AKD技术资料.doc

佛山市南海区罗村芦塘骏能造纸材料厂AKD中性施胶剂1、AKD化学名：烷基烯酮二聚体。AKD中性施胶剂属于反应型施胶剂，需要在水分较少、温度较高时与纤维发生化学反应，才能起到抗水作用。结构式：R-CH=C-CH-R | O- C=0（R，R为C14-C18烷烃） R-CH2-C-CH-R R-CH2-C-CH2-R | | O C=O O | O-纤维 （水解产物） 用于AKD施胶剂合成的硬脂酸一般选择C14到C18，碳链越长，则熔点越高，施胶效果越好，但乳化越困难；反之，则熔点越低，施胶效果差，容易乳化，乳液稳定性差。如果以50%硬脂酸与50%棕榈酸为原料合成AKD，则乳化性与施胶效果较为平衡。（棕榈酸为十六烷酸，属软脂酸，熔点为63.1），现在多以硬脂酸为原料制备AKD，一般为1840硬脂酸（即C18含量为40%）。2、技术指标 外 观：乳白色液体 固含量：（15 0.5）% pH 值：2.0 4.0 粘 度： 20 mPa s（25 ） 分散性：冷水中易分散 离子性：阳离子 保质期：30天（5 30 ）1 固含量的测定方法及注意事项与PPE湿强剂相同。2 pH值测定方法与PPE湿强剂相同，如果发生水解，乳液的pH值会有所升高，且不能与碱性物质混合，以免破坏内酯环的稳定，AKD施胶剂发生水解。3 AKD施胶剂粘度较小，一般使用乌氏粘度计测定，但目前有的企业使用转子粘度计测定（0#转子），不同型号的粘度计测定值可能存在差异。粘度较大，AKD乳液保质期较短。如果乳液的粘度出现明显增加，则说明AKD乳液已经发生水解，水解物棕榈酮粘性较大，所以粘度增大。4 正常AKD乳液分散性较好，分散性与乳液本身粘度有一定关系，所以如果AKD乳液发生水解，粘度增大，则分散性会降低。5 AKD乳液的保质期与存储环境、生产工艺有关。环境温度过高过低，保质期都会缩短，所以储存环境应避免高温、暴晒，保持阴凉通风。生产时乳化剂的不同、剪切均质、粒径分布、粘度、pH值等，都会影响到乳液的储存稳定性。一般AKD乳液的储存期在12个月，较长的可达612个月。6 AKD乳液水解表现： pH值升高； 粘度增大，或者包装桶内上中下液位的粘度不同（上高下低）； 包装桶因产生二氧化碳而发胀，液面有气泡； 乳液出现分层，粒径增大，较轻时会有颗粒、挂壁现象，严重时直接呈豆腐花状漂浮物； 在水中的分散性明显降低。3、施胶机理AKD粒子加入到浆料中，乳液粒子与纤维发生电荷吸附，在干燥时随着温度升高、水分减少，AKD上的内酯环与纤维上的羟基发生酯化反应，形成共价键结合而固着在纤维上，在纤维表面形成一层稳定的薄膜，疏水性的碳链向外，使纤维由亲水性变为疏水性，从而使纸页获得抗水性。施胶过程为：留着纸机湿部需要加入阳离子助留剂，提高AKD的留着，在生产中，一般可以通过提高系统留着率来提高AKD在系统中的性能。分布在干燥过程中，加热使AKD粒子在纤维表面分布和扩展 。定向和固着在纸张干燥和存放过程中，AKD的内酯环与纤维素羟基发生酯化反应，定向和固着在纤维上，完成施胶作用。4、添加方法一般采用计量泵连续添加的方式，在冲浆泵至压力筛之间加入，同时配合阳离子淀粉和聚丙烯酰胺使用，效果更佳。如果是小型纸机，没有合适的添加点，需要在浆池内加入时，需要稀释后再加入，但在浆池内添加时，AKD水解较多，施胶效果有所下降。稀释后连续添加也会因AKD乳液pH值升高，内酯环活性增强，与水分子发生反应，产生水解。稀释后的乳液尽量在8个小时内用完，在浆池内混合的浆料最好不超过4个小时。加入AKD至抄片间隔时间 hCobb值 (g/)0230.5211.0251.5262.0 272.5323.0333.534加入顺序一般为：阳离子淀粉（或硫酸铝）AKD聚丙烯酰胺。阳离子淀粉（硫酸铝）可作为系统清洁剂，为AKD粒子与纤维结合创造更多条件，聚丙烯酰胺起到助留作用，提高AKD粒子的施胶性能。实验室小试时，使用硫酸盐未漂针叶木浆（叩解度16oSR，湿重9.7g），加入4kg/t纸AKD乳液，未加助留剂，施胶度为0，加入0.5kg/t纸助留剂后，施胶度为40g/左右。说明助留剂对AKD施胶的作用非常明显。 根据不同纸种，一般参考用量为每吨纸8 15kg。5、AKD施胶的优点 适宜中碱性抄纸，设备腐蚀小，纸品储存期长。传统的酸性抄纸pH值较低，设备腐蚀严重，加入大量硫酸铝后，纸质发脆，保存期较短，且纸张容易返黄。加入松香施胶剂，系统泡沫多，对纸机抄造较困难。使用AKD施胶，纸张强度好、柔软性好、白度和不透明度高、耐久性及印刷性好，纸张保存期是酸性纸张的610倍。 适宜各种体系，并可单独使用。对各种原材料体系较为适应，几乎可以应用于所有浆种。自身留着性较好，可以不用借助定着剂就能与纤维结合，而松香施胶剂则必须借助硫酸铝才能在纤维上定着。如果抄造环境较差，尤其使用二次纤维原料，系统封闭循环，化学品加入种类较多，此时可以加入少量阴离子垃圾捕捉剂（阳离子物质，如硫酸铝、聚铝或其他中等电荷密度物质），可对系统进行预处理，为AKD粒子与纤维结合创造条件。 减少污染物排放。使用中性抄纸，水中的离子浓度减少，使白水回用比例可大幅增加，白水系统也更利于封闭循环。对环保排放的压力将减小，还可以降低抄造成本。 降低制造能耗。获得同样叩解度，在中碱性体系下打浆的能耗比酸性体系下打浆的能耗少2030%，因为纤维在碱性条件下，更容易吸水润胀，打浆时更有利于分丝帚化。中碱性抄纸，不用添加或少量添加硫酸铝，对网毯的堵塞也大为减少，对滤水、清洗以及网毯寿命都有改善。湿部脱水改善，纸页容易干燥，蒸汽用量降低，从而降低生产成本。 可使用碳酸钙填料，降低生产成本。使用碳酸钙最为填料，可提高纸张白度及不透明度。而酸性施胶不能使用碳酸钙，只能使用价格较高的滑石粉作为填料，而滑石粉的白度及遮盖性比碳酸钙要差。酸性施胶时不能添加碳酸钙，因为碳酸钙会与松香酸反应生成松香酸钙沉淀，产生粘性，反应过程中放出大量二氧化碳气体，使整个抄造系统产生大量稳定的泡沫，对系统带来抄造困难。 减少增白剂用量。荧光增白剂在中性条件下不易返黄，不仅能提高纸张白度，还能减少增白剂的用量。 施胶成本降低。虽然松香施胶剂用量较少，但价格较高，再加上硫酸铝的成本，整个施胶成本远远高于AKD施胶成本。目前只有少数特殊用途纸种或工艺要求必须采用松香施胶的会用到松香施胶剂，其余大部分都已转为AKD中性施胶。6、AKD施胶的缺点 有熟化期，一般需要1224h才能完全熟化。AKD施胶剂具有热固性（熟化期），此特点与PPE湿强剂比较相似。AKD施胶剂的熟化与抄造条件及储存条件有较大关系。 干燥温度较高有利于AKD的熟化，温度越高，纸页水分蒸发越快，AKD粒子熔化与纤维酯化反应的就越好，纤维抗水性也就越好。在不影响纸张强度的情况下，可将干燥部前烘缸温度提高，使纸页水分蒸发的速度加快，降低AKD粒子的水解程度。 干燥时尽快除去纸页中的水分，可使AKD粒子与纤维上的羟基尽快发生酯化反应，使纸张具有抗水性。纸页水分较高，尤其是储存时纸页水分较高，或者环境湿度较大，纸张易吸潮，会使纸页中与纤维反应的AKD内酯环与活性更强的水分子发生反应，从而使AKD水解失去抗水性。所以使用AKD施胶剂的纸张在干燥时需要尽快脱水，成纸水分尽量走下限，且储存环境的湿度不能太高（70%以下）。在南方梅雨季节，使用AKD施胶经常会遇到施胶度下降，施胶剂用量增大的情况，主要就是空气中湿度较大（90%以上），纸页中的AKD发生水解，施胶度下降较快。使用海运运输纸张时，也会遇到此类现象。 纸机车速越快，则干燥温度要求越高，纸张水分蒸发的越快，且纸卷内部的温度损失也就越少，纸卷内的温度较高，对AKD的熟化有很大帮助。车速较快的纸机，通常复卷之后就能达到完全熟化。相反，纸机速度较慢，在卷取时干纸页的温度大量损失，卷纸后AKD粒子与纤维的反应速度也较慢，也就是熟化慢，而且还可能产生更多的AKD水解。 产品易水解，水解物较难处理。AKD粒子不稳定，在生产、储存及使用过程中，随时都在发生水解，因AKD内酯环在中碱性下活性较强，所以AKD施胶剂必须保存在酸性条件下，以减缓AKD与水分子反应（水解）。AKD水解物是没有施胶作用的棕榈酮，该物质粘性较强，水解物絮聚后会对网毯、烘缸产生沾污，抄造困难，产生纸病。在生产白纸时，AKD水解物容易吸附染料，使纸张表面产生色点或色斑等纸病。 存在施胶逆转、假施胶现象。施胶逆转就是纸页刚开始有抗水性，但经过一段时间后，纸页的抗水性出现下降或者完全消失的现象。AKD粒子没有与纤维素发生有效反应或者没有反应，在熟化过程中，各种影响因素都有可能导致与纤维素结合不牢固的AKD粒子或没有反应的粒子与水分子发生反应，产生水解，造成施胶逆转或假施胶。 当系统的pH值逐渐升高时，AKD的反应速度加快，施胶效果会逐步增加，同时水解速度也不断加快。一般生产上控制在6.58.5之间，成纸的pH值较高，如果水分也较高，就会导致其中的AKD粒子发生水解，从而产生施胶逆转。 干燥温度不够高，湿纸页浸入干燥后不能尽快降低纸页水分，使得AKD粒子与纤维素羟基的酯化反应速度较慢，没能形成有效的结合。在生产和存储过程中，则会有大量的AKD粒子与水分子发生水解反应，从而降低施胶度，形成施胶逆转。此时需要将烘缸温度适当提高，以加快湿纸页脱除水分，加快AKD粒子与纤维素羟基的有效反应。 纸页水分较高，也容易造成施胶逆转。在湿部，AKD粒子与纤维素发生静电吸附，干燥脱除水分后，粒子与纤维素羟基才能发生酯化反应。如果纸页水分较高，则只有一部分AKD粒子与纤维素羟基最终发生反应，另一部分以静电吸附或者以游离状态存在的AKD粒子则慢慢发生水解，湿纸页施胶度降低。所以AKD施胶，必须尽快降低纸页中的水分，使AKD粒子发生有效反应。尤其在抄造定量较高、层数较多的纸种时更容易发生。 填料游离碱含量较高，会加速AKD粒子的水解。填料的比表面积较小，对AKD粒子的吸附强于纤维，使得大量AKD粒子存在于填料表面（尤其沉淀碳酸钙），在纸页干燥或熟化过程中，AKD粒子熔化后会进入到填料的毛细孔里，使得与纤维素上羟基发生反应的AKD粒子减少，从而降低施胶度。且填料的留着性较差，还会造成一定数量的AKD流失。填料液在制备及储存过程中，都会产生游离碱，且放置时间越长，游离碱越多，游离碱会加快AKD粒子内酯环的反应速度，同时也加快了与水分子的水解反应。所以填料的放置时间不宜过长，应尽快使用。 AKD施胶剂的用量不够也会引起施胶逆转，AKD施胶效果，与AKD粒子熔化后对纤维表面的铺展程度直接相关，如果没有完全覆盖或者刚好覆盖，在部分AKD粒子发生水解时就会出现施胶度下降。所以AKD施胶剂的用量必须超过临界值才能保证纸页有较好的施胶保障。一般认为其临界用量为6.5kg/t纸，但实际用量与浆料及体系有较大关系。 中碱性体系易滋生微生物，在中碱性条件下，体系中又有充足的有机物，适宜的温度环境，造成微生物较容易滋生。如果微生物数量较少，并不会影响到抄造生产。但如果微生物含量较高时，则会产生腐浆，带来纸病，纸机抄造困难，并产生腐败物及气味。尤其在生产白色纸种时，微生物的影响将会更加严重。所以一般中碱性抄纸，都应加入少量防腐杀菌剂以降低微生物的含量。 AKD施胶剂的摩擦系数较低，如果生产中加入过多的AKD施胶剂，则有可能造成纸页打滑，不利于操作。尤其是大缸小纸机，在第一个大缸处没有干网贴紧，如果出现纸页打滑，会造成引纸困难，纸页不贴缸，难干燥。7、施胶度的检测 AKD施胶剂具有熟化期，所以在检测其施胶度时，应取下机纸样放入105 的烘箱内熟化10min，取出纸样冷却后再测定纸张施胶度。如果纸机车速较快，也可以取复卷之后的纸样进行检测。施胶度的检测有多种方法，一般比较常用的有渗透法、墨水划线法（表面吸收速度法）、可勃法（表面吸收重量法）。 药液渗透法使用的药液为1%的三氯化铁、2%的硫氰酸铵，此方法主要用于包装纸，尤其在瓦楞原纸及纸袋纸上应用较多，但该方法对纸张匀度、施胶匀度有较高要求，人为误差较大，测试结果不够客观。此方法的单位是S或者min。 墨水划线法使用专门的鸭嘴笔及专用墨水进行检测，该方法在文化用纸上比较常用，也适用于大部分包装用纸，用以判断纸张的书写性及印刷性。该方法需要判断墨水是否扩散，判断标准因人而异，同样存在许多人为误差，也不是最客观的方法。该方法的单位用mm表示。 可勃法（表面吸收重量法）使用Cobb试验仪进行测试，有60S、120S两种时间，检测用水一般为常温蒸馏水，但大部分企业都是用自来水，也有少量企业在特殊纸种上用温度较高的热水。主要应用于包装纸、纸板、文化纸及涂布纸等，也是目前使用最多的方法，该方法可以避免渗透法及墨水划线法遇到的问题，结果相对较为客观。此方法施胶度的单位是g/。8、 AKD施胶的影响因素 浆料种类的影响 一般木浆好于草浆；阔叶木浆好于针叶木浆；化学浆好于机械浆。要使纸页施胶良好，AKD在纸页纤维表面的覆盖必须达到一定数值，一般在4%5%。阔叶木浆之所以易于施胶可能是由于其湿润表面积较少，只需要较少的AKD即可使纸页的表面积覆盖率达到施胶要求。细小纤维的增加，纤维的总表面积增加，使得AKD对纤维表面的覆盖率下降造成纸页的施胶度下降。 磨木浆的表面积大，胶体物质和溶解的阴离子杂质较多，尽管少量添加聚乙烯亚胺（PEI）等阳离子絮凝剂来提高AKD施胶效率，但AKD的用量大，说明磨木浆不易施胶。 草浆的纤维短，含细小纤维和杂细胞多，并且灰分含量较高，对化学助剂干扰较大，这是引起草浆难施胶的原因之一。 微细组分及其留着率的影响 由于细小纤维和填料具有较大的比较面积，尤其细小纤维的木素和半纤维素含量较高，含羧基等活性基团的数量较多，对添加剂的吸附能力比纤维大得多，因此，大部分AKD会先吸附在细小纤维和填料表面。由于保留在长纤维上的AKD的施胶效率要比保留在细小纤维上的AKD高得多，因此AKD中性施胶体系中加助留、助滤剂的目的不仅要提高细小纤维和填料的留着率，更重要的是要提高AKD在纤维上的留着率，尤其是在长纤维上的留着率。 国内多用CSAPMP组成的双元助留体系，有人发现CSCPMP效果要好于CSAPMP；在保证纸页匀度的前提下，适当增加CPMP用量还可提高施胶度。AKD的施胶效果最重要的是取决于良好的助留体系，对整个助留体系的优化往往比选择AKD品种更为关键。 硫酸铝的影响 有人认为铝离子会与水分子、纤维素纤维以及AKD形成络合物，不但使得AKD不能与纤维素直接结合，而且不利于AKD在纸页上的均匀分布，因而影响施胶。 硫酸铝（用量为0.5%0.6%）与聚酰胺聚胺环氧氯丙烷（PAE）共用，能大大提高AKD在纯木浆中的施胶效率，这或许是由于磨木浆中的胶体物料受硫酸铝和PAE的协同作用而发生凝聚的缘故。 硫酸铝的添加顺序对施胶效果影响很大，先加硫酸铝，AKD的留着率和纸页的施胶度都有所下降；但如果在AKD和PAE之后加入硫酸铝，AKD的留着率和纸页的施胶度则明显提高，这可能是由于先加硫酸铝，纤维上的部分羟基被阳离子型铝离子基团所屏蔽，使得AKD的留着率下降，而硫酸铝在AKD和PAE之后加入，铝离子会与AKD离子表面的脂肪酸和-酮酸形成铝盐，增加AKD粒子的表面电荷，提高AKD在纤维表面的留着率。有人建议在靠近流浆箱处加入硫酸铝，添加量为0.51.5kg/t纸可促进施胶、助留和助滤。但工厂应用表明硫酸铝对施胶效果影响不大。 pH值的影响 当pH6.0时，AKD几乎无施胶作用，在6.57.5之间时，施胶度上升最快，当pH8时，施胶度上升开始减慢。实际生产中一般控制在7.58.5之间。由于羧基是使AKD和其他阳离子助剂留着的主要活性点，在较低的pH值下，大部分羧基被质子化，纤维和细小纤维的表面电荷大大降低，因此不利于AKD在纤维表面的留着；随着pH的增大，羧基被逐渐中和，纤维表面所带的负电荷逐渐增多，留着在纤维表面的AKD也会越来越多，当pH7时，几乎所有的羧基都已电离。 碳酸氢根离子能提高AKD的施胶效果，一种原因是碳酸氢根离子能使AKD在纤维的表面留着；另一种原因是碳酸氢根离子能增强纤维的润胀，使纤维素的羟基充分暴露，从而有利于AKD与之反应。 通常认为碱度