尹 超

(岳阳林纸股份有限公司,湖南岳阳,414002)



·ASA施胶·

ASA中性施胶剂在文化用纸生产中的应用

尹 超

(岳阳林纸股份有限公司,湖南岳阳,414002)

结合烯基琥珀酸酐(ASA)在岳阳纸业股份有限公司9#纸机上的应用实例,就ASA现场乳化、施胶稳定性及控制水解等方面进行了深入探讨,并就ASA替代AKD施胶,在控制假施胶方面进行比较。

烯基琥珀酸酐(ASA)；乳化；留着；乳化粒径；假施胶

文化用纸抄造往往在中碱性条件下进行,这种环境下一般采用烷基烯酮二聚体(AKD)或烯基琥珀酸酐(ASA)进行施胶,其中,AKD在国内应用更加广泛。与AKD施胶相比,ASA施胶需要现场乳化,一次性投资较大,同时,ASA易水解,工艺控制要求高,制约了ASA的推广应用。但ASA比AKD施胶速度更快、pH值适用范围更广、施胶成本更低,在控制假施胶方面,也有着AKD无可比拟的优势。岳阳纸业股份有限公司(以下简称岳纸)9#纸机是5280 mm文化纸机,设计车速1400 m/min,该机台于2009年投产后,一度出现AKD施胶剂用量过大、且经常伴有严重的假施胶问题,对生产及产品质量控制造成影响。为解决这些问题,从2012年7月开始,岳纸9#纸机采用ASA替代AKD进行浆内施胶,获得了良好效果。本文结合岳纸9#纸机ASA实际使用情况,就ASA施胶的工艺过程控制进行介绍,以供同行参考。

1 ASA的乳化工艺控制

1.1 乳化流程

ASA乳化在生产现场进行,乳化剂采用阳离子淀粉,乳化设备为高剪切涡轮泵,经过糊化的淀粉,使用柠檬酸酸化至pH值4.0～4.5,进入冷却器,温度冷却至40℃左右,与ASA混合,并进入乳化泵,在乳化泵的高剪切作用下进行ASA乳化,见图1。

图1 ASA乳化流程图

1.2 淀粉质量控制

1.2.1 品种选择

与玉米淀粉相比,木薯淀粉作为乳化剂时,ASA乳化颗粒粒径分布更优,施胶效果也更佳,玉米淀粉和木薯淀粉对ASA施胶效果影响见图2。

图2 两种乳化淀粉对ASA施胶效果影响

1.2.2 浓度控制

淀粉浓度过大时,黏度过高,ASA乳化粒径偏大,在纤维表面吸附不均匀,施胶效果不好。淀粉浓度过低,ASA乳化不彻底,ASA颗粒不稳定,水解加剧,容易出现胶黏物问题。ASA乳化颗粒平均粒径要求控制在0.8～1.2 μm,且小于2 μm的含量不超过90%。表1所示为淀粉浓度对ASA乳液质量的影响。ASA乳液存放时间分别为10、20、30 min的情况下,检测ASA乳化颗粒粒径,粒径变化越大,越不稳定。从实际生产来看,淀粉与ASA质量比控制在3∶1,淀粉浓度控制在2.5%左右比较合适(不同纸机会有所不同)。

表1 淀粉浓度对ASA乳液质量的影响

1.3 ASA乳化温度及pH值控制

ASA水解后不再有施胶作用,且随着水解产物在系统中的富集还会给生产带来很大的影响[1]。酸性情况下,ASA更稳定,现场乳化的ASA乳液pH值≤3为好。乳化淀粉在使用前,需要利用柠檬酸将pH值控制在4.0～4.5,以减少ASA的水解。

实际生产中,尤其要注意柠檬酸与淀粉量的匹配,保持pH值稳定。最好使用螺杆泵,以稳定淀粉流量,减少对淀粉分子链的剪切,改善乳化效果。

ASA的水解速度随着温度的升高而升高,糊化好的淀粉,温度在80℃以上,需要经过冷却器冷却后再使用,夏季温度高,尤其要注意控制好冷却水的水温。

2 上网浆料及抄造工艺对ASA施胶的影响

2.1 温度和pH值

为减少ASA的水解,不仅要控制乳化温度,还要控制上网系统温度。实际生产中,上网浆料温度基本保持在40～48℃之间,在此温度范围内,ASA施胶效果受上网浆料温度变化影响较小。

上网浆料pH值升高可以增加纤维的润胀,使纤维暴露出更多的羟基参与反应,可促进ASA的熟化,但同时也会使ASA水解速度加快。pH值过低时,ASA反应活性较低,熟化难度加大,容易造成用量上升[2]。实际生产中,一般上网浆料pH值控制在7.5～8.5比较合理。图3所示为生产全木浆胶版印刷纸pH值对ASA施胶的影响。其中,检测系号1～8号(每隔1 h实时取样检测1次)对应ASA用量平均为1.1 kg/t纸,检测系号9～16号(每隔1 h实时取样检测1次)对应ASA用量平均为1.5 kg/t纸,当上网浆料pH值超过8.6,ASA用量上升,施胶效果下降,这是由于pH值过高时,ASA水解加剧造成的。

图3 pH值对ASA施胶的影响

2.2 网部留着及阳离子需求量

由于细小纤维、填料等更容易吸附施胶剂,当网部留着变差时,ASA随细小组分进入白水系统,造成ASA在系统滞留时间延长,水解加剧。一方面会降低ASA施胶效果,同时,还会引起ASA的水解胶黏物问题。图4所示为生产全木浆胶版印刷纸、Cobb值控制范围24～26 g/m2时网部留着率对ASA用量的影响。由图4可以看出，当网部留着率低时，ASA用量上升。

当浆料中阴离子垃圾过多,留着较差时,就容易出现ASA用量过大,甚至出现Cobb值不受控的问题。同时,ASA用量过大,会造成ASA水解胶黏物沉积在流浆箱、成形网、压榨传送带,造成纸洞、断纸等。表2数据反映了生产轻型纸过程中上网浆料阳离子需求量对ASA施胶的影响情况,当浆料阳离子需求量(CD)增加时(洁净程度变差),ASA用量及纸张Cobb值均明显上升。

图4 网部留着率对ASA用量的影响

CD/μmol·L-1ASA用量/kg·t-1纸Cobb值/g·m-22851.1027.52101.1027.51601.1028.22251.1026.86401.2538.57551.3035.57401.4032.56401.5030.5

2.3 浆料配比及生产纸种

文化用纸品种多样,以漂白化学浆为主生产的胶版印刷纸,浆料系统比较洁净,木素含量低,一般采用ASA施胶；以机械浆为主生产的轻型纸,木素含量高,不易施胶,且系统阴离子垃圾相对较高,所以不适合采用ASA施胶,仍使用AKD施胶。

实际生产中,当ASA用量在1.2 kg/t纸以内时,随着ASA用量增加,施胶效果提升较快,而当用量达到1.5 kg/t纸时,进一步提高ASA用量,施胶效果提升不太明显,伴随而来的往往是水解胶黏物问题。对于Cobb值要求达到20 g/m2以下的纸种,ASA用量要达到2.0 kg/t纸,水解问题会比较严重,施胶成本高。因此,对于抗水性要求很高的纸种,使用AKD施胶,更有利于生产抄造的稳定性。

2.4 浆料打浆度

图5 打浆度对ASA施胶效果的影响

提高浆料打浆度,可改善纤维分丝帚化,使纤维比表面积增加,暴露出更多的羟基,纤维对施胶剂的吸附增强,可有效提高ASA施胶效果。图5所示为胶版印刷纸生产中,Cobb值控制范围24～26 g/m2时，阔叶木化学浆打浆度对ASA施胶效果的影响。由图5可以看出，当打浆度为42°SR时，ASA用量只需1.0 kg/t纸，而当打浆度为25°SR时，ASA用量为1.5 kg/t纸。

2.5 加填工艺

填料比表面积大,容易吸附ASA,但填料留着较差,ASA随填料进入白水后容易产生水解胶黏物问题。图6所示为不同粒径轻质碳酸钙(PCC)对ASA施胶的影响。生产中,PCC的中位粒径控制在2.6～2.8 μm比较合适。

图6 不同粒径PCC对ASA施胶的影响

不同于PCC的多孔结构,重质碳酸钙(GCC)对胶料的吸附不如PCC强烈,采用GCC加填或采用GCC与PCC混合加填有利于改善ASA施胶。而GCC级别以50～60级比较合适,60级以上GCC粒径过小,网部留着较差,不利于ASA施胶；而50级以下GCC对网子磨损大,对纸张表面强度影响也较大。

2.6 ASA的熟化

ASA施胶在纸机上熟化,一般情况下,前干燥至少10个烘缸的缸面温度需要保持在98～110℃之间,以完成大部分熟化过程(90%以上),减少表面施胶胶料向纸幅中迁移,保证更多的胶料留在纸幅表面,提高湿纸强度,改善纸张表面强度。

当干燥部温度不够时,ASA熟化不充分,造成ASA用量过大的问题。这是生产抄造中需要注意的问题。

2.7 ASA水解沉积物问题

影响ASA应用的关键因素是水解。ASA比AKD反应活性高,水解也更快,造纸系统中钙、镁离子与ASA的水解物形成憎水性盐黏状沉淀物黏附在管壁、流浆箱、成形网及毛布上,尤其黏附在压榨传送带上,造成纸洞、断纸等问题。

(1)浆内添加用量1～3 kg/t纸的聚合氯化铝(PAC)或硫酸铝,Al3+可明显提高ASA留着率[3],其中硫酸铝在中碱性条件下容易形成Al(OH)3沉淀,正电性较弱,而PAC在中、碱性条件下仍能保持较高的正电性,从而对减少ASA水解的作用更大。

(2)清水中,钙、镁离子含量过高,容易造成ASA水解沉积物问题。

(3)单一的PAM助留或传统的皂土(无机微粒)加PAM微粒助留难以达到较好的网部填料留着率,选择有利于填料留着的有机微粒助留体系更有利于改善ASA施胶效果。

(4)由于ASA易水解,应尽可能地缩短乳化后ASA的存放时间,其加入点应尽可能靠近流浆箱。

(5)加强网子、毛布、传送带的在线清洗,必要时可使用保洁剂。

2.8 ASA施胶退化

使用AKD施胶时,在纸面pH值较高情况下,可能会产生假施胶现象。产生假施胶的主要原因,与采用PCC填料中的残余CaO过高的关系较大。残余CaO过高时,纸面pH值也会相对较高。表3所示为纸面pH值在9.0以上时,采用AKD与ASA的施胶退化(假施胶)情况对比。实际上,采用AKD施胶,当纸面pH值达到9.0以上,施胶退化相当严重；而采用ASA施胶,并未产生这一问题。

表3 AKD与ASA施胶退化情况对比

3 结 语

烯基琥珀酸酐(ASA)作为一种高效施胶剂,已在岳阳纸业股份有限公司9#纸机应用多年。与AKD施胶相比,ASA施胶速度、pH值适用范围等方面优势得以充分体现,且在控制假施胶方面也有优势。从使用工艺上看,ASA施胶主要是如何维持其施胶稳定性,减少水解产物对生产及产品质量的影响。目前,国内 ASA施胶主要用在以化学木浆为主的文化用纸生产中,随着ASA施胶剂的制备、乳化及使用工艺的不断完善,ASA在国内文化用纸生产中的应用会越来越广泛。

[1] CHEN Zi-cheng. Application and development trend of ASA neutral sizing agent[J]. Paper Chemicals, 2008(1): 27. 陈子成. ASA中性施胶剂的应用及发展趋势[J]. 造纸化学品, 2008(1): 27.

[2] LIU Cheng-liang， LIU Chun-jing. Process Control of ASA Sizing Process[J]. China Pulp & Paper, 2008, 27(8)： 77. 刘成良, 刘春景. ASA施胶过程中的工艺控制[J]. 中国造纸, 2008, 27(8)： 77.

(责任编辑：马 忻)

Application of ASA Sizing in Culture Paper Production

YIN Chao

(YueyangForest&PaperCo.,Ltd.,Yueyang,Hu’nanProvince, 414002) (E-mail: lcj731212@yeah.net)

Based on the example of Alkenyl Succinic Anhydride(ASA) application in Yueyang PM9, ASA on-site emulsification, sizing stability, hydrolysis control and so on were discussed in detail in this paper; It also compared ASA with AKD sizing in terms of controlling pseudo sizing.

ASA; emulsification; retention; emulsification particle size; pseudo sizing

尹 超先生；主要从事企业生产、技术管理等工作。

2015- 06-23(修改稿)

TS753.9

A

0254- 508X(2015)10- 0081- 04