阳离子分散松香胶可行性报告

阳离子分散松香胶可行性报告一、选题必要性松香是一种丰富的再生资源，松香胶具有易制备, 价格均低于反应型施胶剂，施胶度易控制，废纸容易处理等优点，因此松香系施胶剂至今仍为造纸工业主要采用的施胶剂。

由于其分子中长碳链的烃基具有良好的疏水性，可以赋予纸张很好的耐水、耐油性，因而是一种优良的浆内施胶剂。

以松香为原料制备的造纸施胶剂品种很多，有膏状强化松香胶、粉状强化松香胶和阴离子分散松香胶等，但这些施胶剂均属于酸性施胶。

由于酸性施胶存在腐蚀设备、纸张易老化、废水处理困难等弊端，因此，许多研究者都转而开发各种中性、碱性施胶剂。

目前国际上使用较多的中性施胶剂主要是通过合成得到的，其中以烷基酮二聚体(AKD和烯基琥珀酸酐(SAS为代表，但这类施胶剂在造纸过程中的应用存在着熟化速度慢，纸表面的滑动性大，施胶效果不稳定等冋题。

1984年，美国首先推出新一代阳离子分散松香胶，并在西欧和东南亚等地推广使用，取得了较理想的效果。

该分散松香胶带有阳电荷，能自行留着在带阴电荷的纤维表面，对明矶的需要量低，适用的PH范围广，可在近中性条件下使用，还可用碱性的碳酸钙作填。

与传统的松香施胶剂（如松皂、强化松香皂、阴离子分散松香胶）相比，胶料用量少，成纸耐久性和强度提高；设备腐蚀减小、管道不结垢，泡沫少，湿部清洁，提高了纸机运转性能，在保持相同强度下增加了回收纤维浆比例和填料用量，从而降低了造纸成本。

与合成胶相比，具有贮存期长、价格低、使用方便等优点。

因此，阳离子分散松香胶渐有成为施胶剂主流趋势。

我国是松香生产大国，年产30万吨〜40万吨，占世界首位，造纸行业所用松香为国内总消耗量的30%左右。

我国施胶剂的使用却远远落后于其他造纸发达国家。

施胶剂在我国尚处于发展阶段，2001〜2003年，国内有80%以上的纸厂还在使用普通的皂化松香胶，10%左右的纸厂使用阴离子分散松香胶，只有极少数的纸厂使用阳离分散松香胶和合成胶。

因此开发出新型松香分散胶，能更好地实现由酸性造纸向中（碱）性造纸的转换，因而有着重要的现实意义。

1项目所处技术领域政策该项目属于精细化工材料领域中的造纸化学品，符合国家和江西省高新技术产业发展规划有关重点产业要求。

该项目产品具有以下特点：①胶体粘度低，稳定好，施胶剂用量少，用量为阴离子分散松香胶的50%同时硫酸铝用量也显著降低；②可加入CaCO等填料用于造纸中，降低生产成本；③可自行留着在带负电荷的纸纤维表面，并得到良好的施胶度；④施胶PH值为4.0〜6.5，可在接近中性的系统中应用，提高纸张强度和耐久度。

因此，阳离分散松香胶将成为松香系施胶剂的主流。

2相关技术领域国内外发展现状和趋势我国从80年代中期开始，科研工作者就开始致力于开发乳液松香施胶剂（又称高分散香胶），并使其进入实用化价段。

1990年，化工部造纸学品技术中心成功地开发出阴离子型乳液松香胶，至今这一类品的生产厂家已有50余家，牌号众多，总生产能力已达数万吨，但随着造纸向中性施胶方向发展，阴离子型产品肯定会慢慢退出历史的舞台。

目前，国内一些科研单位正在积极开发阳离子分散松香胶。

生产阳离子分散松香胶中关键的技术就是阳离子表面分散剂（用量为松香胶的10^左右），国内在这一方面突破不大，从国外购买又非常昂贵，所以国内阳离子分散松香胶主要是美国Hercules公司的产品，虽然产品质量好，但销售价格非常高，比我国阴离子分散松香胶平均贵2000元/吨以上，所以只有生产高档纸的厂家使用。

3项目技术先进性，对相关领域技术进步的推动作用造纸工业由于受到环保要求的制约，造纸工艺也在不断改进，排水系统逐步实现封闭循环，抄纸原有的体系也正在被打破，影响抄纸系统的问题之一就是施胶，造纸施胶发展了100多年，施胶机理各有见地，很难有一套完整、成熟的，能指导不同条件下进行施胶的理论，因而造就了各企业施胶工艺千差万别，也正因如此，才不断涌现新的施胶技术和施胶产品。

目前造纸施胶已进入多元化时代，目前我国使用的施胶剂多数仍为阴离子分散松香胶，而阳离子分散松香胶、AKD 和ASA合成胶正推广运用。

和传统的阴离子分散松香胶比，该阳离子分散松香胶用量可减少50%而且硫酸铝的用量也可减少50%- 70%国内最早推出阳离子分散松香胶的外资企业是上海赫格力士公司，然而由于该公司采用的是高压均质工艺，设备投入大，工艺操作严格，制造难度大。

由于产品使用效果好，国内许多科研机构纷纷研制开发新工艺来制备阳离子分散松香胶，如将普通的阴离子分散松香胶转化为阳离子分散松香胶，但由于工艺、成本、原料等多方面原因，至今未见有成熟工业化生产，阳离子分散松香胶目前仍是外资企业产品的天下。

而目前使用的AKD和ASA合成施胶剂，由于价格高，主要用于高档低。

但在实际运用中合成施胶剂也暴露出许多问题，由于合成施胶剂有很强的化学反应活性，在贮存过程中与进入造纸系统中，均会迅速水解成粘性很大的物质，容易沾污造纸系统。

另外还由于合成胶施胶后不能马上得到高的施胶度，要经过一段时间才能达到所需的施胶度，因而不能很好地满足高速纸机的要求，而且经AKD施胶后的纸张摩擦阻抗小，滑性增大，印刷适应性不如使用阳离子分散松香胶。

因此就目前而言，采用阳离表面活性剂和非离子表面活性剂复配来乳化松香，在技术上有较大的先进性，因此该项目技术能达到国内领先水平。

4项目进展本项目通过初步探索性试验研究，已取得小试样品，并在造纸企业进行了应用研究，取得了较为理想的效果。

但该项目还需进一步优化合成工艺，进行中试，为产业化生产提供依据。

二、技术方案1项目技术关键点或创新点，项目完成时达到的技术水平1.1主要技术关键(1)马来松香的研制松香的主要成分是树脂酸，分子中只含有一个羧基，亲水性极弱，经马来酸酐强化后，每个分子中有3个羧基，其酸值由松香的168mgKOH/g提高到238mgKOH/g亲水性增强，用于浆内施胶，可以增加结合点，从而提高施胶效率。

马来松香具有一定的抗氧化性，性质稳定，夏季存放不易变质、能改进施胶质量及施胶稳定性。

马来松香颗粒细小，因而能更均匀地分散于纸纤维上，可获得较高和稳定的施胶度。

该部分研究内容主在马来酸酐与松香加入比例的控制，目的是提高酸值和软化点，我们研制的马来松香其酸值为227mgKOH/g软化点为123.2 C，适合做分散松香胶的原料。

(2)乳化剂的选择及复配乳化对松香胶的质量有着重要影响，其中乳化剂的选择是关键。

松香的憎水性强，因而表面活性剂憎水基碳链越长，和松香或马来松香就越易形成氢键，而且与松香结构相似的表面活性剂，易在松香表面吸附，有利于分散液的形成和稳定，但阳离子表面活性剂的HLB值往往偏大，故应选择一些低HLB值的非离子表面活性剂与之配伍，使得乳胶表面上的乳化剂离子之间距离拉大，降低乳胶粒子表面的静电张力，增大乳化剂在乳胶粒上的吸附，提高乳液稳定性。

因此选择阳离子表面活性剂（十六烷基苄基二甲基氯化铵，三甲基苄基氯化铵、十二烷基苄基氯化铵等）与非离子表面活性剂（吐温、OR 甜菜碱）复配，并添加一定量的稳定剂（酪素、阿拉伯胶），是获得高分散、稳定施胶剂的关键。

（3）乳化及转相温度的研究较高的乳化温度有利于降低两相间的界面张力，减少乳化所需的剪切和分散能量，有利于表面活性剂分子排列成界面膜。

同时较高的乳化温度能够增加极性物质和非极性物质在乳化剂中的“溶解性”，降低松香分子间的界面张力，从而有利于稳定界面膜的形成。

但乳化温度过高，乳化剂易分解而失去活性，其乳化性能也随之降低。

转相温度是影响转相成败的关键，转相温度高，能降低松香的粘度，增加松香的流动性，有利于水进入连续相松香膜球中，增加转相前的溶水量，转相时形成较细颗粒。

但转化温度过高，水分气化，会增加松香薄膜球内部压力，薄膜容易破坏，使体系产生不稳定因素，不利于转相进行。

(4)搅拌速度的研究乳化过程中机械搅拌是必不可少的，它能提供剪切作用，使松香和助剂之间混合乳化，但在加水转相法中，各个不同的阶段采用不同的搅拌速度能达到不同的目的。

在松香物料的熔融阶段，加入乳化剂后，一般转速宜控制在150〜200r/min。

一段时间后开始转相时，搅拌速度必须加大，以提高松香和水的混和程度，应将松香迅速分散成小颗粒，并由w/o型转化成o/w型，但转相时搅拌速度过大，乳液中的小颗粒碰撞机会增大，又可重新凝聚成大颗粒，因此转相前后、以及转相过程中的搅拌速度对稳定乳液的形成有很大的影响。

该项目要进一步在乳化工艺条件上进行研究和完善，虽然本项目对乳化剂、助剂(非离子表面活性剂)、稳定剂的复配上已经进行了较深入的研究，但现有的技术尚未达到理想的程度，分散松香胶的稳定性、施胶的效果有待提高。

主要缺陷有：(1)分散松香胶的阳离子化途径以直接阳离子表面活性剂乳化效果好，可目前满足需要的阳离子表面活性剂甚少，给阳离子分散松香胶的研制带来一定的困难，因此在条件允许的情况下，有必要自行合成松香阳离子专用表面活性剂。

（2）搅拌电机及搅拌方式还存在不足，在转相时,W/O的混和物会变得越来越粘稠，致使搅拌速度开到较高挡，也很难快速搅拌，再者叶片在W/0的混和物变稠时真正起到剪切松香的剪切面会变得更小，应进一步进行研究。

同时加强温度控制，在进行转相时，加入的去离子水速度一直要保持加热，使混合物的温度不至于急剧下降而造成混合体系粘度变得更稠。

1.2创新点该项目有如下几点创新（1）乳化剂的选择及复配单一的阳离子表面活性剂分散松香困难，选择表面活性剂作为分散剂时要考虑到HLB值，同时还要顾及以下几个因素：①分散剂和分散相的亲和性。

分散剂的非极性基团部分和分散相的结构相似或相近时，分散效果好。

②分散剂和分散介质的亲和性。

③分散剂对乳液带电的影响。

然而分散剂兼顾分散介质和分散相是很难的，因此需要将多种表面活性剂复配作为分散剂才能取得满意的效果因此，在顾及上述三点的基础上，本项目将有一定代表性的阳离子表面活性剂作为研究对象，如十二烷基苄基二甲基氯化铵、三甲基苄基氯化铵等作为研究对象。

我们选择了聚季铵盐-67阳离子表面活性剂作为主乳化剂。

以非离子表面活性剂吐温-80和司盘-60以3:2复配，作为乳化剂助剂，这时的HLB值与乳化松香所需的HLB值接近，因而能形成比较稳定的界面膜来维持松香颗粒均匀分散。

为了进一步提高松香粒子的表面电位，增加扩散双电层的厚度，项目还选择了PVA和壳聚糖作为乳液的稳定剂。

因而项目在乳化剂、乳化助剂、稳定剂的复配方面有较大的创新。

（2）搅拌器型式和结构的选择松香分散过程中搅拌也是关键的因素。

本项目对乳化搅拌器做了对比试验，在前人螺旋桨式搅拌器、框式搅拌器、双涡轮式搅拌器的基础上，研制出双涡轮式立式搅拌器，并在每个涡轮上配有斜角为60度的五块剪切板，同时在搅拌轴上再配有框式搅拌机的复合搅拌系统，能够保证松香与热水的充分接触和乳化，而且松香胶不粘乳化釜壁。