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      瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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      添加助劑提高AKD表面施膠效果的研究

      發布日期:2015-04-06 14:41:30
      添加助劑
      隨著中堿性施膠的發展,AKD施膠劑的應用也越來越廣泛。但是采用AKD施膠,添加助劑不論在漿內 施膠還是表面施膠中,都存在施膠效果滯后,熟化期長等主要問題。施膠效果在紙張干后尚未完 成,AKD與纖維素的反應在一定時間內持續進行,隨著存放時間的延長,紙頁施膠度上升,完全熟 化通常需要約2周時間m,故紙卷下機一段時間后才能達到最佳施膠效果。因此,尋求一種相應 的施膠增效劑使其縮短AKD的熟化時間,盡快獲得更好的施膠效果,進一步適合生產需求是目前 急需解決的問題。國內目前主要對帶胺基的堿性高分子合成聚合物的增效劑如PVA、PAE、PAM 等進行了相關的研究,但其施膠效果并非很理想,使用均具有一定的局限性。
      瓜爾膠具有與纖維極為相似的結構,對纖維有較強的親和力,且瓜爾膠本身含有許多羥基,易 與纖維的輕基形成氫鍵;陽離子高分子因其自身帶高密度的陽離子電荷,容易固著在帶負電的纖維上。由于上述二者皆有加快與纖維之間反應,提高AKD施膠效果的性能[3<,從理論上對于縮 短AKD熟化時間有很大的促進作用,本文對此考慮在AKD施膠中添加瓜爾膠和陽離子髙分子,以 考察其對AKD的施膠增效作用。
      1實驗部分
      1,1原料和儀器
      廢紙漿(打漿度35°SR);氧化淀粉;陽離子高分子;陽離子瓜爾膠粉;非離子瓜爾膠粉;硫酸 鋁:分析純(A. R) ;AKD:固含量為15%.;交聯劑A;交聯劑B。
      小型涂布機:上海奉賢照相器材廠;ZQJ -1 - B - n型紙樣抄取器:陜西科技大學機械廠。
      1.2抄紙
      以全廢箱板紙為原料,采用標準紙頁或形器抄造定量為l〇5g/m2的紙樣,漿內未添加任何助 劑,備用〇 1.3瓜爾肢交聯體的制備
      在三口燒瓶中加人去離子水,并將稱好的瓜爾膠粉分散于水中,升溫,待瓜爾膠完全溶解后, 滴加適量的交聯劑,進行攪拌,調節pH值,反應一定時間,保溫,冷卻至室溫,即得交聯體。
      1.4表面施膠
      1.4.1施膠膠液配制
      施膠用氧化淀粉加水攪拌后配制成5%溶液,升溫至90 - 95^,通過60目的篩網,保溫糊化 30分鐘后降至65尤恒溫,備用。
      1.4.2紙張施膠
      原紙水分8 -12%,使用上述氧化淀粉液與AKD配制成施膠液,配比為淀粉:AKD =20:丨,淀 粉溶液濃度為5%,AKD用量為0• 15% (相對絕干量),施膠液中AKD的濃度不大于0.2%。分別 添加增效劑瓜爾膠或瓜爾膠交聯體、陽離子高分子與Al2(S04)3,使用上述膠料,在實驗室小型涂 布機上,以相同施膠量3.5g/m2對紙張進行表面施膠。
      1.5施膠度的測定
      采用紙張表面吸水能力(可勃值)測定法,按國標(GB/Ti540 - 2002)規定的方法進行紙張表 面吸水性的測定。熟化率S的簡單測定:剛下機的幾張平行樣品,其中一半樣品立刻檢測其Cobb 值,為X;另一半樣品經105T烘箱烘lOmin后,檢測其Cobb值,為H。S =H/X xl00%,S值越 大,說明其熟化越快[5]。
      2結果與討論
      2.1非離子瓜爾肢用量對AKD施肢 增效作用的影響
      瓜爾膠為天然高分子聚合物,易 與纖維結合,而非離子瓜爾膠相對粘 度低,具有良好的流變性和成膜性。
      因此,對非離子瓜爾膠的不同用量對 施膠效果的影響進行了探討,結果如 圖1所示。
      由圖1可以看出,Cobb值隨著瓜爾膠的用量增加而下降,施膠效果提高,當瓜爾膠用量由 0.01%至〇• 02%時,Cobb值發生顯著的變化,下降了36%,而隨著瓜爾膠用量的增加,Cobb值不再 有明顯的改變,因此瓜爾膠作AKD施膠增效劑的最佳用量為(X 02%。
      2.2瓜爾膠和瓜爾膠交聯體對AKD施肢增效作用的影響
      瓜爾膠及衍生物的水溶液在室溫下大約1周時間就會水樣化W,失去原有的功能,而經交聯 過的瓜爾膠水溶液,其保存期可以大大提高。
      表1瓜爾膠和瓜爾肢交聯體對AKD施肢紙張的影響
      AKD用量瓜爾膠交聯劑剛下機Cobb值g/m2
      0非離子0144
      0.15%0040
      0.15%非離子029
      0.15%非離子交聯劑A21
      0.15%陽離子交聯劑A22
      0.15%陽離子交聯劑B21
      0.15%非離子交聯劑B23
      0.15%0交聯劑A39
      注:均作60s吸水
      采用AKD施過膠的紙樣經105丈烘箱烘lOmin后,其最終的Cobb值(H)為19g/m2,由表1可 知,單獨使用AKD施膠的紙樣,測其剛下機的Cobb值(X)為40g/in2,則熟化率(S)為47. 5%p單 獨使用瓜爾膠的紙樣Cobb值與未施膠的空白樣相同,基本沒有施膠度。在AKD中添加瓜爾膠,紙 張下機后的Cobb值明顯下降,剛下機的熟化率為63%。而在AKD中只添加交聯劑不加瓜爾膠紙 樣的Cobb值沒有較大的變化,與單獨使用AKD的紙樣施膠效果相當。對在AKD中添加瓜爾膠交 聯體,紙頁的Cobb值和熟化率皆變化顯著,剛下機的熟化率最髙可達86.4%,而交聯體中非離子 瓜爾膠與交聯劑A的交聯對AKD的施膠增效較為理想,且交聯體不易變質。
      2.3陽離子高分子對AKD施肢增效作用的影響
      采用陽離子高分子與A12(S04)3 —起加人AKD中,能形成網狀的結構,更好地促進AKD同纖 維之間的結合,且有效地提髙施膠劑的穩定性及限制AKD的水解和遷移傾向,對AKD乳膠起保護 的作用,并加速AKD的熟化,使紙張具有良好的疏水性能,不同陽離子高分子用量對AKD施膠效 果會產生一定的影響。
      圖2表明,紙頁的Cobb值隨陽離子高分子用量的增加而下降,當用量為0.03%的時候,可以 取得較好的施膠效果,但是再增加陽離子高分子用量,施膠度沒有太明顯的變化,由此可知,陽離 子高分子作AKD的增效劑最佳用量為0.03%。
      當AKD用量為0.15%時加人增效劑陽離子高分子,產生的施膠效果甚至超過了0.4%的AKD 用量產生的效果(見表2),下機熟化率可達70% ,這說明了施膠增效劑不僅.能起增效作用,還可降 低施膠劑的用量62.5%。下機后的紙樣,通過105=0烘干10min后測試,測得的施膠度與AKD半 個月后的最終施膠度相當。從表2可知,在相同的AKD用量的施膠中,加入陽離子高分子增效劑 的紙張最終施膠度提高了 15.8%。
      表2陽離子高分子對AKD用量的影響
      下機Cobb值g/m2最終Cobb值g/m2
      AKD0.4%35.718
      AKD0.15%4019
      AKD0.15% +陽離子髙分子2316
      當陽離子高分子用量不變時,從(504)3的用量對AKD施膠作用也有較大的影響,如表3所 示,通過一系列相關實驗可得到:陽離子髙分子與從(S〇4) 3的最佳配比為3:1。
      表3陽離子高分子與A12(S04)3不同比例對AKD施膠作用的影響 陽離子高分子:缽(3〇4>,4:13:12:11:11:2
      Cobb 值 g/m22721252628
      2.4施肢增效劑的添加順序對AKD施膠增效作用的影響
      干燥溢度T:
      施膠反應仍不能發生,因此紙頁要獲得比 較好的施膠效果,在干燥時,就需要控制 干燥溫度并且需要提供足夠的干燥熱量, 以盡快降低紙頁水分,破壞AKD的靜電 吸附作用,促使施膠劑分子重排,加快施 膠劑與纖維素羥基之間的化學反應,使干 燥后的紙張水分含量理想,施膠劑反應完 全[7-93。
      2.5溫度對AKD施膠增效作用的影響
      AKD是反應型施膠劑,溫度對其影 響非常重要,當溫度達不到反應要求時,
      一般來說,施膠劑或填料的添加順序對AKD施膠會有比較大的影響。但是,如表4所示,陽離 子高分子與瓜爾膠的添加順序對AKD施膠增效作用影響很小,這可能跟表面施膠有關,與漿內施 膠相比,它少了系統的陰離子垃圾千擾和抄紙系統的pH值等顧慮。
      表4增效劑的添加順序對AKD施膠度的影響
      增效劑添加順序剛下機lh1.5h2h4hId
      陽離子髙分子與瓜爾膠一同添加16.612.712.512.11212
      先加陽離子髙分子后加瓜爾膠1714.313.913.21313
      先加瓜爾膠后加陽離子高分子16.514.113.3131313
      -»-AKD
      由圖3可知,無論AKD施膠劑中添加陽離子高分子增效劑與否,隨著烘干溫度的上升,紙頁 的Cobb值在不斷下降,在801到100丈之間,紙張抗水效果較差,當溫度增加到11〇尤時,Cobb值 顯著下降,對于AKD空白樣來說,溫度再升高,Cobb值變化不大,而加入增效劑的AKD在溫度為 12〇尤時獲得較好的Cobb值,此后,溫度再升高,Cobb值減少已經不太明顯,且越高溫度將意味著 耗能越大,所以添加增效劑的AKD最優干燥溫度為12〇^。因此,加入增效劑的AKD應盡快提高 干燥溫度,以獲得最佳施膠效果。
      2.6干燥時間對AKD施股增效作用的影響’
      AKD與纖維的反應主要發生在干燥過程中,在適當干燥溫度下,干燥時間顯得尤為重要,紙張 的水分蒸發到一定程度才能保證其良好的施膠度。本研究對表面施膠的紙頁進行干燥,并探討不 同干燥時間對紙頁Cobb值的影響。
      3D 354.04.55.0556.0
      干燥時間nin
      圖4干燥時間對對AKD施肢作用的影響
      從圖4可看出,施膠時,AKD中添加陽離子高分子增效劑和未添加增效劑,其紙頁的Cobb值 隨干燥時間的增加而降低,在3 -4. 5miri時,Cobb值減少得最快,但添加增效劑的AKD施膠效果 都明顯要好于未加增效劑的AKD,當干燥時間為5min時,Cobb值已經下降到最低,再延長干燥時 間,Cobb值下降的幅度并不大,因而最佳的干燥時間為5min。
      2.7紙頁下機后不同熟化時間Cobb值的比較
      紙張下機后,AKD與纖維的反應并沒有停止,而是繼續進行著。為此,促使AKD最快與纖維 反應才能解決施膠滯后問題,添加增效劑的目的就是促進AKD與纖維反應,隨著紙張下機時間的 延長,施膠度也隨之上升。
      由圖5可見,加人增效劑的紙張下機后都有良好的施膠效果和較短的熟化時間。瓜爾膠交聯 體作AKD增效劑紙張下機熟化率為70%,0• 5h后熟化率可達85. 7%,2h基本熟化;陽離子高分子 作AKD增效劑紙張下機熟化率為63%,0• 5h后熟化率87.5%,汍基本熟化;瓜爾膠交聯體與陽離 子高分子一起加人作AKD增效劑,則紙張下機熟化率為64%,但0. 5h后熟化率為87.6%,2h基 本熟化,且最終施膠度提高了44.7%,施膠效果明顯要優于單獨添加的效果。與陽離子高分子相. 比,瓜爾膠交聯體的施膠效果稍微差些,但是相對單獨添加AKD的組分,熟化時閭無疑大大減少 了。
      3結論
      通過實驗可知,采用瓜爾膠交聯體與陽離子高分子一起做AKD施膠增效劑,施膠效果顯著,其 最佳工藝條件為:瓜爾膠交聯體總體最佳用量為〇. 02% ,陽離子高分子最佳用量為〇. 03%,陽離 子高分子:處(304)3最佳配比為3:1,干燥溫度和干燥時間分別為120丈和5min。成紙下機的施 膠率提高了 64%,最終施膠度提高了 44.7%,熟化時間縮短至2h,此外,增效劑的加人可降低 62.5%的AKD用量,減少了施膠成本。
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