第八章 施胶剂与施胶化学

1、阳离子分散松香胶的特点
是一种低粘度、高稳定性分散液，可直接或加水稀释后加 入纸机系统调浆或稀浆处，与硫酸铝作用缓和，与浆料混 合均匀，使用方便。 能自行留着于纤维上，有较高的留着率，用量低，一般为 0.3~0.4%，对硫酸铝需求量低，一般为0.25~0.5%。 可在近中性条件下使用，提高了纸张强度和耐久性，并可 加填碳酸钙等填料。 对湿部助剂、填料和细小纤维等有一定的助留作用。 胶料和硫酸铝用量均较少，不会与钙镁离子产生结垢或生 产沉淀。 与纤维反应比较快，又具有保存期长、稳定性好、成本较 低廉、使用方便等优点。

4、阳离子松香胶的应用

pH值、施胶顺序、Zeta电位、助留剂、填料、浆料种类、 用胶量、浆料温度、水的硬度、干燥温度
第二节 合成施胶剂
烷基烯酮二聚体（AKD）
烯基琥珀酸酐（ASA）
一、烷基烯酮二聚体（AKD）


1、AKD的特点
AKD是一种不饱和内酯，其结构水基，是两个含有12～20个碳原子的长 链烷基，赋予AKD分子良好的疏水性能；另一种是反应活性基团，就是烯酮 二聚形成的内酯环，赋予AKD分子与纤维素分子上的羟基结合的反应活性。
4.6

Zeta电位
AKD的留着率和施胶效率受浆料动电性质的影响很大。浆 料的Zeta电位在－3～＋5mV之间有利于浆料中各组分的 相互吸附和絮聚，并能改善纸浆的滤水性能。如果Zeta 电位偏正，说明阳离子助剂用量过剩，会导致生产成本增 加；如果Zeta电位偏负，说明阳离子助剂用量不足，吸 附AKD的细小纤维和填料仍处于游离状态，在纸页成形时 会随白水流失。



4.4 助剂的添加顺序
对于阴离子干扰物含量高的废纸浆和磨木浆，在添加AKD 之前，也要先加入阳离子聚剂以中和浆中的阴离子干扰物。 对于含有PCC填料的体系，PCC应在加入阳离子聚合物和 AKD后再加入纸浆中，因为PCC有较大的比表面积，如果 先加入体系中，它极易吸附AKD，影响在纤维上的留着。
4.7

填料
一般情况下，填料对AKD的施胶有不利的影响。因为填料 具有较大的比表面积和独特的表面化学性质，能够吸附纸 浆中添加的大部分AKD，减少AKD在长纤维上的留着。

填料类型不同对AKD施胶的影响也不相同。在相同的条件 下，加填GCC纸页的施胶度要高于加填PCC的纸页施胶度， 而且随干燥温度的升高，纸页的施胶度先上升然后基本保 持不变。


4.10 施胶过程中产生的沉积物
沉积物的量反映了AKD的损失程度，沉积物越多，AKD损失越多，施 胶效果越差。 沉积物包括湿部沉积物和烘干部沉积物。操作时应根据导致沉积物产 生的具体原因进行相应的调节。



4.11 烘缸干燥曲线及纸页下机温度
烘缸干燥曲线是制约AKD在机熟化程度的主要因素。传统上使用松香 胶施胶的纸机系统，如果改用AKD施胶而没有同时对其干燥曲线进行 适当的改变，则难以得到理想的施胶效果，这也是目前许多纸厂由酸 性施胶改为AKD中性施胶时没有成功的主要原因。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，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，加快施胶剂与纤维素羟基之间的化学反应。 生产实践证明，纸页的下机温度不同，AKD的熟化程度也不同，纸幅 的下机温度越高，施胶剂的熟化程度越好。
第八章 施胶剂与施胶化学
第一节 高分散松香胶
阴离子高分散松香胶
阳离子高分散松香胶

阳离子高分散松香胶
阳离子高分散松香胶属第四代松香胶，是一种带有正电荷 的高分散松香胶，其中含有大量的松香酸分子，具有中等 电荷密度（Zeta电位约为＋20mV）。其外观为白色乳液， 固含量为35％左右，游离松香粒径在0.2~0.5um，可用 水任意稀释，机械稳定性良好。阳离子分散松香胶与传统 松香胶的主要区别在于前者呈阳离子性。

加填碳酸钙的AKD施胶纸页在存放一段时间后施胶度会出 现不同程度的下降，这种现象被称为施胶逆转（假施胶）。 填料对AKD的吸附能力和填料的碱度对纸页的施胶逆转影 响很大，碱性的碳酸钙填料会使纸页中未反应的AKD水解， 导致纸页的施胶度下降。由于PCC的碱度大于GCC的碱度， 因此加填PCC的纸页更易出现施胶逆转。 为减少填料对AKD施胶纸页的不利影响，AKD的加入地 点应远离填料的加入地点，以减少AKD被填料表面吸附。

4.8

浆料种类



浆料对AKD施胶效果的影响包含许多因素，如纤维的羧基含量、比表 面积、羟基含量、细小纤维含量等。 不同的纸浆种类对AKD施胶的影响是不同的：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率必须达到一定的值， 一般在4～15％之间。阔叶木浆之所以易于施胶是由于阔叶木浆的润 湿表面积较小，只需较少的AKD即可使纸页的表面覆盖率达到施胶要 求。 与化学木浆相比，AKD在磨木浆中的施胶效率很低，这是由于磨木浆 的表面积较大，并且其中的胶体物质和溶解的阴离子物质较多，消耗 的AKD的量是化学木浆的3倍，因此磨木浆不易施胶。废纸浆料中含 有较多的阴离子干扰物也难于施胶。



4、影响AKD施胶的因素

纸机和配料的参数 体系的pH值 填料类型和用量 细小纤维量 纤维种类 阴离子干扰物 干燥条件等


4.1 助留体系
细小纤维和填料具有较大的比表面积，大部分AKD会优先吸附在细小 纤维和填料表面，必须采用合适的助留体系以提高细小纤维和填料的 留着率，否则AKD会随细小纤维和填料大量流失。AKD中性施胶体系 中加助留剂的目的不仅是要提高细小纤维和填料的留着率，更要提高 AKD在纤维上的留着率，尤其是在长纤维上的留着率。

4.3 施胶增效剂
聚酰胺多胺－环氧氯丙烷树脂（PPE或PAE）在造纸中是 一种高效湿强剂。PAE树脂不仅在湿部具有助留作用，而 且在纸页干燥时可参与AKD的施胶反应，能明显改善 AKD的施胶效果。 除了PAE之外，几乎所有的阳离子聚合物，如聚乙烯亚胺、 阳离子聚丙烯酸酯乳液、阳离子聚丙烯酰胺和壳聚糖改性 物等，均能提高AKD的施胶效果。


4.5

pH值
AKD的施胶性能与pH值的关系很大，一般认为只有在中/ 碱性条件下，AKD的内酯环才能打开与纤维素上的羟基反 应。实验证明，当pH值<6时，AKD几乎不能产生施胶作 用；随pH值增加，AKD的施胶效率会逐渐提高，尤其在 6.5~7.5之间时，纸页的施胶度上升最快；但当pH值>8 时，施胶度的上升速度开始减慢。因此，实际生产中pH 值一般控制在7.5~8.5。

AKD作为中性施胶剂的特点
优点：可以用碳酸钙做填料，使纸张的白度、不透明度、 耐折度、表面强度、耐久性能和印刷性能等均有明显提高， 且纸张的脆性降低，可以解决草浆纸变脆的问题，另外 AKD还可用于液体包装纸
缺点：存在施胶滞后、纸页打滑和施胶费用较高




2、AKD的施胶机理
AKD乳液加入浆料中以后，施胶剂粒子吸附在细小纤维、 填料和纤维表面，上网后随着这些纸料的留着而留着在湿 纸页中，此时AKD只是以静电吸附和游离形式存在，它和 纤维素之间的共价键还没有形成。
AKD施胶化学
AKD施胶机理


3、AKD的类型及使用
主要有三种：淀粉型AKD乳液、聚胺型阳离子树脂型AKD乳液及阴离 子型AKD乳液 考虑到胶料在纸页的不均匀分布、不完全留着和副反应损失等，一般 AKD的用量在0.1~0.25%之间，小于0.1%时，几乎没有施胶效果， 但当用量超过0.4%时，纸页施胶度不但不会增加，AKD的留着率还 会明显下降，而且会引起纸页打滑、粘辊、糊网等。 重施胶时用量在0.25~0.35％之间，若用量超过0.35％仍达不到预 期的施胶效果，就应停机检查或检查AKD乳液的质量，而不能再盲目 增加AKD的用量。 合理的助留体系应维持首程留着率在75～85％，助留体系一般由取 代度0.02左右的阳离子淀粉和阳（阴）离子型聚丙烯酰胺组成。

AKD中性施胶所用的助留体系包括单元助留体系如阳离子淀粉 （CS）、阴/阳离子聚丙烯酰胺（APAM/CAPM）、壳聚糖、聚胺、 聚乙烯亚胺（PEI）、聚氧化乙烯（PEO）等和双元助留体系如 CS/APAM、CPAM/膨润土（Hydrocol系统）、CS/胶体二氧化硅 （Compozil系统）等。
AKD的施胶效果如何关键是取决于助留体系，对整个助留体系的优化 往往比选择AKD的品种更为重要。



4.2 硫酸铝
关于硫酸铝对AKD施胶效果的影响目前还存在不同见解。有人认为硫 酸铝能加速AKD的水解，使其施胶效率下降；也有人认为铝离子会与 水分子、纤维素纤维以及AKD形成复合物，不但使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，影响其施胶效果； 还有人发现硫酸铝（用量0.5~0.6%）与PAE共用能大大提高AKD在 纯磨木浆中的施胶效率；另外还有人发现硫酸铝的添加顺序对施胶效 果影响很大。一些工厂的实际运行情况表明，使用硫酸铝与否对施胶 效果影响不大，因此在实际应用AKD时，应当根据具体情况考虑是否 添加硫酸铝。

4.12

纸页的水分含量
纸页在烘干过程中的水分和下机纸页水分都会影响AKD的施胶效果。 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与纤维素之间仍以静电吸附形式存 在，还需要再放置一段时间或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，通过放置或加热仅有一部分AKD与纤维素发生反应，另一部 分会缓慢水解。


4.9 温度
随着抄纸系统温度的升高，AKD的施胶效率明显下降，其原因一是由 于系统温度升高导致AKD稳定性变差，水解加剧，引起施胶效率降低； 另一方面则是由于系统温度升高后浆料滤水速度加快，系统的留着率 下降，纸内存留的施胶剂减少。因此生产中应尽量使AKD加入点靠近 流浆箱，以减少其水解，必要时需要对系统温度进行适当的控制，通 常要求系统的温度控制在37～45℃范围内。

在干燥部，随着纸页中的水分逐渐减少，受干燥温度的影 响AKD粒子熔化而在纤维表面扩展开，分子上具有反应性 的官能团朝向纤维，疏水基部分向外，朝向纤维的反应性 官能团与纤维素的羟基发生反应，生产不可逆的β－酮酯， 并固着在纤维上，且疏水性的烷基朝外，从而使纸页产色 抗水性能。

AKD的施胶化学与机理示意图
4.13

系统中的阴离子干扰物
生产过程中，在其他条件不变的情况下，可能会出现施胶效率突然明 显下降的现象。这可能是由于系统的变化引起了阴离子干扰物大量增 加，而AKD本身很容易吸附在阴离子干扰物上，导致了留着在纤维上 的AKD大量减少造成的。

对于这种情况，可以通过对系统及系统中的纤维原料、损纸、填料等 各组分进行阳电荷需求量测定，以确定是否是由于阴离子干扰物增加 引起的。原因确定后，可通过增加聚合物助留剂的加入量来提高系统 中阴离子干扰物在纸料中的留着率，从而达到提高AKD留着率的目的。 如果阴离子干扰物大量来自某一原料组分，也可通过向该原料组分中 加入阳离子捕捉剂中和其中所携带的阴性电荷加以解决。

2、阳离子松香胶的制备
阳离子松香胶是由100%的游离松香乳化而成的 约35％固含量的胶体，其制备方法有以下三种： 高压均质法 阴离子转型法 阳离子表面活性剂逆转法（常压逆转法）



3、阳离子松香胶的施胶机理
阳离子分散松香胶自身或乳液颗粒带有正电荷，属弱阳电 性，可自留着并均匀分布于阴电荷的纤维表面。但这种弱 阳（胶）与弱阴（纤维）之间的静电作用力还不足以实现 松香粒子的良好留着，为达到理想的施胶度，应加入少量 的阳离子型助留剂，如硫酸铝。当吸附有阳电荷松香粒子 的湿纸页进入纸机干燥部时，松香粒子在高温下得以软化， 并和纤维上的铝离子反应，继而将松香分子定位，使疏水 基转向纤维外侧，而亲水基与纤维牢固结合，形成一层良 好的疏水层。 可见，加入少量硫酸铝的主要目的是在干燥部实现松香粒 子的固着和定位，而不是留着。