ASA中性施膠劑在文化用紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

尹 超

(岳陽(yáng)林紙股份有限公司,湖南岳陽(yáng),414002)

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·ASA施膠·

ASA中性施膠劑在文化用紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

尹 超

(岳陽(yáng)林紙股份有限公司,湖南岳陽(yáng),414002)

結(jié)合烯基琥珀酸酐(ASA)在岳陽(yáng)紙業(yè)股份有限公司9#紙機(jī)上的應(yīng)用實(shí)例,就ASA現(xiàn)場(chǎng)乳化、施膠穩(wěn)定性及控制水解等方面進(jìn)行了深入探討,并就ASA替代AKD施膠,在控制假施膠方面進(jìn)行比較。

烯基琥珀酸酐(ASA)；乳化；留著；乳化粒徑；假施膠

文化用紙抄造往往在中堿性條件下進(jìn)行,這種環(huán)境下一般采用烷基烯酮二聚體(AKD)或烯基琥珀酸酐(ASA)進(jìn)行施膠,其中,AKD在國(guó)內(nèi)應(yīng)用更加廣泛。與AKD施膠相比,ASA施膠需要現(xiàn)場(chǎng)乳化,一次性投資較大,同時(shí),ASA易水解,工藝控制要求高,制約了ASA的推廣應(yīng)用。但ASA比AKD施膠速度更快、pH值適用范圍更廣、施膠成本更低,在控制假施膠方面,也有著AKD無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。岳陽(yáng)紙業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱岳紙)9#紙機(jī)是5280 mm文化紙機(jī),設(shè)計(jì)車速1400 m/min,該機(jī)臺(tái)于2009年投產(chǎn)后,一度出現(xiàn)AKD施膠劑用量過(guò)大、且經(jīng)常伴有嚴(yán)重的假施膠問(wèn)題,對(duì)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量控制造成影響。為解決這些問(wèn)題,從2012年7月開(kāi)始,岳紙9#紙機(jī)采用ASA替代AKD進(jìn)行漿內(nèi)施膠,獲得了良好效果。本文結(jié)合岳紙9#紙機(jī)ASA實(shí)際使用情況,就ASA施膠的工藝過(guò)程控制進(jìn)行介紹,以供同行參考。

1 ASA的乳化工藝控制

1.1 乳化流程

ASA乳化在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行,乳化劑采用陽(yáng)離子淀粉,乳化設(shè)備為高剪切渦輪泵,經(jīng)過(guò)糊化的淀粉,使用檸檬酸酸化至pH值4.0～4.5,進(jìn)入冷卻器,溫度冷卻至40℃左右,與ASA混合,并進(jìn)入乳化泵,在乳化泵的高剪切作用下進(jìn)行ASA乳化,見(jiàn)圖1。

圖1 ASA乳化流程圖

1.2 淀粉質(zhì)量控制

1.2.1 品種選擇

與玉米淀粉相比,木薯淀粉作為乳化劑時(shí),ASA乳化顆粒粒徑分布更優(yōu),施膠效果也更佳,玉米淀粉和木薯淀粉對(duì)ASA施膠效果影響見(jiàn)圖2。

圖2 兩種乳化淀粉對(duì)ASA施膠效果影響

1.2.2 濃度控制

淀粉濃度過(guò)大時(shí),黏度過(guò)高,ASA乳化粒徑偏大,在纖維表面吸附不均勻,施膠效果不好。淀粉濃度過(guò)低,ASA乳化不徹底,ASA顆粒不穩(wěn)定,水解加劇,容易出現(xiàn)膠黏物問(wèn)題。ASA乳化顆粒平均粒徑要求控制在0.8～1.2 μm,且小于2 μm的含量不超過(guò)90%。表1所示為淀粉濃度對(duì)ASA乳液質(zhì)量的影響。ASA乳液存放時(shí)間分別為10、20、30 min的情況下,檢測(cè)ASA乳化顆粒粒徑,粒徑變化越大,越不穩(wěn)定。從實(shí)際生產(chǎn)來(lái)看,淀粉與ASA質(zhì)量比控制在3∶1,淀粉濃度控制在2.5%左右比較合適(不同紙機(jī)會(huì)有所不同)。

表1 淀粉濃度對(duì)ASA乳液質(zhì)量的影響

1.3 ASA乳化溫度及pH值控制

ASA水解后不再有施膠作用,且隨著水解產(chǎn)物在系統(tǒng)中的富集還會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響[1]。酸性情況下,ASA更穩(wěn)定,現(xiàn)場(chǎng)乳化的ASA乳液pH值≤3為好。乳化淀粉在使用前,需要利用檸檬酸將pH值控制在4.0～4.5,以減少ASA的水解。

實(shí)際生產(chǎn)中,尤其要注意檸檬酸與淀粉量的匹配,保持pH值穩(wěn)定。最好使用螺桿泵,以穩(wěn)定淀粉流量,減少對(duì)淀粉分子鏈的剪切,改善乳化效果。

ASA的水解速度隨著溫度的升高而升高,糊化好的淀粉,溫度在80℃以上,需要經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻后再使用,夏季溫度高,尤其要注意控制好冷卻水的水溫。

2 上網(wǎng)漿料及抄造工藝對(duì)ASA施膠的影響

2.1 溫度和pH值

為減少ASA的水解,不僅要控制乳化溫度,還要控制上網(wǎng)系統(tǒng)溫度。實(shí)際生產(chǎn)中,上網(wǎng)漿料溫度基本保持在40～48℃之間,在此溫度范圍內(nèi),ASA施膠效果受上網(wǎng)漿料溫度變化影響較小。

上網(wǎng)漿料pH值升高可以增加纖維的潤(rùn)脹,使纖維暴露出更多的羥基參與反應(yīng),可促進(jìn)ASA的熟化,但同時(shí)也會(huì)使ASA水解速度加快。pH值過(guò)低時(shí),ASA反應(yīng)活性較低,熟化難度加大,容易造成用量上升[2]。實(shí)際生產(chǎn)中,一般上網(wǎng)漿料pH值控制在7.5～8.5比較合理。圖3所示為生產(chǎn)全木漿膠版印刷紙pH值對(duì)ASA施膠的影響。其中,檢測(cè)系號(hào)1～8號(hào)(每隔1 h實(shí)時(shí)取樣檢測(cè)1次)對(duì)應(yīng)ASA用量平均為1.1 kg/t紙,檢測(cè)系號(hào)9～16號(hào)(每隔1 h實(shí)時(shí)取樣檢測(cè)1次)對(duì)應(yīng)ASA用量平均為1.5 kg/t紙,當(dāng)上網(wǎng)漿料pH值超過(guò)8.6,ASA用量上升,施膠效果下降,這是由于pH值過(guò)高時(shí),ASA水解加劇造成的。

圖3 pH值對(duì)ASA施膠的影響

2.2 網(wǎng)部留著及陽(yáng)離子需求量

由于細(xì)小纖維、填料等更容易吸附施膠劑,當(dāng)網(wǎng)部留著變差時(shí),ASA隨細(xì)小組分進(jìn)入白水系統(tǒng),造成ASA在系統(tǒng)滯留時(shí)間延長(zhǎng),水解加劇。一方面會(huì)降低ASA施膠效果,同時(shí),還會(huì)引起ASA的水解膠黏物問(wèn)題。圖4所示為生產(chǎn)全木漿膠版印刷紙、Cobb值控制范圍24～26 g/m2時(shí)網(wǎng)部留著率對(duì)ASA用量的影響。由圖4可以看出，當(dāng)網(wǎng)部留著率低時(shí)，ASA用量上升。

當(dāng)漿料中陰離子垃圾過(guò)多,留著較差時(shí),就容易出現(xiàn)ASA用量過(guò)大,甚至出現(xiàn)Cobb值不受控的問(wèn)題。同時(shí),ASA用量過(guò)大,會(huì)造成ASA水解膠黏物沉積在流漿箱、成形網(wǎng)、壓榨傳送帶,造成紙洞、斷紙等。表2數(shù)據(jù)反映了生產(chǎn)輕型紙過(guò)程中上網(wǎng)漿料陽(yáng)離子需求量對(duì)ASA施膠的影響情況,當(dāng)漿料陽(yáng)離子需求量(CD)增加時(shí)(潔凈程度變差),ASA用量及紙張Cobb值均明顯上升。

圖4 網(wǎng)部留著率對(duì)ASA用量的影響

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

2.3 漿料配比及生產(chǎn)紙種

文化用紙品種多樣,以漂白化學(xué)漿為主生產(chǎn)的膠版印刷紙,漿料系統(tǒng)比較潔凈,木素含量低,一般采用ASA施膠；以機(jī)械漿為主生產(chǎn)的輕型紙,木素含量高,不易施膠,且系統(tǒng)陰離子垃圾相對(duì)較高,所以不適合采用ASA施膠,仍使用AKD施膠。

實(shí)際生產(chǎn)中,當(dāng)ASA用量在1.2 kg/t紙以內(nèi)時(shí),隨著ASA用量增加,施膠效果提升較快,而當(dāng)用量達(dá)到1.5 kg/t紙時(shí),進(jìn)一步提高ASA用量,施膠效果提升不太明顯,伴隨而來(lái)的往往是水解膠黏物問(wèn)題。對(duì)于Cobb值要求達(dá)到20 g/m2以下的紙種,ASA用量要達(dá)到2.0 kg/t紙,水解問(wèn)題會(huì)比較嚴(yán)重,施膠成本高。因此,對(duì)于抗水性要求很高的紙種,使用AKD施膠,更有利于生產(chǎn)抄造的穩(wěn)定性。

2.4 漿料打漿度

圖5 打漿度對(duì)ASA施膠效果的影響

提高漿料打漿度,可改善纖維分絲帚化,使纖維比表面積增加,暴露出更多的羥基,纖維對(duì)施膠劑的吸附增強(qiáng),可有效提高ASA施膠效果。圖5所示為膠版印刷紙生產(chǎn)中,Cobb值控制范圍24～26 g/m2時(shí)，闊葉木化學(xué)漿打漿度對(duì)ASA施膠效果的影響。由圖5可以看出，當(dāng)打漿度為42°SR時(shí)，ASA用量只需1.0 kg/t紙，而當(dāng)打漿度為25°SR時(shí)，ASA用量為1.5 kg/t紙。

2.5 加填工藝

填料比表面積大,容易吸附ASA,但填料留著較差,ASA隨填料進(jìn)入白水后容易產(chǎn)生水解膠黏物問(wèn)題。圖6所示為不同粒徑輕質(zhì)碳酸鈣(PCC)對(duì)ASA施膠的影響。生產(chǎn)中,PCC的中位粒徑控制在2.6～2.8 μm比較合適。

圖6 不同粒徑PCC對(duì)ASA施膠的影響

不同于PCC的多孔結(jié)構(gòu),重質(zhì)碳酸鈣(GCC)對(duì)膠料的吸附不如PCC強(qiáng)烈,采用GCC加填或采用GCC與PCC混合加填有利于改善ASA施膠。而GCC級(jí)別以50～60級(jí)比較合適,60級(jí)以上GCC粒徑過(guò)小,網(wǎng)部留著較差,不利于ASA施膠；而50級(jí)以下GCC對(duì)網(wǎng)子磨損大,對(duì)紙張表面強(qiáng)度影響也較大。

2.6 ASA的熟化

ASA施膠在紙機(jī)上熟化,一般情況下,前干燥至少10個(gè)烘缸的缸面溫度需要保持在98～110℃之間,以完成大部分熟化過(guò)程(90%以上),減少表面施膠膠料向紙幅中遷移,保證更多的膠料留在紙幅表面,提高濕紙強(qiáng)度,改善紙張表面強(qiáng)度。

當(dāng)干燥部溫度不夠時(shí),ASA熟化不充分,造成ASA用量過(guò)大的問(wèn)題。這是生產(chǎn)抄造中需要注意的問(wèn)題。

2.7 ASA水解沉積物問(wèn)題

影響ASA應(yīng)用的關(guān)鍵因素是水解。ASA比AKD反應(yīng)活性高,水解也更快,造紙系統(tǒng)中鈣、鎂離子與ASA的水解物形成憎水性鹽黏狀沉淀物黏附在管壁、流漿箱、成形網(wǎng)及毛布上,尤其黏附在壓榨傳送帶上,造成紙洞、斷紙等問(wèn)題。

(1)漿內(nèi)添加用量1～3 kg/t紙的聚合氯化鋁(PAC)或硫酸鋁,Al3+可明顯提高ASA留著率[3],其中硫酸鋁在中堿性條件下容易形成Al(OH)3沉淀,正電性較弱,而PAC在中、堿性條件下仍能保持較高的正電性,從而對(duì)減少ASA水解的作用更大。

(2)清水中,鈣、鎂離子含量過(guò)高,容易造成ASA水解沉積物問(wèn)題。

(3)單一的PAM助留或傳統(tǒng)的皂土(無(wú)機(jī)微粒)加PAM微粒助留難以達(dá)到較好的網(wǎng)部填料留著率,選擇有利于填料留著的有機(jī)微粒助留體系更有利于改善ASA施膠效果。

(4)由于ASA易水解,應(yīng)盡可能地縮短乳化后ASA的存放時(shí)間,其加入點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近流漿箱。

(5)加強(qiáng)網(wǎng)子、毛布、傳送帶的在線清洗,必要時(shí)可使用保潔劑。

2.8 ASA施膠退化

使用AKD施膠時(shí),在紙面pH值較高情況下,可能會(huì)產(chǎn)生假施膠現(xiàn)象。產(chǎn)生假施膠的主要原因,與采用PCC填料中的殘余CaO過(guò)高的關(guān)系較大。殘余CaO過(guò)高時(shí),紙面pH值也會(huì)相對(duì)較高。表3所示為紙面pH值在9.0以上時(shí),采用AKD與ASA的施膠退化(假施膠)情況對(duì)比。實(shí)際上,采用AKD施膠,當(dāng)紙面pH值達(dá)到9.0以上,施膠退化相當(dāng)嚴(yán)重；而采用ASA施膠,并未產(chǎn)生這一問(wèn)題。

表3 AKD與ASA施膠退化情況對(duì)比

3 結(jié) 語(yǔ)

烯基琥珀酸酐(ASA)作為一種高效施膠劑,已在岳陽(yáng)紙業(yè)股份有限公司9#紙機(jī)應(yīng)用多年。與AKD施膠相比,ASA施膠速度、pH值適用范圍等方面優(yōu)勢(shì)得以充分體現(xiàn),且在控制假施膠方面也有優(yōu)勢(shì)。從使用工藝上看,ASA施膠主要是如何維持其施膠穩(wěn)定性,減少水解產(chǎn)物對(duì)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響。目前,國(guó)內(nèi) ASA施膠主要用在以化學(xué)木漿為主的文化用紙生產(chǎn)中,隨著ASA施膠劑的制備、乳化及使用工藝的不斷完善,ASA在國(guó)內(nèi)文化用紙生產(chǎn)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1] CHEN Zi-cheng. Application and development trend of ASA neutral sizing agent[J]. Paper Chemicals, 2008(1): 27. 陳子成. ASA中性施膠劑的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 造紙化學(xué)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. 劉成良, 劉春景. ASA施膠過(guò)程中的工藝控制[J]. 中國(guó)造紙, 2008, 27(8)： 77.

(責(zé)任編輯：馬 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；主要從事企業(yè)生產(chǎn)、技術(shù)管理等工作。

2015- 06-23(修改稿)

TS753.9

A

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