松香胶的制备

分散松香胶的工业制备

郑州市道纯化工技术公司牛华

一、概述

中国是造纸的发明国，传统的造纸（宣纸）是不进行施胶的，直到1804年，人们发明用松香作施胶剂以来，纸的施胶才得以大力发展，施胶剂的品种和性能也有了很大提高。目前，已进入多元化施胶剂时代。尽管施胶剂新品种频出，但作为传统的松香系施胶剂仍是当今施胶剂的主导，只是其性能和形成都发生了变化。以松香作为施胶剂大约经历了3个阶段：一是传统的褐色松香胶，将普通松香中加入大量的纯碱进行皂化，淳离松香含量极少，皂化后的松香溶于水中，然后用于施胶；二是改性松香皂化胶或称之为强化松香皂胶，其原理是将普通松香通过双烯加成反应，加上更多的羧基，加大松香的负电荷数，然后再皂化，使松香更好地覆盖在纤维表面，从而提高施胶效果；三是高游离松香，又称分散松香，该松香胶不经皂化，采用化学法或机械法，使松香制成水溶性乳液，然后加入浆内达到施胶目的；分散松香胶有以下几个品种：一是阴离子分散松香胶；二是低泡型分散松香胶；三是阳离子型分散松香胶；四是阴离子中性分散松香胶。目前，最新发展是阴离子中性分散松香胶。

分散松香胶的制备是一物理化学过程，通过一定的外力使不溶于水的松香变为水溶性乳液，并在一定化学物质存在下，使之保持相对稳定。目前，国际较常采用的是逆转法制备分散松香胶。

由于分散松香胶游离松香含量高，分散粒度细，使用分散松香作施胶剂可节约松香用量50%左右，硫酸铝30%～70%，同时可提高上网pH值，减少白水污染，提高纸张施胶度、白度和强度，并可配合阳离子留着剂进行近中性抄造。

二、工艺路线选择

分散松香制备一般有3种方法：高压溶剂法、高温高压法和高温常压法。

①高压溶剂法

松香是一熔点较高的油性物质，需要在110℃以上才能呈流动状态，要对松香进行乳化，必先使其液体化，最早的方法是用苯或甲苯等有机溶剂，将松香溶解于其中，并加入一定量的表面活性剂水溶液，再一同进入高压混合器，通过减压喷放进行乳化，产品经蒸馏回收溶剂循环使用，该方法可制得30%～40%乳液。

②高温高压法

该方法是通过加热方式使松香熔化成为液态并升温到160～190℃，同时将表面活性剂水溶液加热到80～90℃，将二者先相互混后，打入高夺均质器（压力约18.9～

25.9MPa）进行细乳化，乳液迅速冷却到38℃以后，可制成35%～40%乳液。

③高温常压方（又称逆转法）

该法是首先通过加热使松香变成液态，采用常用的液-液逆转乳化法制备在松香乳液，其工艺过程是先将预热的乳化剂加入已熔化松香中，再将热水逐渐加入松香中，先制成W/O型乳化液，随着水量加入W/O型乳液再转相成O/W乳液，制成乳化松香，乳化松香经快速冷却制成分散松香，一般浓度可达50%左右。

高压溶剂和高温高压法需要高压设备，制造费高，投资大，设备操作困难，产品

质量不易保证。高温常压逆转工艺制备分散胶，采用该工艺不需要溶剂，只需要通过加热使松香液化，设备可在常压条件下操作，制作费用低廉，易于控制，且逆转法制得产品浓度高，粒度细，存放期长，产品可作为商品销售。

三、分散松香胶制备工艺原理

1．逆转法制备分散松香过程实际上是一个乳化过程，而得到的产品却是分散松香胶，这包括了熔化时的相转变、乳化时的转相和冷却时的相转变过程。图示如下：

熔化加乳化剂加水冷却

松香（0）松香（0）松香乳液（W/O）松香乳液（O/W）分散松香（O/W）

水溶液

（S）（L）（L）（L）（S）

2．分散松香是一热力学亚稳定体系

固体松香吸收热量变为液态松香，松香液和水之间存在着极大的界面张力，要降低这一界面张力可通过加入表面活性剂达到。同时松香乳化过程是比表面积增大，体系内能增大的过程，这一过程需要外界提供能量。提供能量的方式有2种：一是通过加热；二是强力机械搅拌。体系在获得大量能量后，粒度变细，比表面积增大，内能增加，处于一种不稳定状态，是趋向于松香和水分离。而制备分散松香胶的目的就是既要使粒度尽可能细小些，又要保持这一状态的稳定，最佳方法就是向体系中加入表面活性剂，减少松香和水界面张力，并形成坚固的双电层保护膜，以阻止松香的凝聚，使体系处于一种相对的稳定状态，即形成热力学亚稳定体系。故此，分散松香粒度和搅拌强度及乳化时温度有密切关系，其存放稳定性主要取决于乳化剂的性能，同时乳化粒度越细，乳化剂所形成的界面膜强度越大，乳液就越稳定。但仅制成稳定的乳化松香是不够的，乳化松香必须冷却到常温变为分散松香才能储运。冷却的过程被乳化的松香从液态变为固态，经历了松香相态的变化，这一过程要放出大量热量，制备时必须及时将这一潜热移出，否则这些热量供给体系将使体系中松香微料“冲破”界面膜的“阻力”，凝聚成大颗粒造成制胶失败。同时，由于松香相态的改变，其界面性质也发生变化，这时的乳化剂已不能完全适应固体松香和水界面形成保护膜的需要，其保护膜将会出现“漏洞”和创伤，这需要有新的表面活性剂配合弥补“漏洞”，修复创伤以保持体系的亚稳定性，制出优质分散松香胶。许多制胶者往往忽视了这一点，造成制胶失败，制备分散松香应遵循这一原理。生产中应注意以下几点：（1）乳化设备选择

（2）表面活性剂选择

（3）制备时工艺温度控制

四、逆转法制备分散松香胶设备选择

1．乳化设备选择

分散松香胶制备过程是采用逆转法，需要通过机械搅拌方式向体系提供能量，又需要通过加热向体系经提供能量。逆转法乳化是一个变粘度的过程，物料粘度由小变大直至极大又突然变小，因此设备搅拌形式就不可按一般常规搅拌选择，同时乳化过程又必须考虑搅拌的角速度和线速度的关系，搅拌尺寸要经过严格试验才能确定。乳化过程和设备材质、设备表面性质有一定关系，因此，必须考虑设备的表面处理问题，乳化设备放大无特定规则可循，设备的高径比必须通过实践获得。一般设备直径越小，

放大效应就越小，产品和小试就越接近。但在同样容积下，高度就应加大，设备高度加大，搅拌轴就必须加长，搅拌轴加长，搅拌机械稳定性就差，制造难度就大，加之转速较高，因此设计时就必须综合考虑，以兼顾二者。乳化过程使用表面活性剂，在高速搅拌下会产生大量泡沫，生产过程中其装料系数极小，设计时必须考虑生产过程中必须不断向物料供热以保证体系温度和体系获得内能，设备必须有热源供应装置。乳化结束后，料温很高，且供热系统不可能立即撤掉，设备必须能使物料快速胶离热源，以免溢锅。

综合上述诸多因素，乳化设备必须具备以下条件：

①搅拌器在低粘度时不溅料；

②搅拌器在极高粘度、高转速下不产生“滑轮”；

③搅拌器如只提供高的剪切力，将达不到充分混合效果；

④搅拌器要有足够的强度，以保证在高粘度、高转速条件下正常运转；

⑤设备的搅拌表面须经过特殊处理，以利于形成O/W乳液；

⑥设备必须有足够的供热源；

⑦设备高径比处理必须合理，既要有一定的容积，又不使直径太大；

⑧设备必须便于迅速放料。

国产RK-500型乳化设备基本上符合上述要求，该设备采用全不锈钢材料，并进行表面处理，转速从0～1600转/分无级可调，供热可采用电热、蒸汽加热和直火加热。

2．熔化设备选择

松香的熔化是将固体松香变为液态松香并加热到一定温度，松香熔化时先熔的松香易将未熔松香包起来，形成“夹生”死角，以致很难熔化并造成局部温度过高引起松香分解，因而熔化设备在选型时要考虑有隔板或隔管，以避免松香“夹生”。

3．冷却设备选择

从制胶工艺看应使乳化松香迅速冷却，及时移走热量，一般可选择列管冷凝器配合冷却釜再经搅拌冷却到常温。设备材质影响传热效率，一般选用不锈钢设备，尽可能不使用搪瓷设备。

五、分散松香胶用原材料

分散松香用原料包括：普通松香、马来松香、乳化剂、分散剂和去离子水。

1．普通松香和马来松香

制备分散松香胶所使用松香可以从特级到三级均可，级别越高，越难乳化，成胶白度越高，施胶效果越好；级别越低，越易乳化，成胶白度越低，施胶效果越差。马来松香一般使用115马来松香，其中约45%松香生成顺酐加成物，一般可以自制或从松香厂直接购买。

2．乳化剂、分散剂

分散松香胶乳化剂和分散剂均可为表面活性剂，选择表面活性剂制备分散松香胶