张菊先 岳阳林纸股份有限公司 湖南 岳阳 (414002)

AKD施胶综述

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AKD（Alky Ketene Dimer）是一种阳离子型中 /碱性施胶剂，在中/碱性抄纸工艺中得到了广泛的应用。与传统的酸性施胶相比，中/碱性施胶具有如下优点：可以在保证纸页强度的前提下大幅度提高纸张灰分，降低生产成本；中/碱性施胶系统中的pH值稳定，可以有效减缓纸张返黄，改善纸张品质；可以保持纸机系统清洁，减少对机械设备的腐蚀；中/碱性施胶使纸机白水封闭循环成为可能等等。因而中/碱性施胶已成为施胶技术的发展趋势，逐渐得到推广和应用。

1 AKD的基本化学特征

AKD（烷基烯酮二聚体）是一种蜡质物质，不溶于水，熔点为50℃，能溶于乙醇，苯及三氯甲烷等有机溶剂。商业用AKD是由脂肪酸和硬脂酸生成酸性氯化物，然后聚合成烷基烯酮二聚体而制成。AKD在65.5℃以上极容易水解生成酮。烷基烯酮二聚体的结构式如下：

图1 烷基烯酮二聚体的结构

结构式中，R和R'为烷基，变更不同烷基可以得到一系列的烷基烯酮二聚体，但适于作造纸中性施胶剂的是14烷基和16烷基烯酮二聚体。

它是一种不溶于水的疏水性固体物质，制胶时需加入分散剂和乳化剂，进行乳化后才能用于造纸施胶，而且其乳液必须有尽可能好的分散性，微粒大小需尽可能均一，这对施胶的均匀性影响较大，是充分发挥其施胶效果的关健。常用的乳化剂为阳离子淀粉，加入量均为AKD的10%～20%，乳化后的浓度10%～20%，AKD在水中不稳定，容易生成酮而丧失施胶效果。因此，AKD乳液应在较低的温度下保存，且贮存期越短越好。

2 AKD施胶机理

AKD属反应型施胶剂。在碱性条件下，AKD反应性官能团能够和纤维素上的羟基发生反应，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，使纤维由亲水性变为疏水性，从而使纸页获得抗水性。其作用过程是连续的，第一阶段是在纤维和填料表面上的AKD乳液的留着；第二阶段是在纸机烘干部加热期间的铺展和迁移；第三阶段是AKD分子与纤维素发生化学反应。

3 影响AKD施胶的因素[1]

影响AKD施胶的因素很多，包括浆料参数、pH值和碱度、填料类型和用量、细小纤维量、纤维种类、干扰物（阴离子“垃圾”）和干燥温度等。

3.1 pH值和碱度的影响

采用AKD施胶时，施胶性能与pH的关系很大，一般认为只有在中／碱性条件下，AKD的内酯环才能打开，并与纤维素的羟基反应。有人研究证明，当pH值＜6时，AKD几乎不产生施胶作用，随着pH的增加，AKD的施胶效率逐渐提高，尤其是pH在6.5～7.5之间时，纸页的施胶度上升最快；当pH＞8.0时，纸页的施胶度上升开始减慢。因此，实际生产中pH应控制在7.5～8.5（总碱度在150-250mg/l），此时AKD施胶性能最好。必要时，可向纸料中加入适量的NaHCO3或Na2CO3。

3.2 细小纤维和填料的影响

细小纤维和填料主要是影响AKD的留着效果，进而影响到施胶性能。目前生产中使用的AKD大多带有阳电荷，这样它能很好地吸附在高比表面积、阴电荷的物质上。

细小纤维多，比表面积高，会消耗较多AKD，在AKD相同的情况下，细小纤维含量愈高，施胶效果愈差。公司1～3#机配料中含有较多的苇浆或APMP，细小纤维含量是较多的。

填料，如PCC，通常对施胶性能有负面影响。这有两个原因。一是填料的比表面积比纤维的大，填料上停留施胶剂分子比纤维上的多，吸附到填料上的AKD施胶剂不会大大改善施胶［2］。二是在造纸过程中，由于只有部分填料被留着下来，AKD施胶剂会随同填料一起流失。但另一方面，填料颗粒分布在纤维的周围或纤维之间的空隙内，它妨碍了纤维间的结合，使纸页疏松多孔，提高纸的松厚度，从而纸的吸湿变形小，形稳性得到改善。当强调纸的形稳性时，应适当多加填料。

事实上，通常加入系统中的AKD有80%以上会留着在填料和细小纤维上。要达到理想的施胶效果，要求系统必须有良好的留着率。留着率差还会造成系统中AKD的水解量，带来一些问题。

因此，在节约化学品用量的时候，留着剂是不能减少的，相反，当浆料中阴离子垃圾较多（PCD值较高）时，车间应适当增加助留剂用量，以提高系统留着率。

影响留着率（助留剂效果）的因素很多，由于篇幅的关系，这里不展开讨论。

3.3 浆料种类对AKD施胶的影响

不同种类的纸浆，由于纤维的化学组成、各成分比例、比表面积、Zeta电位不同，对AKD施胶的影响也不同，一般来说，木浆好于草浆；阔叶木浆好于针叶木浆；化学浆好于机械浆（磨木浆）。阔叶木之所以易于施胶，可能是由于其湿润比表面积较小，只需要较少的AKD即可使纸页的表面覆盖率达到较高的施胶度。由于细小纤维具有较大的表面积，所以，对AKD施胶有很大的影响。磨木浆含有较多的细小纤维，而且胶体物质和溶解的阴离子垃圾较多，不宜于施胶；废纸浆料中因含有较多的阴离子垃圾，也难于施胶；从理论上来说，草浆纤维结构及化学组成与阔叶木相似，应较容易施胶，但是由于草浆含细小纤维和杂细胞较多，并且灰分含量较高，对化学助剂的干扰较大，最终引起草浆施胶困难。

在此，需要特别强调的是，据资料介绍，高档文化纸浆料配比中，用少量的杨木高得率浆取代硬木化学浆，只要取代度不超过15%，可改善AKD施胶效果。这是因为高得率浆中含有更多的阴离子基团（羧基和磺酸基），这有助于AKD留着。另外，高得率浆含有大量的木素和细小纤维，这对施胶有积极的作用。

3.4 添加剂对AKD施胶的影响

造纸中使用的其它添加剂对AKD将产生正、反两方面的的影响。有些有利于施胶，有些不利于施胶。阴离子添加剂以各种不同的机理对胶料的留着和固定产生不利影响。如：消泡剂、油、乳化油和润滑剂、树脂分散剂、湿润剂、柔软剂、毛毯清洗剂、氧化剂、阴离子染料和其它阴离子物质（阴离子垃圾）等，对施胶是不利的。这里，再次说明除去浆料中阴离子垃圾的重要性，也说明优化涂料工艺是非常重要的。生产中过多使用消泡剂也是很不利的。

阳离子添加剂主要是通过改变胶料、细小纤维和填料的留着而起作用，对施胶有利。如：湿强树脂、助留剂、助滤剂、干强树脂、阳离子淀粉。

矾土不能直接增强AKD施胶效果，而且大量地加入是有害无益的。矾土用于碱性造纸的目的是为了中和干扰物而改善AKD施胶条件，所以矾土和AKD的添加点最好能分开，并避免过多加入，这点很重要。

3.5 干燥温度对AKD施胶效果影响

图3 AKD施胶理想干燥曲线

为改善AKD施胶效果，干燥时需要快速升温使AKD高于其熔点温度（50-60℃）而快速熔融扩散到纤维上，从而加速AKD与纤维的反应。理想干燥曲线见图3。从图3得知，其最高温度达到130℃对AKD施胶来说，实际温度偏低。容易出现假施胶现象。但温度的提高受到纸页横向收缩和强度的限制，为改善AKD施胶效果，可在表面施胶剂中加一定的AKD。

实践证明，要获得比较好的施胶度，当纸页进入烘干部以后，就需要采用快速升温的干燥曲线，并且需要提供足够的干燥热量，以尽快降低纸页水分，破坏AKD的静电吸附作用，促使施胶剂分子重排，加快施胶剂与纤维素羟基之间的化学反应。在生产中还发现纸页的下机温度不同，AKD的熟化程度也不相同，生产实践表明纸幅的下机温度越高，施胶剂的熟化程度越好。

另外，如果在表面施胶前纸页的施胶状况良好，而经过表面施胶以后，在复卷机处却失去了施胶度，这种情况一般是烘缸干燥曲线不当、干燥热量不足、纸页水分过高等原因导致了正常施胶反应被表面施胶淀粉所干扰，发生了再定向。对此可以通过降低纸页出压榨部水分、改善干燥曲线，提高干燥能力或者增加用量来调节。

4 AKD假施胶原因分析及预防措施

AKD是反应性施胶剂，纸（或纸板）下机后，要经过一段时间使AKD与纤维素发生结合反应，才能达到施胶效果。造成假施胶的根源是AKD没有发生有效的反应或没有反应，特别是在熟化过程中如果AKD发生水解反应，就不能与纤维素反应达到施胶效果。经研究发现AKD水解反应与纸页的pH、填料中的游离碱、下机水分和干燥温度等因素有关。在生产上，AKD施胶中产生假施胶的原因主要有：系统pH值超出范围、干燥温度太低、下机纸页水分太高、填料中游离碱的存在等。

系统pH值和干燥温度的影响，前面已进行了详细讨论，这里不再赘述。主要谈下机纸页水分和填料中游离碱的影响。

4.1 下机纸页水分太高

纸页的水分含量对施胶效果的影响、纸页在烘干过程中的水分和下机纸页水分都会影响施胶效果。在烘干部，AKD的静电吸附不断被破坏，其反应性官能团与纤维素羟基形成共价键而起到施胶作用。在烘干过程中，如果纸页水分过高，会影响AKD与纤维之间的反应；反之，纸页水分越低，参加反应的AKD就越多。操作中适当降低纸页出压榨部和干燥部的水分，有助于施胶反应的完成，加快AKD熟化。纸页下机时，纸张中的大部分AKD与纤维素之间仍旧以静电吸附形式存在，还需要再放置一段时间，或者通过复卷加热进一步促进其共价键的形成，以达到最佳施胶度。如果纸页下机水分含量比较低，AKD的静电吸附将会继续被破坏，随后与纤维素发生反应而得到熟化；对于水分较高的纸，因为纸页下机时其中的AKD大部分仍以静电吸附和游离状态存在，通过放置或加热仅有一部分AKD与纤维素发生反应，另外一部分会缓慢水解；如果纸页水分过高，特别是多层纸板，则继续参加反应的AKD更少，大部分AKD将会逐渐水解而失去施胶作用，纸页的吸水性随着放置时间的延长而逐渐升高。

4.2 填料中游离碱的存在

如前所述，填料对AKD施胶有不利的影响。一般认为有两种原因，一是由于填料的比表面积比纤维高，胶料倾向于吸附填料表面，吸附在填料上的AKD不会对施胶有积极作用。添加胶的量必须增加到能弥补这种损失程度。二是填料影响施胶效率是通过影响胶料的留着率，一些原来被填料吸附的胶料能重新分布在纤维表面，如果填料未留着，则这些吸附的胶料也随之流失，因此，填料的留着对有效施胶也很重要。另外，如果纸页水分过高、贮存温度过高，填料悬浮液中的游离石灰含量过高也很容易造成施胶剂水解速度加快，严重时放置一段时间后纸页施胶度完全失去，造成假施胶。悬浮液中的石灰含量除与其制备过程有关外，通常，悬浮液放置时间越长，其中含有的游离氢氧化钙就会越多，因此悬浮液长久放置对施胶有不良影响。

5 结语

采用AKD施胶施胶剂，抄造出来的纸或纸板下机后经一段时间的熟化才能达到最好的施胶效果，但是如果熟化的条件发生变化，造成熟化期内AKD大量水解或与AKD反应速度极其缓慢，就会出现假施胶，生产上出现假施胶的主要原因与系统pH值、填料游离碱、干燥温度、下机水分和温度等因素有关，在生产上出现假施胶以后，应及时查找原因，以便采取措施进行处理。

［1］王金霞,刘温霞.AKD施胶机理综述［J］.纸和造纸，2011（3）：47-50

［2］张菊先,吕建明.用杨木高得率浆取代高档纸中硬木硫酸盐浆及其对 AKD 施胶的影响［J］.湖南造纸，2007（2）：25-29

张菊先女士，硕士研究生，高级工程师，主要从事制浆造纸技术开发工作。

2012-8-9