AKD中性施胶原理与

AKD留着率过低问题
填料和细小纤维的留着率远小于纤维 填料和细小纤维的比表面积大，吸附大量的AKD 填料和细小纤维的比表面积大，吸附大量的AKD AKD附着在未被留着的填料和细小纤维上，促使AKD AKD附着在未被留着的填料和细小纤维上，促使AKD 附着在未被留着的填料和细小纤维上 水解 AKD被填料吸附: AKD被填料吸附: 大部分施胶剂被包围在填料聚集体 被填料吸附 的内部，无法铺展在纤维表面， 的内部，无法铺展在纤维表面，干燥阶段无法正常 与纤维反应
R C H R C C H O C O R H2 C C HC C O R O
+
H2O
OH
－CO2
R
H2 C
C O
H2 C
R
Ketone－no sizing －
Figure 20 Hydrolytic decomposition of AKD via a labile keto fatty acid into ketone
后逐渐变低的现象。因此施胶逆转通常指的是当纸页在卷轴上放置或者 在客户的仓库里，施胶度减少到一个固定的值的现象。
施胶转化和施胶丧失是两个不同的概念。施胶逆转和施胶 丧失均取决于与自然熟化过程有关。 施胶逆转主要和施胶剂的蒸发、施胶剂分子上双键在光照 和UV的作用下的氧化有关，同时也与纸页中二羧酸的积累 等变化有关。
松香胶的施胶机理主要依靠静电吸引力 AKD主要通过共价键的化学作用 AKD主要通过共价键的化学作用 纸料中机械浆的含量增加时不利于使用AKD施胶 纸料中机械浆的含量增加时不利于使用AKD施胶 AKD
阴离子杂物的量随pH的增加而增加 阴离子杂物的量随pH的增加而增加 pH 在酸性抄纸添加下， 在酸性抄纸添加下，硫酸铝可以充分控制阴离子杂物
OH OH OH OH OH OH
Figure 19 Reaction between AKD and the hydroxyl groups of cellulose, with formation of keto ester linkage
AKD的反应活性
水解产物为固体的酮类化合物, 水解产物为固体的酮类化合物, 可以被留着在纸张上 AKD本身形成沉积物的危险性较小 本身形成沉积物的危险性较小， AKD本身形成沉积物的危险性较小，但在水解过程中产生的不稳定中 酮酸, 间体β-酮酸, 能和钙离子形成相对稳定的粘性沉淀物质
中性施胶的优点与缺点-工程应用
优点 碳酸钙可被用作填料 容易脱水(脱水速度快) 减少打浆和干燥的能源消耗 垢物生成少 缺点 存在施胶剂水解问题 工程温度受控制 使用酸性化学浆(pH<4)会引起问题 使用机械浆时存在阴离子垃圾问题
网布和毛布易磨损和堵塞， 减少吨纸耗水量 微生物活性高时易产生腐浆， 存在无机物沉积和纸面拉毛问题 填料代替部分纤维，纸料更为便宜 优化助留系统较为麻烦 化学品相容性差，需更贵的染料，荧 腐蚀性更小 光增白剂效果较差,需要湿强剂
RCH2COCl
+
RCH2COCl
(C2H5)3N －HCl R
+
H C
Alkyl Ketene Dimer
Figure 18 Synthesis of AKD( R= C14H29 to C20H39 )
AKD的乳化与乳液指标
少量水 乳化剂 熔融AKD O/W乳液 大 量 水 切 速 O/W乳液 剪 速 高 W/O 高速剪切 O/W
化工助剂
AKD中性பைடு நூலகம்胶原理与技术 AKD中性施胶原理与技术
天津科技大学造纸科学与工程系 查瑞涛
主要内容
中碱性施胶 AKD的合成与乳化 AKD的合成与乳化 AKD的施胶机理 AKD的施胶机理 AKD中性施胶过程中的故障排除 AKD中性施胶过程中的故障排除
一、中碱性施胶
中碱性施胶的原因
主要是为了使用碳酸钙 损纸或白水中的碳酸钙与硫酸铝接触会引起pH变动、 损纸或白水中的碳酸钙与硫酸铝接触会引起pH变动、 pH变动 系统产生气泡、留着率低下、 系统产生气泡、留着率低下、成纸有针孔等问题 含碳酸钙的抄造系统，pH必须维持在6.5以上 含碳酸钙的抄造系统，pH必须维持在6.5以上 必须维持在6.5 纸料中大量的碳酸钙能将pH缓冲维持在pH7.8-8.5， 纸料中大量的碳酸钙能将pH缓冲维持在pH7.8-8.5， pH缓冲维持在pH7.8 此范围不适合松香施胶系统。 此范围不适合松香施胶系统。
二、AKD的合成与乳化
AKD的合成 AKD的合成
AKD为不饱和内酯 AKD为不饱和内酯 原料：饱和脂肪酸(棕榈酸、月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、花生酸) 原料：饱和脂肪酸(棕榈酸、月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、花生酸)
RCH2COOH
SOCl2
RCH2COCl R H C C O R C H R C O C C H O C O
提高留着率的方法
填料加入之前在浓浆处加入AKD(但可能加速 分解 但可能加速AKD分解 填料加入之前在浓浆处加入 但可能加速 分解) 优化助留系统，往往比选择更佳的AKD还要重要 优化助留系统，往往比选择更佳的 还要重要
提高留着率的方法
阳离子淀粉可以优先将AKD沉积在纤维表面， 阳离子淀粉可以优先将AKD沉积在纤维表面，增进施胶效率 AKD沉积在纤维表面
施胶度不足问题
检查下列指标或性质 pH (Basicity) 碱度 (Alkalinity) 阴离子垃圾量 (Anionic Trash) 系统电量 (System Charge) 纸料温度 (Stock Temperature) 干燥温度曲线分布 (Drying Temperature)
pH (basicity)和碱度 (alkalinity)
三、AKD的施胶机理 AKD的施胶机理
AKD的反应活性
与纤维素反应的活性低于ASA 与纤维素反应的活性低于ASA
R C H R C C H O C O HC C OH OH OH O R O Keto-ester (sizing) R H2 C C O
+
OH OH
Cellulose Cellulose
75~90oC, 阳离子稳定剂，少量的表面活性剂 阳离子稳定剂， 加入AKD块片，融化 块片， 加入 块片 将混合物强行通过均质器， 将混合物强行通过均质器，然后冷却 还可以加入少量的促进剂和少量的杀菌剂
剂
AKD的乳化与乳液指标
粒径: 平均1 粒径 0.5~2 m, 平均 m 固含量: 几年前); ± 目前) 固含量 6~13% (几年前 15±0.5%，20－25% (目前 几年前 ， － 目前 pH 值： 3－5，粘 度：≤15 mPa.s （25摄氏度） 摄氏度） － ， 摄氏度 保质期： 个月 室温密闭，避免冰冻曝晒） 个月（ 保质期： 3个月（室温密闭，避免冰冻曝晒） 固含量中的20~40%为阳离子淀粉或其它更强阳离子性的聚合物稳定剂 为阳离子淀粉或其它更强阳离子性的聚合物稳定剂 固含量中的 极少水解和迁移)产品中保护剂的含量高达 “第三代”高固含量AKD(极少水解和迁移 产品中保护剂的含量高达 第三代”高固含量 极少水解和迁移 产品中保护剂的含量高达AKD本 本 身含量的1.5-2.0倍 身含量的 倍
中性施胶的优点与缺点-产品质量
优点 提高纸张强度，可容纳高填料和弱纤 维(如阔叶木) 高填料量提供高不透明度 印刷适性好 高湿状态下压光不黑化成为可能 纸张永久性提高 化学抵抗性提高 缺点 施胶熟化可能不完善 调节施胶度困难 施胶逆转和施胶消失现象 为提高不透明度需更细的填料 pH>7.5时使用机械浆导致黄变 复印纸与墨粉粘结力不足 高度施胶时纸张表面打滑 荧光增白剂使用量高 纸张光泽度低
AKD施胶过程中的故障排除 四、AKD施胶过程中的故障排除
乳液水解和胶粘物问题 留着率过低问题 施胶度不足问题 熟化过慢问题 施胶消失和施胶逆转问题
乳液水解和胶粘物问题
AKD产品pH在2.5-3.5的范围内 AKD产品pH在2.5-3.5的范围内 产品pH 打开内酯结构) 当pH>6时, 其反应性大大增加 (打开内酯结构) pH>6时 AKD乳液最好在25 AKD乳液最好在25oC以下储存和运输 乳液最好在 由于乳液呈酸性, 由于乳液呈酸性, 储存和泵送时需要耐腐蚀设备
AKD施胶机理
AKD必须先铺展到纤维表面才能发生酯化反应， AKD必须先铺展到纤维表面才能发生酯化反应，但是水解反应却不 必须先铺展到纤维表面才能发生酯化反应 需要 随着温度升高, 水解速率上升快于酯化速率的上升, 随着温度升高, 水解速率上升快于酯化速率的上升, 因此升高温度 不利于施胶 有必要设计湿纸页干燥温度曲线分布图， 有必要设计湿纸页干燥温度曲线分布图，在可能的前提下尽快尽早 地排除过剩的水份 在纸张加工前加速AKD胶的熟化 在纸张加工前加速AKD胶的熟化 AKD 聚酰胺环氧氯丙烷（PAE）或其它阳离子聚胺能加速AKD的熟化， 聚酰胺环氧氯丙烷（PAE）或其它阳离子聚胺能加速AKD的熟化，但 AKD的熟化 也有可能加速水解反应
阴离子垃圾含量与系统电量
纸料温度
AKD的熔点(45AKD的熔点(45-55oC) 的熔点(45 纸料温度(如60-70oC)应避免过高地超过超过AKD的熔点 应避免过高地超过超过AKD 纸料温度( 60- C)应避免过高地超过超过AKD的熔点 超过后将加快AKD的水解 超过后将加快AKD的水解 AKD
碱度: 主要由于HCO3-离子 折算成碳酸钙的浓 离子), 碱度 表示水相的缓冲能力 (主要由于 主要由于 度mg/L (ppm) pH和碱度对 和碱度对AKD施胶的影响是互相关联的 和碱度对 施胶的影响是互相关联的 碳酸氢根离子具有质子转移催化作用 理想的碱度范围: 否则AKD胶的熟化会失败 理想的碱度范围 50-200ppm, 否则 胶的熟化会失败 应避免高碱度(≥ 加剧AKD的水解和施胶逆转 的水解和施胶逆转(sizing reversion) 应避免高碱度 ≥400ppm): 加剧 的水解和施胶逆转 在适合的碱度范围内, 对施胶度的影响十分明显. 在适合的碱度范围内 pH对施胶度的影响十分明显 对施胶度的影响十分明显 理想的pH范围为 理想的 范围为7.0-8.5 范围为
阴离子垃圾含量与系统电量
阴离子垃圾物具有比表面积大， 阴离子垃圾物具有比表面积大，负电荷量高的特点 随pH的升高，阴离子垃圾物含量变大 pH的升高， 的升高 施胶剂被阴离子垃圾物吸附而不被纤维吸附 这些阴离子垃圾物如不被留着，则加速AKD水解 这些阴离子垃圾物如不被留着，则加速AKD水解 AKD 高效率清洗纸浆 使用阴离子垃圾捕捉剂 AKD加入之前系统的电量不能为太高的正电荷性 AKD加入之前系统的电量不能为太高的正电荷性 避免过量加入阳离子聚合物
3CaCO3 + Al2 ( SO4 ) 3 + 3H 2O 2 Al (OH ) 3 + 3CaSO4 + 3CO2 CaCO3 + CO2 + H 2O Ca ( HCO3 ) 2 Ca 2+ + HCO3
2 CaSO4 Ca 2+ + SO4
solubility ~ 2 g / L
中性/ 中性/碱性施胶的机理
AKD施胶机理
AKD-Particle
Fiber Surface Adsorption No sizing
hydrophobic part
Heat
Melting Spreading No sizing
hydrophilic part
Time
Orientation Sizing
Figure 21 Schematic illustration of the mechanism of sizing
熟化过慢问题
与干燥温度分布图有关 与纸张的水分含量有关 改进方法： 改进方法：
提高湿部脱水率 降低压榨前水分含量 改善干燥温度曲线 采用低湿度干燥法(<7%) 采用低湿度干燥法(<7%) 热态卷取
施胶消失和施胶逆转问题
施胶消失— 当纸页在卷轴上放置时所有的施胶效果全部丧失的现象。 施胶逆转— 施胶后的纸页经过一段时间后，施胶度先熟化至峰值然
干燥温度
干燥温度十分重要， 干燥温度十分重要，但干燥温度分布图更为重要 对AKD应快速干燥，干燥初期到达高温，以破裂AKD粒子 AKD应快速干燥，干燥初期到达高温，以破裂AKD粒子 应快速干燥 AKD 但每台纸机的最佳干燥分布图，须经多次“试错法” 但每台纸机的最佳干燥分布图，须经多次“试错法”获 得