造纸助剂配方分析研发、及其分类和发展
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造纸助剂配方分析研发、及其分类和发展
导读:本文详细介绍了造纸助剂背景、发展及分类等,如果任何技术问题都可咨询我们的技术工程师。禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验,引进国外配方破译技术,专业从事造纸助剂的技术开发,彻底解决企业生产研发过程中遇到的难题,利用其八大服务优势,最终实现企业产品性能改进及新产品研发。
1、前言
造纸工业是以纤维为原料的化学加工工业,在制浆、抄纸和纸加工过程中都离不开造纸助剂的使用。造纸助剂能赋予纸张各种优异的特殊性能,特别是近年来随着造纸业的不断进步,纸张的品种越来越多,质量档次也越来越高,造纸助剂的作用越发凸显出来,从某种意义来说“没有助剂,就没有现代造纸”。
制浆造纸工业的进步,除了要依靠机械加工业的技术进步,生产出高效、节能的设备外,很大程度上要依靠制浆造纸工艺的技术进步,而制浆造纸工艺的进步是离不开化学品的。在制浆造纸过程中,除了采用常规化学品外,还要采用各种化学助剂以提高生产效率(如添加助滤剂以强化湿纸页的脱水,从而提高纸机车速,提高产量)、减少原材料消耗(如在蒸煮过程中添加助剂以提高纸浆得率,从而减少木材原料消耗)、改善成品和半成品质量(如添加干增强剂以提高纸页的干强度)、控制和缓和生产过程中可能发生的障碍(如添加树脂控制剂以避免树脂障碍)、使产品具有某些特殊性质和功能(如添加耐水剂使纸张具有抗水性、添加阻燃剂使纸张具有不燃或难燃的性能)。据不完全统计,目前国际上纸的品种已达上千种,这都是得益于化学。
2、造纸助剂的分类
造纸助剂分为制浆助剂、抄纸助剂、涂布助剂和纸张二次加工用化学品四大
类,具体如下:
制浆助剂蒸煮助剂蒽醌、四氢蒽醌
漂白助剂氨基磺酸
废纸脱墨剂多种表面活性剂复配而成
其它制浆助剂
抄纸助剂过程添加剂助留剂聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、
阳离子淀粉
助滤剂阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉
消泡剂有机硅型、聚醚型或脂肪酰胺型表面活性
剂
防腐剂有机硫、有机卤化物、季胺盐和金属磺酸
盐
树脂控制剂滑石粉、硫酸铝等
纤维分散剂聚氧化乙烯
毛毯清洗剂酸、碱液、中性洗涤剂
功能性添加剂浆内松香系列施胶剂松香胶、强化松香胶、乳
液型松香胶
施胶剂中/碱性施胶剂AKD,ASA
干强剂阳离子淀粉、聚丙烯酰胺(阳离子型、两性
离子型)
湿强剂三聚氰胺-甲醛、聚酰胺表氯醇树脂、聚乙烯
亚胺
柔软剂有机硅油
表面纸质表面增强剂改性淀粉、CMC,PVC等
处理剂表面施胶剂变性淀粉、聚乙烯醇等
涂布助剂分散剂六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠
乳化剂磺化油
耐水剂丁苯胶乳
柔软塑化剂甘油
粘度调节剂尿素、双氰铵等
纸张二次加工用化学品阻燃剂、防水剂、防锈剂等
2.1 制浆助剂
制浆助剂主要围绕如何保护纤维素和半纤维素以提高制浆得率及加速脱木素速率等方面进行研究开发。
2.1.1 蒸煮助剂
目前广泛使用的蒸煮助剂为蒽醌类化合物。特别在木材资源紧缺、能源紧张的国家,蒽醌类助剂的使用已相当普及。蒽醌类化合物作为蒸煮助剂不仅能提高纸浆得率,而且还可减少蒸煮用碱量、缩短蒸煮时间、降低蒸煮温度和纸浆硬度,所起的良好作用是有目共睹的。国内碱法制浆厂普遍使用蒽醌(AQ),但在日本则大多采用二氢二羟基蒽钠(DDA),这是因为AQ的溶解性差,而DDA能溶于水,因此,其效果更好。
继AQ之后,德国科学家L. Hat又发明了环保型的蒸煮助剂—绿氧。绿氧是一种高分子合成材料,在蒸煮过程中可提供一个活性氧以氧化碳水化合物的醛糖末端基使之变成糖酸末端基,达到保护碳水化合物提高制浆得率的目的;绿氧
具有很强的润湿、渗透能力,可使碱液迅速渗透到纤维内部,以缩短蒸煮时间;绿氧还具有高分子络合功能,能将发色金属离子络合屏蔽,以提高纸浆白度。采用绿氧代替AQ不仅保留了原AQ制浆工艺的优点,同时大大改善了制浆的后加工性能(如可降低漂率,缩短打浆时间等),而且减少了污染,黑液易于处理。国内自1994年开始了绿氧-碱法、绿氧-亚铵法制浆的研究,并在山东、河南等地的众多造纸厂进行了大生产应用,取得了明显效果。
2.1.2 废纸脱墨剂
为提高资源与能源的利用率,世界各国都十分重视提高废纸(二次纤维)的回收率。废纸脱墨剂随着废纸回用率的增长而得到较大的发展。脱墨剂主要由NaOH、Na2SiO3、H2O2、螯合剂和表面活性剂组成。脱墨剂的具体配方因脱墨方法而异。洗涤法脱墨使用的脱墨剂需具有突出的分散功能,才能使油墨易于分散形成胶体而脱除,所用的脱墨剂以烷基苯磺酸钠、烷基苯基醚、聚乙二醇为主。浮选法脱墨使用的脱墨剂需具有适度起泡功能和油墨捕集功能。浮选法所用的脱墨剂以非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂为主如美国的Albright 8000及DI-600等。国内目前洗涤法脱墨剂处于大规模生产应用阶段,浮选法脱墨剂主要有杭州化工所研制的HD-7,HD-8等。
2.2 抄纸助剂
抄纸助剂包括过程添加剂(如助留剂、消泡剂、树脂障碍控制剂等)和功能性添加剂(如增干强剂、增湿强剂、施胶剂等)。抄纸过程添加助剂的目的主要在于改善生产过程、提高产品质量和产量、减少物料流失。
2.2.1 施胶剂
2.2.1.1 浆内施胶剂我国目前所采用的浆内施胶剂大多为酸性施胶剂,其主
要品种有松香皂胶、强化松香胶和分散松香胶等。在松香施胶剂方面,国外发达国家已淘汰了传统的皂化松香胶,而强化松香胶仍有不少厂家使用。近年来发展最快的是乳液松香胶,它是70年代中期由美国Hercules公司开发的。目前国内80%以上纸厂仍使用普通的皂化松香胶,10%纸厂使用强化松香胶,10%左右纸厂使用分散松香胶,另有极少数纸厂使用中性合成施胶剂。随着中/碱性抄纸的不断发展,中/碱性施胶剂的用量将不断增加,中/碱性施胶剂品种主要有烷基烯酮二聚体(AKD)、烯基琥珀酸酐(ASA)等。与酸性施胶相比,中性施胶有许多优点,但由于松香施胶的可靠性及价格便宜等优点,故采用松香施胶的国家仍然很多,如日本的施胶剂就是以松香系施胶剂为主的。
2.2.1.2 表面施胶剂表面施胶剂是指把施胶剂涂敷到纸的表面,使胶料与纸体粘接,并在纸面上附着一层近于连续的薄膜。表面施胶的留着率高,施胶增强效果好。现在常用的表面施胶剂有改性淀粉类、改性纤维素、聚乙烯醇等。2.2.2 增强剂
2.2.2.1 干增强剂由于长纤维原料供应短缺,阔叶材、非木材纤维及二次纤维使用比例的增加,所带来的突出问题就是纸张强度的下降,因此,使用干增强剂就比以往显得更加重要。目前常用的干增强剂有变性淀粉(如阳离子淀粉、阴离子淀粉)、丙烯酰胺聚合物和聚乙烯醇等。西欧主要以阳离子淀粉和双变性淀粉为主,美国以阳离子淀粉为主,其次是聚丙烯酰胺,日本则以聚丙烯酰胺为主。我国目前则以改性淀粉和阴离子聚丙烯酰胺为主。
2.2.2.2 湿增强剂湿增强剂常用于毛巾纸、纸袋纸、湿式感光纸等产品的生产上,而书籍用纸和报纸等一般纸张很少使用。目前常用的湿增强剂有:阳离子型脲醛树脂(UF树脂)、三聚氰胺甲醛树脂(MF树脂)、聚胺酰胺树脂(PAE