（林业工程专业论文）薄页纸吸水性主要影响因素的研究.pdf

摘要 本丈主要研究了影响薄页纸吸水性的因素。研究过程是根据生产线的实际情况 和实验室中进行的。研究结果与已有的有些结论不尽相同。并指出a k d 中性施胶与 其他中性施胶的机理是不同的。 在实验研究讨论部分，着重分析研究- 浆料性质、助留剂对纸页吸私 生的影响； 细小纤维与用胶量的关系；添加点的影响：碳酸钙对纸页吸水性的影响，特别是不 同粒径碳酸钙、碳酸钙中含有氢氧化钙的量的多少与纸页吸水性的关系；成纸水分 对纸页吸水性的影响及作用机理；铝离子和阴离子垃圾对纸页吸水性的影响；压光 与纸页吸水性的关系；加入其他化学品，特别是含有活泼氢的化学品对纸页吸水性 的影响等。并表征了这台纸机生产的3 2 9 m 2 薄页纸的施胶曲线是：在a k d 加入量 5 7 0 m l m i n 、c o b b 值3 6 2 9 m 2 左右出现一个拐点；在a k d 加入量2 0 0 0 m l m i n 、c o b b 值1 6 2 9 m 2 左右出现另一个拐点，在这两个拐点的区间内，a k d 的加入量与纸页吸 水性c o b b 值之间基本呈线性关系。最后分析了c o b b 值测定误差的影响因素。 研究结果显示： 采用a k d 胶进行中性施胶，阔叶木纤维比针叶木纤维更易于施胶，这点与已 有的有些结论不同；随着助留剂的用量增加，施胶效果好；在实际操作时，浆料更 加细纤维化后，有利于提高施胶度，降低吸水性，这与以往的结论不相符合。 在一定的粒径范围内，加填粒径大的碳酸钙和弱碱性或中性的碳酸钙，纸页吸 水性就小：加填钛白粉的纸页吸水性变大。本台纸机在具体生产过程中，并没有发 现由于加填碳酸钙而出现施胶逆转现象。 a k d 乳液在浓浆中加入，在碳酸钙之前加入；降低纸页水分以及系统中少量的 铝离子( p a c ) 存在，均使纸页吸水性更稳定。阴离子垃圾的积聚不利于吸水性的稳 定。 压光过程对纸页吸水性的影响很小，几乎可忽略。这与有些观点不同。 提高表面施胶上料浓度和浆内阳离子淀粉加入量，纸页吸水性减小。 加入含有活泼氢离子的添加剂，成纸吸水性变大。 关键词：薄页纸；吸水性：c o b b 值；中性施胶：施胶逆转；添加点；首程留着率：比表 血积；吸附：施胶曲线：软乐光；活泼氢。 a b s i k a l l t h i sp a p e ri s m a i n l ya b o u ts o m ef a c t o r si n f l u e n c i n gw a t e ra b s o r p t i v i t yo ft i s s u e p a p e r a k dn e u t r a ls i z i n ga n do t h e rf a c t o r so r ed i s c u s s e d t h ew o r kw a sc a r r i e do u ti n t h ep a p e rm a c h i n e p r o c e d u r ea n d t h el a b t h e s er e s u l t ss h o wt h a ts o m ef o r m e rc o n c l u s i o n o fa k d s i z i n gi sn o ta c c o r d e dw i t ht h i sp mp r o c e d u r e a n di ti sa l s op o i n t e do u tt h a tt h e s i z i n gm e c h a n i s m o f a k dn e u t r a ls i z i n ga g e n ta n do t h e rn e u t r a ls i z i n ga g e n ti sd i f f e r e n t i nt h er e s e a r c ha p a r t ，i ti sa n a l y z e da n dr e s e a r c h e do ns o m ei n f l u e n c i n gf a c t o r s e m p h a t i c a l l y ：p u l p s t o c ka n dr e t e n t i o n a g e n t ；t i n yf i b r e ；a d d i n gp o i n t ；c a l c i u m c a r b o n a t e ，e s p e c i a l l yt h ed i f f e r e n td i a m e t e rp a r t i c l eo f c a l c i u mc a r b o n a t ea n dh o wm u c h c a l c i u m h y d r o x i d e i nc a l c i u mc a r b o n a t e ；a l u m i n i u mi o na n da n i o nr u b b i s h ；s o f t c a l e n d a r s ；o t h e rc h e m i c a l s ，e s p e c i a l l ys o m ec h e m i c a l sw i t ha c t i v eh y d r o g e n ，e t c a n d s i z i n gc u r v eo f3 2 9 m 2t i s s u ep a p e rp r o d u c e db y t h i sp a p e rm a c h i n ew a ss i g n i f i e d ： w h e na k d a d d i n ga l i l o u n t5 7 0 m l m i n ，a t3 6 2 9 m 2o f c o b bv a l u ep r e s e n t saf l e xp o i n t f o r ms i d et os i d e ；w h e na k d a d d i n ga m o u n t2 0 0 0 m l m i n ，a t16 2 9 m 2o f c o b bv a l u e p r e s e n t saf l e xp o i n tf o r ms i d et os i d e ；b e t w e e n t h i st w of l e xp o i n t ，a d d i n ga n l o u n to f a k dp r e s e n tl i n er e l a t i o n sb a s i c a l l yw i t hw a t e ra b s o r p t i v i t yo ft i s s u ep a p e ef i n a l l y a n a l ) ，s e dt h ei n f l u e n c ef a c t o ro f c o b b v a l u eo f t h em e n s u r a t i n ge l f o e t h er e s u l to f s t u d ys h o w s ： a d o p t i n ga k d n e u t r a ls i z i n gt h ew o o d e nf i b r eo ft h eb r o a dl e a fi sm o r ea p tt o s i z i n gt h a n t h ew o o d e nf i b r eo ft h ec o n i f e rl e a f it h i sp o i n ti sd i f f e r e n tf r o ms o m ee x i s t i n g c o n c l u s i o n s w i t hi n c r e a s i n go ft h ec o n s u m p t i o no fr e t e n t i o na g e n t ，t h er e t e n t i o nr a t eo ft h et i n y m a t e r i a li m p r o v e s ，t h er e t e n t i o nr a t eo f a k d i m p r o v e st o o ，i ti se f f e c t u a lt os i z i n g i np r a c t i c a lo p e r a t i o n ，a f t e rr e f i n i n gt h ef i b e ri sm o r et i n y ，t h ew a t e ra b s o r p t i v i t yo f p a p e r i sl o w e r t h i si sn o ta c c o r dw i t ht h ef o r m e rc o n c l u s i o n w i t h i nt h er a n g eo fc e r t a i nd i a m e t e r , t h er e t e n t i o nr a t eeo ft h ec a l c i u mc a r b o n a t ei s d e c i d e db ya v e r a g eg r a i n so fd i a m e t e rb a s i c a l l y ，t h ed i a m e t e rb i g g e r ，t h er e t e n t i o nr a t e h i g h e r , t h ed i a m e t e rs m a l l e r ，t h er e t e n t i o nr a t el o w e r t h er e t e n t i o nr a t eo f f i l l e ri sh i g h ， t h ea b s o r p t i v i t yo ft h ep a p e ri sl i t t l e p hv a l u eo ft h ec a l c i u mc a r b o n a t ec r e a mh a s i c e r t a i ni n f l u e n c eo nr e t e n t i o nr a t eo f f i l l e r , n a m e l yr e t e n t i o nr a t eo f t h ec a l c i u mc a r b o n a t e w h i c hi sw e a ka l k a l i n eo rn e u t r a li sh i g h e rt h a nt h ea l k a l i n eo n e ，i t sp a p e r a b s o r p t i v i t yi s l i u l e t h ew a t e ra b s o r p t i v i t yo f p a p e rw h i c h a d dt i t a n i u mb e c o m e b i g g e r i nt h i sp a p e r m a c h i n e ，t h ep h e n o m e n o no fs i z i n gr e v e r s e sh a sb e e nn o tf o u n db e c a u s eo fa d d i n g c a l c i u mc a r b o n a t ei nt h ec o u r s eo f p r o d u c i n g c o n e r e t l y a k dc r e a ms h o u l db ea d d e di nt h et h i c kl i q u i d ，j o i nb e f o r et h ec a l c i u mc a r b o n a t e t h ew a t e r a b s o r p t i v i t yo f t h ep a p e ri sm o r es t e a d y t h ec o n t e n to fm o i s t u r eo ft h ep a p e ri sl o w , n a m e l yi m p r o v et h et e m p e r a t u r eo ft h e d r ) ，i n gd e p a r t m e n t ，i sf a v o r a b l et ot h es t a b i l i t yo f t h e w a t e r a b s o r p t i v i t y t h e g a t h e r i n go f a n i o nr u b b i s hi su n f a v o r a b l et os t a b i l i t yo ft h ew a t e r a b s o r p t i v i t yo f p a p e rw i t ha k d n e u t r a l s i z i n g a n das m a l la m o u n to fa l u m i n i u mi o n ( p a c ) h a s c o n t r i b u t e dt os t a b i l i t yo f t h ep a p e rw a t e ra b s o r p t i v i t yi nt h es y s t e m t h es o f tc a l e n d a r si sv e r yl i g h tt oi n f l u e n c et h ep a p e rw a t e ra b s o r p t i v e i tc a l lb e n e g l e c tn e a r l yt h i si sd i f f e r e n tf r o ms o m e v i e w s t h ed e n s i t yo fs u r f a c es i z i n gl i q u i di s h i g h e r , c o b bv a l u eo fp a p e ri s l o w e r i t i m p r o v ep a p e r w a t e r - r e s i s t a n c e a st h eq u a n t i t yo fc a t i o ns t a r c hi si n c r e a s e d ，t h ep a p e rw a t e r a b s o r p t i v i t yi sr e d u c e d g r a d u a l l y w h e nt h i ss o u rt y p es a l i n ea d d i t i v ei sa d d e d ，t h ep a p e rw a t e ra b s o r p t i v i t yb e c o m e g r e a t k e y w o r d s ：t i s s u e p a p e r ；w a t e ra b s o r p t i v i t y ；c o b bv a l u e ； n e u t r a l s i z i n g ；s i z i n gr e v e r s e s ；a d d i n gp o i n t ； f i r s tp a s sr e t e n t i o n ； s p e c i f i cs u r f a c ea r e a ； a d s o r p t i o n ；s i z i n gc u r v e ； s o f tc a l e n d a r s ；a c t i v eh y d r o g e n 1 1 i 致谢 n 7 5 9 2 2 2 本论文是在校内导师金永灿副教授和企业导师施正锐高级工程师的悉心 指导下完成的。一年多来，两位导师严谨的治学态度、渊博的知识、踏实的工 作作风、严厉而宽厚的师德，使学生受益匪浅。为此，特向导师金永灿副教授 和施正锐高级工程师表示最真诚的谢意 在论丈开题过程中，南京林业大学和民丰特种纸股份有限公司有关领导和 老师提出了许多建设性的意见；在论丈进行过程中，民丰特纸公司林尤长教授 级高级工程师给予许多有益的建议和帮助，在此一并致以深深的感谢。感谢三 年来民丰特纸公司领导给予的支持和照顾；感谢班主任李英杰书记的关怀和帮 助；感谢民丰特纸公司的沈兴楠工程师和蔡晓明工程师在实验中提供的帮助 感谢民丰一本科特纸业有限公司给予的帮助并提供了大量的数据：也感谢风雨 同窗三年的全体同学给予的关心和帮助。 最后，对工程硕士研究生在读期间给予我关心和帮助的所有老师、同学、 朋友和家人表示衷心的感谢! 张永良 二o o 五年七月 南京林业人学工程坝f 一研究生毕业论文 1 前言 薄页纸吸水性主要影响因素的研究 1 1 课题来源 2 0 0 2 年，民丰特种纸股份有限公司建成投产了一条高档薄页纸生产线。该纸机设 计规模为年产2 万吨定量在4 0g m 2 以下的高档薄页纸，如高档离型原纸、无碳复写 原纸、水松原纸、真空镀锚原纸、成型纸、圣经字典纸等。其主体设备长网纸机从法 崮a l l i m a n d 公司引进，采用稀释水系统的中心布浆流浆箱，a s i z e 表面施胶机 和诈反两道软压光，抄宽3 3 8 0 m m ，工作车速5 0 0 1 r d m i n ，并配置了西门子公司的传 动操作系统和h o n e y w e l l - - m e a s u r e x 公司的d c s 、q c s 控制系统等，整条牛产线的装 备和控制系统具有当今生产高档薄页纸的先进水平。但在一年多的生产运行过程中， 出现了一系列影响纸页质量的问题，特别是成纸吸水性( 施胶度) 的波动，造成了较 多的产：品不合格而回炉，损失较大。在具体分析、解决吸水性( 施胶度) 波动这个问 题的实践过程中，对纸张吸水性的影响因素，特别是对采用a k d 中性施胶的影响因 素进行了一定的研究。具体从施胶剂与纸浆纤维作用，改善纸张吸水性的作用机理分 析：中性松香胶乳液与a k d 是完全不一j 的，由下反应机理不同，其影响凶素的作用 机理也会不一样，而有些研究论文中对这些的分析有点模糊，并且以往的有些结论与 这台纸机的实际也不尽相同，这些将不利于指导生产实践。 1 2 研究目的与意义 迄今为止，中性施胶用于我公司这种加填量较大的高档薄页纸生产的研究尚未见 报道。本文结合我公司生产线的实际运行情况，研究了生产过程中a k d 中性施胶对 纸页吸水性能的主要影响因素和其他对吸水性能的影响因素，旨在通过对这些因素的 南京林业大学t 程砸h 叶究生毕业论支 分析、研究，在前人研究的基础上进一步明确中性施胶的反应机理，使造纸t 作者在 实际运用时能更好地优化工艺条件，及时调节各种影响因素，稳定产品质量，提高成 品率，获得较好的经济效益。 南京林业大学工程碗l 酬究生毕业论文 2 文献综述 2 1 纸张的吸收- 性能 造纸术语中纸张的吸收性是指纸或纸板对水或其他有机溶液的吸收程度”1 。纸是 由纤维组成的，纤维具有亲水性；纤维间的毛细管使纸具有多孔性而具备吸水性能。 由于测定纸张吸收性能大多以水作为介质，因此，纸张的吸收性也就是纸张的吸水性。 描述纸张吸水性质的常用术语是施胶度、抗水性和吸水性。 2 2 纸张的吸收性能的测试方法 测定纸张吸水性的方法有毛细管吸收速度法、表面吸收速度法、表面吸收重量法 和吸收重量法四种川。 2 2 1 表面吸收速度法 一般纸张的施胶度以墨水划线法来测定，属于表面吸收速度法。墨水划线法：将 1 5c m 15c m 的试样铺在玻璃板上，用划线器保持4 5 度角，以每秒钟1 0c m 的速度 沿试样纵向成4 5 度角的方向并排化划出约l o c m 的线条，宽度从0 2 5 m m 开始，依次 递增至2 o m m 。划线至终点时，划线器在线条末端停留1s ；划线前，鸭嘴笔充墨水的 高度应控制在4 5 度角时的最大含量。所用墨水系施胶度测定标准墨水。待线条在标 准湿度下风干后，即按渗透扩散比较板鉴定其施胶度，线条两端各1 5c m 以内不作鉴 定。按试样正反面分别测定施胶度至少3 张，以正反面测定全部合格的最大宽度表示 结果。单面使用的纸张只测定正面的施胶度。墨水划线法以线宽度( r a m ) 来表示结 果【2 1 。 南京林业人学t 稃顽l 研究生毕业论文 2 2 2 毛细管吸收速度法 纸张的抗水性以s t o c k i g t 法测定，属于毛细管吸收速度法。s t o c k i g t 法是种漂 浮试验法，通常是将纸样边缘向上折叠使其成为“船”型，然后放在测试液的表面。在 水漂浮试验中，测试液是水，当水渗透到纸样的上面达到规定程度时，即为终点。在 s t o c k i g t 法试验中，将浓度为l 的氯化铁溶液施于纸样的表面，然后浮丁2 浓度时 的硫氰酸铵溶液上，当硫氰酸铵透过纸样并与氯化铁反应时，便会显示亮红色，此即 为试验终点。它以时间秒( s ) 表示结果【2 i 。另一种毛细管吸收速度法用吸水升高的高 度或时间来测定，通常是在标准温度和湿度情况下，水沿着与液面垂直的纸或纸板上 升的速度，其结果以一定时间内液体卜升的高度( m m ) 表示或上升一定高度所需要 的日i j 问长短( s ) 表示 3 1 。 2 2 3c o b b 试验法 纸张的吸水性以c o b b 试验法属于吸收重量法。这一方法需要使用一个金属盘和 一个环，使其与被测纸样的一个面接触，经一定时间纸样吸收水，取下纸样兴在滤纸 中，用定质量的滚筒压过滤纸后，即称量纸样的增重。通常接触面积为1 0 0c m 2 ， 时问为1m i n ( 接触时间为4 5 秒，完成测定过程时间总计为1 分钟) ，以g m 2 表示舶。 2 2 4 其它测试方法 除此之外，还有其他方法测定纸页的液体吸收性能。如用l g l 的注射器，吸满蒸 馏水后，滴于覆在洁净玻璃上的纸页中央，以单位时间内润湿纸页的面积( 半径) 表 示，或以润湿单位面积( 半径) 的纸页所需时间表示结果。 接触角测试方法。 塑塞整些茎兰王堡! 坚! ：竺塑生兰些堡兰 纸张的吸收性取决于纤维的性质、浆料的打浆度、纸张的结构、纸机的抄造条件 和浆内施胶、表面施胶等，其中主要影响因素是施胶。因此，研究纸张吸水性丰要是 研究施胶的影响因素。 2 3 施胶剂性能及其作用机理 疏水( h y d r o p h o b i c ) ：即本身具有憎水性长链脂肪烃基，大多数施胶剂还带有 亲水基，如松香酸中含有羧基、中性施胶剂中的双烯酮基、异氰酸酯基等。 留着( r e t e n t i o n ) ：本身带有正电荷或在其他助留剂、铝盐帮助下，留着在带 负电荷的纤维上；并能均匀分布在纤维表面。 定向( o r i e n t a t i o n ) ：疏水基朝外排列，而亲水基则通过多价金桶离子或自身 和纸纤维结合，使表面能降低，防止水分浸润和扩散，即在纤维表面施胶剂分子间的 空间必须能有效地排斥水。 固着( a n c h o r i n g ) ：通过化学键合或物理吸附作用与纤维结合，施胶主要是通 过施胶剂自身的反应性官能团与纤维键合，或通过铝盐与纤维羟基形成配位键；而后 种作用力较弱，施胶效果不稳定，如石蜡胶在较高温度时可发生疏水组分的迁移。 2 4 中性施胶 2 4 1 中性施胶的特点 施胶可分为酸性施胶和中性施胶。由于具有诸多的缺点，传统酸性造纸逐渐淘汰， 而中性施胶或者说中性造纸具有众多的优点： 填料由滑石粉改为自度高、价廉的碳酸钙； 助留剂由矾土( 硫酸铝) 故为阳离子淀粉和聚丙烯酰胺( p a m ) 等的双元助 留，提高首程留着率： 南京林业人学工程蝴卜研究生毕业论文 明显改善纸张性能：提高成纸强度、白度、不透明度、耐久性、抗水、抗油、 抗碱性和印刷适性： 节约浆料降低成本，叫用填料代替部分纤维，含碳酸钙损纸回抄方便； 白水可以封刚循环利用、减少环境污染，节约用水： 减少设备腐蚀，延长网布、毛毯使用寿命： ，纸机湿部系统清洁，泡沫、污垢少，改善纸机运行性能，提高生产能力； 降低能耗，可以降低打浆度，提高干燥效果，降低蒸汽消耗。 因此中性造纸已经成为一种趋势和事实。以美幽为例，中性或碱性施胶纸的比例 由1 9 8 9 年的1 3 4 4 上升到1 9 9 0 年的6 2 5 ，1 9 9 5 年已达8 0 0 9 t 2 1 。 2 4 2 中陛施胶剂 中性施胶剂又可分为t 反应型”中性施胶剂和“自行【置i 着型”中性旌胶荆。在 众多的中碱性造纸施胶剂中，最受厂家青睐的当属被称为纤维素反应型施胶剂的烷基 烯酬二聚物a k d 和烯基琥珀酸酐a s a 。由于a k d 的施胶效率比a s a 的高，不需现 场乳化，且水解倾向不如a s a 明显，纸机湿部较为清洁，较少有粘辊和结垢问题， 因此a k d 比a s a 应用得更为普遍。a k d 施胶剂最早是由美国h e r c u l e s 公司丁2 0 世 纪5 0 年代丌发的。其结构式为： h l r c = c o ii ( 其中r 、r 为烷基) r 7 一c c = o i h 通常以硬脂酸、棕榈酸的混合物与氯化业砜等酰氯化剂反应，生成硬脂酸氯，用 脱氯剂生成十六烷基烯酮，再用三乙胺脱酸、二聚得到十六烷基烯酮二聚体： 南京林业大学丁程颧f 研究生毕业论史 c 1 7 i - 1 3 5 c o o h + s o c j 叶c 1 7 h 3 5 c o c i 脱氯荆 c l7 h 3 5 c o c l _ ( c 1 6 h 3 3 c h = c = o 2 ( c 1 6 h 3 3 c h = c = o ) _ c 1 6 h 3 3 c h = c - o if c1 6 h 3 3 c h - c = o 十六烷基烯酮二聚体是种低熔点( 一般在4 3 6 5 。c 之间) 的浅黄色蜡状非离了 性固体，不溶于水。熔点视a k d 分子烷基长链卜- 的碳原子数而有变化，作为造纸浆 内施胶剂，其熔点一般在5 5 6 5 。c 范围。通常是将其熔化后加入乳化剂进行高j f i 乳化， 得到水包油型的a k d 乳液。为使得a k d 有效地留着到纤维上进行施胶反应，赋予 纸页应有的抗水性能，非离子的a k d 粒子必须使其带上电荷，最好是正电荷，d n x 纸料中后能依靠与负电荷性纤维间的静电吸引力定着到纤维上。 常用的a k d 阳离子乳化剂有阳离子淀粉和阳离子聚合物量类。早期a k d 采用 刚离子淀粉作为乳化剂，因阳离子淀粉来源丰富，价格便宜，a k d 乳液制备工艺简 单，如苏州依卡化学品公司的k e y d i m e 2 b 、k e y d i m e c 等。但是阳离了淀粉的电荷密 度较低、分子质量较大，与a k d 粒子的结合强调也较低，而且阳离予淀粉一般都含 有2 5 左右的直链淀粉，易产生凝胶，使得a k d 胶分布不均匀，因此乳液的稳定性 和施胶效果较差。新型的a k d 乳液多用聚胺型阳离子树脂作为乳化剂，如依卡化学 品公司的k e y d i m e d l 、k e y d i m e d l o 、k e y d i m e e 和k e y d i m e 3 3 等，这种a k d 乳液的 稳定性和施胶性能均有明显提高。m a r t o n 4 1 发现在强剪切条件下淀粉型a k d 在纤维 卜的保留率仪为2 0 ，而树脂型a k d 可达7 6 。a k d 的合成和乳化技术进展很快， a k d 乳液的浓度已由最初的6 1 3 提高到现在的2 0 2 5 。最近丌发的第二代 高固含量a k d 乳液，其保护剂含量是a k d 蜡的1 5 2 倍，据称其水解速度和迁移 趋势比传统的a k d 乳液低得多5 。 a k d 是一种不饱和内脂，它的分子式中有个内脂环和两个烷基侧链。一般认为 南京林业人学丁程硕十研究生毕业论文 其内脂环是反应性官能团，可以打开与纤维素表面的羟基发生反应，生成不口j 逆的b 一酮酯，并固着在纤维上，且疏水性的烷基朝外，在纤维表面形成一层稳定的薄膜， 使纤维由亲水性转变为疏水性，从而使纸页产生抗水性能“。 c 1 6 h 3 3 c h = c o + c e l l - o h 一_ c 1 6 h 3 3 c h 2 - c c h c l 6 h 3 3 ji | | j c 1 6 h 3 3 c h c = oo c = o l o c e l l ( g l ：维素) 有不同的观点认为：a k d 是蜡状固体，被乳化剂制成乳液后带阳电荷，在施胶 过程中乳液巾的细小粒子借助于本身的阳电荷和助留剂，留着于带阴电荷的纤维表 向：在干燥阶段a k d 粒子熔融，在纤维表面扩散和重新分布，形成高度取向的单分 了二层，并与纤维分子l 的羟基发生酯化反应形成其价键而牢固地键合在纤维上( 其憎 水基圳转向纸面) ，从而达到优良的施胶效果1 7 1 。 “自行圃着型”中性施胶剂主要有阴离子中性施胶松香胶乳、阳离子分散松香胶 和其他阳离子型中性施胶剂( 如石油树脂衍生物、苯乙烯一丙烯酸脂或马来酸亚胺衍 生物共聚物等) ，现在使用较多的是阳离子分散松香胶。松香胶自1 8 0 7 年用于造纸工 业，至今已有近2 0 0 年的历史，由于价廉易于制备，施胶度易控制，废纸容易处理等 优点，至今仍为国际造纸工业常用的施胶剂。从8 0 年代开始，国内外进行了大量的 研究，丌发出以松香为母体的中性施胶剂，美国h e r c u l e 公司称之为第四代松香胶 刚离子分敖松香胶。实际上这是一种带f 电荷的高分散松香胶，其中含有大量松 香酸分了。它与皂型胶( 松香用碱皂化生成松香皂，制成中性松香胶，以后发展为 6 0 8 0 部分皂化，制成白色松香胶，以上两种松香胶均为皂化胶) 虽然都是用松 香为主体制成的施胶剂，但由于制备的工艺不同，胶液的组成和理化特性均大不相同， 有许多皂型胶所无法相比之优点。目前广l 本、欧洲、北美均有此产品，国内也有众多 厂家生产。新型的阳离子松香胶不仅具有反应型施胶剂a k d 和a s a 的全部优点外， 南京林业大学工程碗 ：t 5 j f 究生毕业论文 同时还克服了它们的不足之处，故在应用上已具有同升之势，市场前景看好，有可能 将来成为主要的中性施胶剂2 1 。 分散松香胶的阳离子化有两种类型：阳离子分散型和自身阳离子型。阳离子分散 型是通过阳离子表面活性剂对松香进行乳化，使胶乳表面带f 卜电荷。这种类型的分散 松香胶的制备方法有多种，从国内外的发展趋势来看，比较典型的是采用“逆转乳化 法”。此种方法所用的原料基本无毒，可在常压下进行，制造方法及t 艺简便易行， 投资费用较少。“逆转乳化法”：以天然松香和3 的马来松香为原料，加热熔融，在 常压下搅拌，加入乳化剂水溶液，得到水舳型乳液( 即水溶于松香液中) ，然后在高 速搅拌下继续加水，使水油型乳液变型逆转为油水型，使松香分散于水中制成分散 松香胶。此方法的特征是；随着水的不断加入，松香液由水油型，逆转为油水型， 制成稳定的松香分散体，所得的胶称为“逆转胶一。制备逆转胶主要的影响因素有乳化 剂的选择及其用量、搅拌速度、乳化温度和浓度等。而自身阳离子化则是利用羟基的 反应或通过松香与不饱和阳离子小单体共聚，存松香分子卜引入阳离子基，以实现刚 离子化。 阳离子分散松香胶具有中等f f 电荷密度，其施胶机理是依赖静电引力，吸附到带 负电荷的纤维表面，自行留着并均匀分布。然后自身或通过少量锚盐与纤维同着，在 干燥时将松香分子定位，使疏水基转向纤维外侧，而亲水基与纤维素上的羟基结合， 形成一层良好的疏水层，使纸页的吸水性下降。 阳离子分散松香胶与a k d 乳液施胶性能的比较2 1 ，详见表1 。 表l 阳离子分散松香胶与a k d 乳液施胶性能的比较 项目刚离子分散松香胶a k d 乳液 外观 乳液稳定性 使用方法 施胶速度 施胶度控制 向色乳液 稳定 与少鼍硫酸铝并_ i _ j 快 容易 白色乳液 数月内水解 v 刚离子淀粉共州 慢 凼难 2 5 影响纸张中性施胶吸水性能的因素 2 5 1 纤维的性质对纸张吸水性的影响 棉纤维、阔叶术化学浆、漂白亚硫酸盐浆及磨木浆等有良好的吸收性“l 。用a k d 施胶时吸水性表现为漂白针叶木浆 漂白芦苇浆 漂白阔叶木浆陋1 ；林尤长等9 j 认为： 吸水性是草浆 木浆，本色浆 漂白浆，白度低的浆 白度高的浆，一次纤维浆 二( 多) 次纤维浆，q 一纤维素含量低的浆姐一纤维素含量高的浆，k p 浆 s p 浆 c t m p 浆 t m p 浆 g p 浆：裴少波等5 1 则认为：吸水件是木浆 草浆，阔叶木浆 针叶木浆，化 学浆c 机械浆。用阳离子分散松香胶施胶时，吸水性则为针叶木浆 阔叶木浆，未漂浆 c 1 6 h 3 3 c h 2 - c = o o 一- - * c 1 6 h 3 3 c h 2 一c c h 2 c 1 6 h ”+ c 0 2 lii | | c 1 6 h 3 3 c h _ c = oc j 6 h 3 3 一c h co h o 常用的助留体系有双组分助留系统、微粒体系和絮凝体网络。助留机理是细料的 凝聚( 电中和，异凝聚和补丁) 和絮凝( 架桥絮凝和网状絮凝) 。 南京林业大学1 = 稃硕j 研究生毕业论殳 2 5 4 打浆度和细小纤维的影响 同等的浆料打浆度高，增加施胶效果，吸水性降低”l 。 众所周知，上网浆料是含有各种大小、形状和组成不同的固体物料的悬浮物，纸 料巾除了或多或少地存在着整根纤维以外，还存在着相当数量的细小纤维。一般来说， 纸浆中通过7 5u m 小孔( 2 0 0 目) 的粒子构成细小纤维部分i ”l 。 | 于细小纤维颗粒的体积小，单位质量有很大的表面积。j m a r t o n 4 l 报道细小纤 维的表面积是纤维的5 8 倍，如下表4 所示： 表4 纤维与细小纤维比表面积比较 纤维组分0 8 1 6 m 2 g 细小纤维组分 3 0 46 m 2 佗 比表面积大，吸附力强。由于绝大多数的湿部化学反应是发生在纸浆中各组分的 表面上，冈此，纸料中的湿部添加剂将会优先吸附到细小纤维上( 见表5 ) ，过多增加 细小纤维量意味着要达到规定的施胶度就需要更多的胶量2 1 。 注：纤维的比表面积最小，它对化学助剂的静电吸附作崩也最低 以纤维的吸附强度为基准，则填料和细小纤维对化学助剂的 相对吸附强度要高出许多倍。 2 5 5 填料的影响 不同的填料对a k d 施胶效果有不同的影响，硅藻土对旌胶的影响较大，碳酸钙 南京林业大学丁程顺j 研究生毕业论史 的影响较小【3 1 。而裴少波等则认为：p c c 填料对a k d 的吸附能力比瓷土和白垩上更 强，即影响很大；填料对a k d 旌胶有不利的影响，随着填料加入量的增加，施胶效 果要下降，吸水性增大2 ，5 ，。 加填碳酸钙的a k d 施胶纸页在存放一段n cr = j 之后，施胶度会出现不同程度的卜 降，这种现象被称为施胶逆转( 假施胶) 【2 l5 1 。旎胶逆转是一个在周围环境诱导卜， 随时间的变化，内部施胶的部分自然消失过程。其机理是随时间变化，环境诱使a k d 施胶纸纤维表面的a k d 分子发生重组：憎水的a k d 分子在特定湿度环境下有比较 高的能量，a k d 的碱基链发生重组，重组后纤维表面a k d 分子的表面能降低，增加 了纤维表面的暴露程度，因而降低了对水的排斥能力，旌胶效果部分消失。 c o l a s u r d o 和t h o m l l 7 1 认为，填料对a k d 的吸附能力和填料的碱度对纸页的施胶 逆转影响很大：碱性的碳酸钙填料会使纸贞中未反应的a k d 水解，导致纸页的施胶 度下降。山于p c c 填料对a k d 的吸附能力比瓷土和自垩土更强，而且p c c 填料的 碱度大于g c c 的碱度，因此加填p c c 的纸页更易出现施胶逆转。m o y e r s “8 猜测部 分a k d 会与纸页中的碳酸钙填料结合牛成6 一酮酸钙，并且疏水性的烷基朝外，因 此，这部分a k d 也会表现出一定的施胶效果。但由于b 酮酸钙非常不稳定，易水 解生成酮，而酮对施胶，l 乎没有贡献，因此这部分a k d 只有暂时的施胶效果。这或 许是加填碳酸钙的纸页容易出现施胶逆转的原因。 另外一些研究认为，在出现施胶逆转中发现含有碳酸钙的纸似乎不太敏感：当这 止j 碳酸钙是细颗粒、高表面积或碳酸钙中残留氢氧化钙的量较大，即高碱度时增加施 胶逆转的趋势引。如改用粒径较大的p c c 作填料，情况会有所改善，这或许是由于 粒径较大的p c c 填料其孔隙体积反而减小5 1 。 还有研究结果认为，用其他填料如瓷土、钛白粉不会使a k d 施胶逆转；增加a k d 的用量也会降低逆转。 南京林业人学工程硕卜研究生毕业论文 2 56 施胶剂添加点的影响 a k d 的添加点对纸页吸水性影响很大。为了减少填料对a k d 施胶的不利影响， a k d 的添加点应远离填料的添加点，以减少a k d 被填料表面吸附f ”。由十a k d 粒 子表面的阳离子包裹物赋予非离子a k d 粒子以阳电荷，但阳离子乳化剂分了与a k d 粒子表面结合的强度直接影响到a k d 胶料在纤维表面的吸附能力。因为a k d 胶加 入浆中受水的剪切力、机械剪切力和与纤维表面的摩擦力作用，有可能会将a k d 粒 r - 5 l - 的阳离子包裹物剥离，使带阳电荷的a k d 胶柁失去电性，失去在纤维卜- 的留着 能力。而失去电性的a k d 粒子就会随白水一起循环，在碱性条件下发生水解。为此 施胶h , ja k d 的加入地点就显得极为重要，一般要求靠近流浆箱处添加，这样可以尽 量避免a k d 的过y - ；d n j v 造成部分水解吼还有观j _ 认为a k d 的加入点必须在加入 碳酸钙之前，这样可最大限度减少碳酸钙对a k d 的吸附作用，从而提高a k d 的利 用率【7 j 。总之，a k d 的加入点应考虑几点：与填料反应最小处；与其他助剂反应最小 处：与高温接触时间最短处。 2 5 7 成纸水分的影响 般认为，成纸水分越小，施胶效果越好，其吸水性也越小。对于某台纸机来