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瓦楞纸生产中化学品的应用

2009-08-19 11:00:58.0 来源:广西大学轻工与食品工程学院 张 锐 罗名宇 冯斐斐 王双飞  责编:严影

摘要:
在瓦楞纸生产中,通过合理的使用一些成本较低、效果较好的造纸化学品,以及一些特殊的功能型化学品,可以有效的提高和改进瓦楞纸的质量,更好的满足市场的需求,同时还能提高车速,降低成本,进一步提高产品的竞争力。

 
        1.3  共聚乳液型增强剂
        共聚乳液型增强剂是一类新型高效的造纸施胶剂,它采用多种功能单体在一定条件下聚合而成。根据使用要求,可以在高分子链上引入阳离子或阴离子单体,相应地制成阳离子型乳液聚合物或阴离子型乳液聚合物,它们可以单独使用,也可与其它助剂复配使用。目前,通过添加这类助剂增加瓦楞原纸的环压强度的研究比较多[1,2,4]。
        造纸用阳离子乳液型增强剂一般是苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯酰胺、季铵盐的共聚物。如以丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料,通过无皂乳液聚合制备阳离子共聚物(PMAA)乳液,添加到草浆中,用量为0.75%~1.25%(对绝干浆)时,环压强度指数提高37.1%~41.6%,抗张强度和耐破度分别增加30%、100%左右[1]。
        而阴离子乳液中聚醋酸乙烯酯的应用效果较好。聚醋酸乙烯酯对瓦楞原纸的环压强度具有较好的增强作用。将其加入以草浆或废纸浆为原料的瓦楞原纸中,分子间交织形成一种网络结构,如同在纸内加入分子水平的“钢筋”,可将纸张中的纤维更好地联结在一起,形状更加固定。它能在提高成纸的戳穿强度和耐破强度等物理指标的同时,增加环压强度。相关资料显示:醋酸乙烯酯对废纸浆瓦楞原纸的增强效果更明显,可使其环压强度提高20%~130%。增强后的瓦楞原纸可以达到或超过目前用于出口包装纸箱的高强度瓦楞原纸的某些物理指标。
 
        2、瓦楞纸生产中使用的施胶剂
        如前所述,瓦楞纸主要用途在于保护商品,方便运输以及提高商品附加值,这就要求其具有较好的强度稳定性和良好的适印性。但由于我国的瓦楞纸原料以二次纤维为主,结构较差,生产的瓦楞原纸紧度不够,表面平整度差,在粘合纸板时,粘合剂容易渗入纸内,影响粘合效果,造成纸病;此外,我们知道瓦楞纸受潮后其环压强度会降低,据测算,水分每增加1%,环压强度就会降低27%,故其表面的抗水性对保持产品质量稳定性十分重要[5,6]。为了提高瓦楞纸的表面性能、防止水性液体的扩散和渗透以及改善产品的适印性,必须使纸面具有一定的抗水性,在生产中经常会使用一些造纸施胶剂。在造纸过程中,根据施胶剂添加位置的不同,可将施胶剂分为浆内施胶剂和表面施胶剂两大类。
        2.1  浆内施胶剂
        通过浆内施胶可以使纸张具有整体防水性,按照施胶所适用的pH值范围的不同,可将浆内施胶剂分为酸性施胶剂和中碱性施胶剂两大类。酸性施胶剂主要是指皂化松香胶和马来松香胶,由于其必须在酸性条件下与明矾结合使用,纸张容易返黄、发脆,且使用量大,加之要配合明矾使用,成本较高,逐步为市场淘汰;而中碱性施胶可以很好的解决酸性施胶带来的问题,逐渐受到造纸厂家的青睐,其中使用较多的主要有纤维反应型施胶剂烷基烯酮二聚物(AKD)和烯基琥珀酸酐(ASA)以及分散松香胶等[7]。
        AKD属于反应性施胶剂[7,8],在中性或碱性条件下可直接和纤维素纤维上的活泼羟基反应生成牢固的共价键型β—酮酯,且不会产生施胶度逆转现象,很少有结垢问题,可获得重施胶效果而不存在沉积物和假施胶现象,但其熟化时间较长,且施胶费用较松香胶高。而ASA含有两个疏水基和一个反应性烷状羧酸酐,与纤维素羟基生成共价键,使其具有施胶度,在中性条件下能获得较好的施胶效果,且反应时间比AKD要短,施胶费用较AKD低,但由于其可与水反应生成油状液体水解物,不仅破坏施胶,而且会粘搭压榨辊,引起断纸,且容易产生结垢现象。分散松香施胶是将松香结构上的羧基和共轭双键发生Diels—Alder反应将羧基保护起来,增加乳化后的粒子细度,增强其疏水性,与少量铝盐配合使用,能取得较好的施胶效果,且稳定性较好,不存在施胶剂水解的问题,但施胶时使用量远高于AKD和ASA,且施胶工艺相对复杂。
 
        2.2  表面施胶剂
        表面施胶是在纸的表面均匀地涂上一薄层胶料,以达到提高纸板憎液性能和适印性能、提高纸板的物理强度和表面性能、减少纸页的两面差以及减少胶料的流失等目的。表面施胶剂大体可分为天然高分子(如壳聚糖、树胶、动物胶等)、天然改性高分子(改性淀粉、氧化淀粉、羧甲基纤维素及半纤维素等)和合成聚合物(如聚乙烯醇PVA)等三类。在瓦楞纸上使用施胶剂的主要目的是改善抗水性,使用较多的主要有改性淀粉、PVA、AKD、松香胶等。PAM作表面施胶剂时由于自身结构中有大量酰胺基可与纤维中羟基形成氢键,从而提高纸张强度,目前在二次纤维回用抄纸过程中,尤其是瓦楞箱纸板中使用较多。而石蜡、松香胶以及AKD等疏水性聚合物常与改性淀粉共用进行表面施胶来改善纸张表面性能,尤其是耐水性。
 
        2.3  瓦楞纸用施胶剂的研究现状
      关于瓦楞纸中使用的施胶剂也有很多相关的报道。朱永强等[9]对一种适用性较强的高效低泡乳液施胶剂ER65的施胶效果进行了研究,发现ER65A用于瓦楞纸的施胶,乳液用量为7.5kg/t(对绝干纸浆),硫酸铝用量为4%(对绝干纸浆),吸水重量为43g/m2,达到瓦楞纸的施胶要求,相对松香施胶可节约施胶用量10%左右,同时还能减少造纸系统的泡沫与网毯的污染。晏永祥等[10]用含有“多羟基松香酸铝”为主要成分的施胶增效剂SN-1制备高效改性AKD乳液,用于瓦楞原纸生产时,用量可减少0.5kg/t纸,且能明显缩短熟化时间,成纸在2h内已有明显的施胶度,能在8~10h内获得满意的施胶效果,成纸的各项指标均能符合A级瓦楞原纸要求,施胶成本低于普通AKD乳液,能获得明显的综合经济效益。郑铁山[11]在100%废纸为原料的瓦楞纸生产中使用一种新型的阳离子松香胶CRS300D,可节约80%以上的硫酸铝用量,保证施胶效果的同时,还具有一定的助留、增强作用,成纸匀度也得到了改善,施胶pH值可延伸到7。黄驰等[12]研究聚乙烯胺(PVAm)在瓦楞原纸中对中性AKD施胶的影响,发现与阳离子淀粉相比,聚乙烯胺对AKD施胶有更好的促进作用,当聚乙烯胺的加入量为0.1%时,手抄片的施胶度就已经优于加入1%阳离子淀粉的施胶度,达到11.8s。陈新泉等[6]分析了施胶对瓦楞纸强度的影响,认为浆内施胶使瓦楞原纸强度性能降低,且增加白水系统的杂离子,取消浆内施胶而改用表面施胶更有利于瓦楞纸的生产。
        浆内施胶能使纸板具有整体抗水性,但由于施胶工艺相对复杂,且胶料的水解、沉积影响纸机的正常运转,还增加了白水封闭循环使用的难度,此外,浆内施胶剂的使用还会降低纸板的强度性能。为了改善纸机运行性能,简化湿部化学管理,许多生产厂偏向于采用表面施胶。但由于纸页的原施胶度对表面施胶的效果有很大的影响,纸页获得抗水性的最有效方法就是将低施胶量的内施胶及控制最终施胶度的表面施胶结合起来,同时合理搭配使用廉价的天然高分子产品和性能优异的合成聚合物,不仅节约施胶成本,还能弥补瓦楞纸生产原料质量差带来的系列问题。
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