用量必須加大。到U前為止尚不清楚為什么草漿施 膠比木漿施漿困難，有人解釋為草類漿陰離子類成分多，且組分

13、復雜； 也有人解釋氯離子含量高等影響到AKD的用量和施膠效能的發(fā)揮。表2 為不同比例漂白針葉木漿對漂口草漿用量與施膠度關系。 表2不同草木漿比例在相同施膠條件下的施膠結果 針葉木漿/ CS AKD A-PAM 施膠度 麥草漿 /% /% /10-6 /s 100/0 0.7 0.2 200 116 80/20 0.7 0.2 200 86 60/40 0.7 0.2 200 78 50/50 0.7 0.2 200 72 40/60 0.7 0.2 200 66 70/80 0.7 0.2 200 53 0/100 0. 7 0.2 200 8 通過漂白針葉木漿和漂白麥草漿配比的改變，在各種助

14、劑等工藝條 件完全相同的條件下，可以看岀隨著漿料中麥草漿使用比例的增大，其 成紙施膠度明顯下降，到麥草漿配比超岀80%以上時，成紙的抗水性要 求就不能滿足產(chǎn)品的規(guī)定指標。全木漿施膠，其施膠度非常高，而全麥 草漿施膠施膠度兒乎沒有。因此，根據(jù)生產(chǎn)紙種的檔次不同，可以對AKD 膠的用量和木漿的使用比例進行相應的調(diào)整，以取得最好的經(jīng)濟效益。 2.8不同的施膠程序?qū)Τ杉埵┠z質(zhì)量的影響 山前面所述，樹脂型AKD膠乳具有較高的正電性，對纖維的吸附能 力很強。特別是紙料中的細料，其比表面積大，相對負電荷密度大,AKD 膠加進紙料中后，優(yōu)先吸附到細料上，使得長纖維上吸附的AKD膠量減 少。草類原料具有較多的細

15、小纖維和較復雜的陰離子組分，而木漿纖維 相對只有部分因打漿或磨漿產(chǎn)生的少量細小纖維，相對草漿來說其量要 少得多，通過改變雙組分助留系統(tǒng)中陽離子淀粉的添加位置，了解添加 順序?qū)κ┠z效果的影響，表3為實驗結果。試樣18號漿料配比為針葉 漿30%和闊葉木漿70%,紙樣912號漿料配比為35%針葉木漿、35%闊 葉木漿和30%麥草漿；碳酸鈣用量都是20%；其中14和910號紙樣, 施膠順序為AKD-CS-APMo 58和1112號紙樣施膠程序為 CSf AKD-A-PAM。 表3施膠程序?qū)堩撌┠z度的影響 抄片號 CS/% AKD/% A-PAM /X10-6 施膠度 /s 1 0.5 0. 18 1

16、20 64 2 0.5 0. 18 200 149 3 1.0 0. 18 120 133 4 1.0 0. 18 200 111 5 0.5 0. 18 120 57 6 0. 5 0. 18 200 62 7 1.0 0. 18 120 11 8 1.0 0. 18 200 57 9 1.0 0.2 120 55 10 1.0 0.2 200 60 11 1.0 0.2 120 61 12 1.0 0.2 200 63 從表中可知，不同的施膠順序，不同的漿料配比，對成紙的施膠結 果有影響。全木漿抄紙，AKD用量少，施膠度高，AKD加在陽離子淀粉前 其施膠度高出1倍左右。這進一步說明一方面木

17、漿纖維易施膠，另一方 面木漿纖維中細小纖維的量少。對于麥草漿配抄紙，陽離子淀粉加入位 置的改變對紙頁施膠度影響不大，相對來說還是先加陽離子淀粉施膠效 果要好一些。 2.9不同種類施膠劑施膠性能對比 表4為不同施膠劑的施膠結果比較。 表4松香膠.分散松香膠、AKD-LT的施膠工藝條件 松香膠 分散松香膠 AKD-LT 原料配比（針/草） 20/80 20/80 20/80 pH 4.5 6.0 7.5 施膠劑用量/% 1.3 1.0 0.2 硫酸鋁用量/% 6.0 2.8 CS用量/% 0.7 0.7 PAM/X10-6 200 200 填料用量/% 滑石粉 CaCOs CaCOs 20 20

18、20 裂斷長/m 3850 4380 4490 耐破度/kg cm-2 1.64 2. 45 2. 60 施膠度/s 46 61 59 灰分/% 11.28 13. 74 （折合 CaC03） 17. 71 （折合 CaC03） 填料留著率/% 56.4 68.7 85.8 表4結果表明，AKD-LT中性施膠紙具有較高的物理強度和較高的填 料留著率，裂斷長比松香膠施膠紙高16. 7%,比分散松香膠施膠紙高 2. 5%；填料留著率比松香膠施膠紙高29. 4%,比分散松香膠施膠紙高 17. l%o實驗證明經(jīng)AKD中性施膠后的紙張，在施膠度相當?shù)臈l件下，填 料留著率較大，而強度比酸性施膠紙高得多。采用AKD中性抄紙后，雖 然施膠成本有所增加，但高的填料用量及填料留著率，可以減少纖維的 用量，或增加草漿的配比。從這個角度看，可以降低原材料的消耗，使 生產(chǎn)成本下降。普通松香膠施膠成本（包括填料成本）一般在120160元 /t紙，AKD中性施膠成本在240260元/t紙范亂比酸性施膠成本高出 近一倍。然而實驗和工廠實踐報道612-13,中性造紙細料的首程留著率和 成紙灰分含量高于