在纖維原料惡化條件下能正常發(fā)揮作用的干強(qiáng)劑

造紙行業(yè)回收纖維的大量使用使?jié)癫康倪\(yùn)行環(huán)境變得非常復(fù)雜。在這種嚴(yán)峻條件下，造紙化學(xué)品如施膠劑、增強(qiáng)劑能正常發(fā)揮作用是至關(guān)重要的。該文介紹的日本新近開發(fā)的聚丙烯酰胺（PAM）類分散型聚合物助劑“POLYTENTION”在纖維原料惡化條件下表現(xiàn)出高凝聚性的同時還較好地提高了紙張強(qiáng)度；并且，該助劑還具有易溶于水、易于操作的優(yōu)點。

目前，回收纖維的大量使用使造紙系統(tǒng)更加復(fù)雜化?；厥绽w維為主的抄造系統(tǒng)中，導(dǎo)電度上升，陰離子垃圾增加，各種造紙化學(xué)品難以發(fā)揮效果。如果為了維持紙張品質(zhì)而增加化學(xué)品用量，不但導(dǎo)致成本上升，而且還會污染紙機(jī)，對操作帶來負(fù)面影響。在這種情況下，日本某公司開發(fā)了一種具有高凝聚性并能提高紙張強(qiáng)度的分散型PAM類干強(qiáng)劑。

1 分散型PAM類干強(qiáng)劑的開發(fā)

日本該公司對該系列分散型PAM類干強(qiáng)劑進(jìn)行了如表1所示的改良研究。

表1 造紙環(huán)境變化對增強(qiáng)劑性能的影響和應(yīng)對措施

該公司嘗試了通過2液并用，使開發(fā)的分散型PAM類干強(qiáng)劑達(dá)到了在控制凝聚性的同時提高增強(qiáng)效果的設(shè)計目的，并在用戶的實際應(yīng)用中再現(xiàn)了良好效果。但是，干強(qiáng)劑在大幅改善網(wǎng)上的紙料脫水和纖維/化學(xué)品留著率方面有一定限度；另一方面，具有提高留著率（OPR）作用的是在抄造系統(tǒng)中添加的、增強(qiáng)其凝聚性的留著劑；問題是，如果過量添加留著劑的話，難免會給紙張品質(zhì)帶來負(fù)面影響。留著劑自身的高凝聚性會破壞勻度，降低紙張強(qiáng)度，過量使用還有可能污染設(shè)備，還會帶來需要復(fù)雜的稀釋添加設(shè)備等問題。

為了解決上述這些問題，該公司在開發(fā)的干強(qiáng)劑新產(chǎn)品——POLYTENTION時考慮了如圖1所示的關(guān)鍵問題。

關(guān)于PAM類化學(xué)品，該公司特別關(guān)注的是如圖2所示的紙張增強(qiáng)效果和凝聚性的關(guān)系。

從圖2可以看出,市售的PAM類化學(xué)品的增強(qiáng)效果和凝聚性這2個指標(biāo)幾乎是相互矛盾的。干強(qiáng)劑的主要目的是提高紙張強(qiáng)度,因此設(shè)計時使凝聚性受到一定程度的控制。故脫水性和OPR未必最適合某些抄紙系統(tǒng)。

圖1 開發(fā)POLYTENTION需要考慮的關(guān)鍵問題

另一方面，由于超高相對分子質(zhì)量PAM類聚合物助留劑考慮到勻度和操作性的平衡，必須設(shè)定最佳添加量，在達(dá)不到脫水量和OPR目標(biāo)的情況下，單純提高添加量不是理想的對策。

圖2 PAM類藥品的紙張增強(qiáng)效果與凝聚性的關(guān)系

該公司開發(fā)POLYTENION的目的是使它成為同時具有紙張增強(qiáng)效果和凝聚性的抄紙過程化學(xué)品，并要求其達(dá)到以下3項要求：（1）高相對分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺，使用時的低黏度；（2）具有高脫水性和高留著性；（3）像干強(qiáng)劑一樣，能夠成正比地提高紙張強(qiáng)度。

2 POLYTENION的典型性狀

表2中列出了該公司開發(fā)的“POLYTENION 1000”典型性狀。

表2 POLYTENTION和干強(qiáng)劑的典型性狀

由表2可見，POLYTENION 1000外觀為白色的分散液體；黏度與干強(qiáng)劑相近；離子組成與干強(qiáng)劑一樣，為兩性。在POLYTENION 1000的設(shè)計中稍微提高了其陽離子相對密度，獲得了不受填料和垃圾陰離子等影響的紙張增強(qiáng)性能和高留著性。同時，POLYTENION 1000還能幫助共用的其他化學(xué)品定著。因此，POLYTENION 1000發(fā)揮了降低總成本和優(yōu)化抄紙條件的效果，能夠靈活應(yīng)對各種情況。

3 POLYTENION的性能

POLYTENION具有在不降低紙張增強(qiáng)效果的同時能提高凝聚性的特點。

3.1 紙板抄紙實驗

以下通過紙板抄紙實驗來探討POLYTENION的性能。

3.1.1 紙板抄紙條件

紙板抄造條件如下。

（1）原料纖維：流送段紙板用瓦楞廢紙漿。

（2）化學(xué)品及其用量：硫酸鋁為1.5%，施膠劑為0.2%，POLYTENION 1000分別為0.05%和0.1%，留著劑分別為0.025%和0.05%，干強(qiáng)劑（該公司產(chǎn)品，固含量為15%，脫水型）分別為0.1%和0.2%。

（3）抄造pH=7.0，平均定量為150 g/m2。

（4）留著性：Britt-type Dynamic Jar Tester（攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為2 000 r/min）。

（5）留著劑A和留著劑B，均為市售產(chǎn)品，有效成分均為15%。

3.1.2 結(jié)果和分析

抄紙實驗的結(jié)果和分析如下。

POLYTENION用量對成紙強(qiáng)度和脫水性的影響分別見圖3和圖4。

圖3 化學(xué)品用量對成紙耐破指數(shù)的影響

圖4 化學(xué)品用量對脫水性的影響

由圖3和圖4可見，紙張強(qiáng)度隨著干強(qiáng)劑用量的增加而提高，POLYTENION 1000也具有同樣的趨勢；二者的脫水量（凝聚性用脫水性評價）也是分別隨其用量的增加而增加。

圖5顯示了脫水量與耐破指數(shù)的關(guān)系。

圖5 脫水性和成紙的耐破指數(shù)的關(guān)系

由圖5可見，即使干強(qiáng)劑用量增加，脫水量變化也不大，而紙張強(qiáng)度提高。

圖6顯示了脫水性和勻度的相關(guān)性。

圖6 脫水性和勻度的相關(guān)性

如圖6所示，干強(qiáng)劑用量增加，勻度變動系數(shù)基本不變。與此形成對照，留著劑的用量增加，脫水性發(fā)生了很大的變化。但是，在獲得高脫水性的情況下，勻度受到顯著破壞，存在著紙張強(qiáng)度大幅下降的危險性。

在使用POLYTENION的情況下，在其用量比干強(qiáng)劑少的情況下就獲得了較高的脫水量。在此脫水量水平時，勻度不容易破壞，因而能提高紙張強(qiáng)度。

此外，圖7顯示了使用POLYTENION 1000情況下的纖維留著率。

圖7 使用POLYTENTION時的OPR

圖8顯示了同時使用POLYTENION 1000時的施膠效果。

圖8 使用POLYTENTION時的施膠效果

僅看留著性能，可以得出以下結(jié)論，POLYTENION 1000具有與助留劑大體相同的性能，并且施膠效果良好。這是因為POLYTENION設(shè)計所致——與助留劑不同的離子性的平衡產(chǎn)生了影響，使得施膠劑更好地定著，因而有可能發(fā)揮更好的效果。

3.2 中、高檔紙抄紙實驗

接著，在中、高檔紙的抄紙系統(tǒng)中，使用POLYTENION 1000，并且進(jìn)行同樣的研究。

3.2.1 中、高檔紙抄紙條件

中、高檔紙抄造條件如下。

（1）原料纖維：LBKP紙碎解打漿后使用。

（2）化學(xué)品及其用量：硫酸鋁為1.5%，施膠劑為0.2%，輕質(zhì)碳酸鈣為20%，POLYTENION 1000分別為0.05%和0.1%，留著劑分別為0.025%和0.05%，干強(qiáng)劑（該公司產(chǎn)品，固含量為15%，脫水型）分別為0.1%和0.2%。

（3）抄造pH=7.2，平均定量為60 g/m2，紙的平均灰分為8.2%。

（4）留著性：Britt-type Dynamic Jar Tester（攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為2 000 r/min）。

（5）留著劑A和留著劑B，均為市售產(chǎn)品，有效成分均為15%。

3.2.2 結(jié)果和分析

中、高檔紙抄造實驗的結(jié)果和分析如下。

圖9和圖10與前面的圖3和圖4相對應(yīng)，顯示了POLYTENION 1000用量對紙張強(qiáng)度和脫水性的影響。

圖9 化學(xué)品用量對成紙內(nèi)部強(qiáng)度的影響

圖10 化學(xué)品用量對脫水性的影響

由圖9可見，隨著助留劑用量的增加，紙張內(nèi)部強(qiáng)度下降的趨勢相當(dāng)顯著。

脫水量和內(nèi)部強(qiáng)度及勻度的關(guān)系分別見圖11和圖12。

因文化用紙的定量較低，勻度的變化對內(nèi)部強(qiáng)度的影響很大。但是，在該文報告的用量水平，即使勻度變動系數(shù)在較高水平，POLYTENION 1000也能維持較高的紙張強(qiáng)度。

圖11 脫水性與內(nèi)部強(qiáng)度的相關(guān)性

圖12 脫水性與勻度的關(guān)系

4 POL YTENION的添加方法

一般來說，為提高助留劑的凝聚力，需要提高助留劑相對分子質(zhì)量。但是，其結(jié)果造成黏度升高，稀釋困難，因此必須配置專用稀釋加藥設(shè)備。而POLYTENION 1000具有粒子形狀，在進(jìn)一步與稀釋水混合時，容易潤脹而成粒子狀，提高了其溶解性。

圖13顯示了POLYTENION 1000粒子在水里潤脹和溶解的狀態(tài)。

圖13 粒子的顯微鏡照片

粒子由于稀釋水的存在而潤脹，最終成為可溶解物質(zhì)，可溶解速度取決于粒子直徑。因而，控制易溶解分子的組成和粒子直徑相當(dāng)重要。

POLYTENION 1000的添加設(shè)備可利用原添加干強(qiáng)劑時使用的添加設(shè)備進(jìn)行稀釋和添加（見圖14），不需要增加新的設(shè)備，這樣還能節(jié)省約1 m2的場地。

圖14 連續(xù)添加設(shè)備

5 結(jié)束語

PMA類微粒子聚合物“POLYTENION”可以兼顧紙張強(qiáng)度和改善操作性，是一種在纖維原料惡化條件下仍能正常發(fā)揮作用的干強(qiáng)劑。

（杜偉民）

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