尹 超

(岳陽林紙股份有限公司,湖南岳陽,414002)

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·ASA施膠·

ASA中性施膠劑在文化用紙生產中的應用

尹 超

(岳陽林紙股份有限公司,湖南岳陽,414002)

結合烯基琥珀酸酐(ASA)在岳陽紙業(yè)股份有限公司9#紙機上的應用實例,就ASA現場乳化、施膠穩(wěn)定性及控制水解等方面進行了深入探討,并就ASA替代AKD施膠,在控制假施膠方面進行比較。

烯基琥珀酸酐(ASA)；乳化；留著；乳化粒徑；假施膠

文化用紙抄造往往在中堿性條件下進行,這種環(huán)境下一般采用烷基烯酮二聚體(AKD)或烯基琥珀酸酐(ASA)進行施膠,其中,AKD在國內應用更加廣泛。與AKD施膠相比,ASA施膠需要現場乳化,一次性投資較大,同時,ASA易水解,工藝控制要求高,制約了ASA的推廣應用。但ASA比AKD施膠速度更快、pH值適用范圍更廣、施膠成本更低,在控制假施膠方面,也有著AKD無可比擬的優(yōu)勢。岳陽紙業(yè)股份有限公司(以下簡稱岳紙)9#紙機是5280 mm文化紙機,設計車速1400 m/min,該機臺于2009年投產后,一度出現AKD施膠劑用量過大、且經常伴有嚴重的假施膠問題,對生產及產品質量控制造成影響。為解決這些問題,從2012年7月開始,岳紙9#紙機采用ASA替代AKD進行漿內施膠,獲得了良好效果。本文結合岳紙9#紙機ASA實際使用情況,就ASA施膠的工藝過程控制進行介紹,以供同行參考。

1 ASA的乳化工藝控制

1.1 乳化流程

ASA乳化在生產現場進行,乳化劑采用陽離子淀粉,乳化設備為高剪切渦輪泵,經過糊化的淀粉,使用檸檬酸酸化至pH值4.0～4.5,進入冷卻器,溫度冷卻至40℃左右,與ASA混合,并進入乳化泵,在乳化泵的高剪切作用下進行ASA乳化,見圖1。

圖1 ASA乳化流程圖

1.2 淀粉質量控制

1.2.1 品種選擇

與玉米淀粉相比,木薯淀粉作為乳化劑時,ASA乳化顆粒粒徑分布更優(yōu),施膠效果也更佳,玉米淀粉和木薯淀粉對ASA施膠效果影響見圖2。

圖2 兩種乳化淀粉對ASA施膠效果影響

1.2.2 濃度控制

淀粉濃度過大時,黏度過高,ASA乳化粒徑偏大,在纖維表面吸附不均勻,施膠效果不好。淀粉濃度過低,ASA乳化不徹底,ASA顆粒不穩(wěn)定,水解加劇,容易出現膠黏物問題。ASA乳化顆粒平均粒徑要求控制在0.8～1.2 μm,且小于2 μm的含量不超過90%。表1所示為淀粉濃度對ASA乳液質量的影響。ASA乳液存放時間分別為10、20、30 min的情況下,檢測ASA乳化顆粒粒徑,粒徑變化越大,越不穩(wěn)定。從實際生產來看,淀粉與ASA質量比控制在3∶1,淀粉濃度控制在2.5%左右比較合適(不同紙機會有所不同)。

表1 淀粉濃度對ASA乳液質量的影響

1.3 ASA乳化溫度及pH值控制

ASA水解后不再有施膠作用,且隨著水解產物在系統中的富集還會給生產帶來很大的影響[1]。酸性情況下,ASA更穩(wěn)定,現場乳化的ASA乳液pH值≤3為好。乳化淀粉在使用前,需要利用檸檬酸將pH值控制在4.0～4.5,以減少ASA的水解。

實際生產中,尤其要注意檸檬酸與淀粉量的匹配,保持pH值穩(wěn)定。最好使用螺桿泵,以穩(wěn)定淀粉流量,減少對淀粉分子鏈的剪切,改善乳化效果。

ASA的水解速度隨著溫度的升高而升高,糊化好的淀粉,溫度在80℃以上,需要經過冷卻器冷卻后再使用,夏季溫度高,尤其要注意控制好冷卻水的水溫。

2 上網漿料及抄造工藝對ASA施膠的影響

2.1 溫度和pH值

為減少ASA的水解,不僅要控制乳化溫度,還要控制上網系統溫度。實際生產中,上網漿料溫度基本保持在40～48℃之間,在此溫度范圍內,ASA施膠效果受上網漿料溫度變化影響較小。

上網漿料pH值升高可以增加纖維的潤脹,使纖維暴露出更多的羥基參與反應,可促進ASA的熟化,但同時也會使ASA水解速度加快。pH值過低時,ASA反應活性較低,熟化難度加大,容易造成用量上升[2]。實際生產中,一般上網漿料pH值控制在7.5～8.5比較合理。圖3所示為生產全木漿膠版印刷紙pH值對ASA施膠的影響。其中,檢測系號1～8號(每隔1 h實時取樣檢測1次)對應ASA用量平均為1.1 kg/t紙,檢測系號9～16號(每隔1 h實時取樣檢測1次)對應ASA用量平均為1.5 kg/t紙,當上網漿料pH值超過8.6,ASA用量上升,施膠效果下降,這是由于pH值過高時,ASA水解加劇造成的。

圖3 pH值對ASA施膠的影響

2.2 網部留著及陽離子需求量

由于細小纖維、填料等更容易吸附施膠劑,當網部留著變差時,ASA隨細小組分進入白水系統,造成ASA在系統滯留時間延長,水解加劇。一方面會降低ASA施膠效果,同時,還會引起ASA的水解膠黏物問題。圖4所示為生產全木漿膠版印刷紙、Cobb值控制范圍24～26 g/m2時網部留著率對ASA用量的影響。由圖4可以看出，當網部留著率低時，ASA用量上升。

當漿料中陰離子垃圾過多,留著較差時,就容易出現ASA用量過大,甚至出現Cobb值不受控的問題。同時,ASA用量過大,會造成ASA水解膠黏物沉積在流漿箱、成形網、壓榨傳送帶,造成紙洞、斷紙等。表2數據反映了生產輕型紙過程中上網漿料陽離子需求量對ASA施膠的影響情況,當漿料陽離子需求量(CD)增加時(潔凈程度變差),ASA用量及紙張Cobb值均明顯上升。

圖4 網部留著率對ASA用量的影響

CD/μmol·L-1ASA用量/kg·t-1紙Cobb值/g·m-22851.1027.52101.1027.51601.1028.22251.1026.86401.2538.57551.3035.57401.4032.56401.5030.5

2.3 漿料配比及生產紙種

文化用紙品種多樣,以漂白化學漿為主生產的膠版印刷紙,漿料系統比較潔凈,木素含量低,一般采用ASA施膠；以機械漿為主生產的輕型紙,木素含量高,不易施膠,且系統陰離子垃圾相對較高,所以不適合采用ASA施膠,仍使用AKD施膠。

實際生產中,當ASA用量在1.2 kg/t紙以內時,隨著ASA用量增加,施膠效果提升較快,而當用量達到1.5 kg/t紙時,進一步提高ASA用量,施膠效果提升不太明顯,伴隨而來的往往是水解膠黏物問題。對于Cobb值要求達到20 g/m2以下的紙種,ASA用量要達到2.0 kg/t紙,水解問題會比較嚴重,施膠成本高。因此,對于抗水性要求很高的紙種,使用AKD施膠,更有利于生產抄造的穩(wěn)定性。

2.4 漿料打漿度

圖5 打漿度對ASA施膠效果的影響

提高漿料打漿度,可改善纖維分絲帚化,使纖維比表面積增加,暴露出更多的羥基,纖維對施膠劑的吸附增強,可有效提高ASA施膠效果。圖5所示為膠版印刷紙生產中,Cobb值控制范圍24～26 g/m2時，闊葉木化學漿打漿度對ASA施膠效果的影響。由圖5可以看出，當打漿度為42°SR時，ASA用量只需1.0 kg/t紙，而當打漿度為25°SR時，ASA用量為1.5 kg/t紙。

2.5 加填工藝

填料比表面積大,容易吸附ASA,但填料留著較差,ASA隨填料進入白水后容易產生水解膠黏物問題。圖6所示為不同粒徑輕質碳酸鈣(PCC)對ASA施膠的影響。生產中,PCC的中位粒徑控制在2.6～2.8 μm比較合適。

圖6 不同粒徑PCC對ASA施膠的影響

不同于PCC的多孔結構,重質碳酸鈣(GCC)對膠料的吸附不如PCC強烈,采用GCC加填或采用GCC與PCC混合加填有利于改善ASA施膠。而GCC級別以50～60級比較合適,60級以上GCC粒徑過小,網部留著較差,不利于ASA施膠；而50級以下GCC對網子磨損大,對紙張表面強度影響也較大。

2.6 ASA的熟化

ASA施膠在紙機上熟化,一般情況下,前干燥至少10個烘缸的缸面溫度需要保持在98～110℃之間,以完成大部分熟化過程(90%以上),減少表面施膠膠料向紙幅中遷移,保證更多的膠料留在紙幅表面,提高濕紙強度,改善紙張表面強度。

當干燥部溫度不夠時,ASA熟化不充分,造成ASA用量過大的問題。這是生產抄造中需要注意的問題。

2.7 ASA水解沉積物問題

影響ASA應用的關鍵因素是水解。ASA比AKD反應活性高,水解也更快,造紙系統中鈣、鎂離子與ASA的水解物形成憎水性鹽黏狀沉淀物黏附在管壁、流漿箱、成形網及毛布上,尤其黏附在壓榨傳送帶上,造成紙洞、斷紙等問題。

(1)漿內添加用量1～3 kg/t紙的聚合氯化鋁(PAC)或硫酸鋁,Al3+可明顯提高ASA留著率[3],其中硫酸鋁在中堿性條件下容易形成Al(OH)3沉淀,正電性較弱,而PAC在中、堿性條件下仍能保持較高的正電性,從而對減少ASA水解的作用更大。

(2)清水中,鈣、鎂離子含量過高,容易造成ASA水解沉積物問題。

(3)單一的PAM助留或傳統的皂土(無機微粒)加PAM微粒助留難以達到較好的網部填料留著率,選擇有利于填料留著的有機微粒助留體系更有利于改善ASA施膠效果。

(4)由于ASA易水解,應盡可能地縮短乳化后ASA的存放時間,其加入點應盡可能靠近流漿箱。

(5)加強網子、毛布、傳送帶的在線清洗,必要時可使用保潔劑。

2.8 ASA施膠退化

使用AKD施膠時,在紙面pH值較高情況下,可能會產生假施膠現象。產生假施膠的主要原因,與采用PCC填料中的殘余CaO過高的關系較大。殘余CaO過高時,紙面pH值也會相對較高。表3所示為紙面pH值在9.0以上時,采用AKD與ASA的施膠退化(假施膠)情況對比。實際上,采用AKD施膠,當紙面pH值達到9.0以上,施膠退化相當嚴重；而采用ASA施膠,并未產生這一問題。

表3 AKD與ASA施膠退化情況對比

3 結 語

烯基琥珀酸酐(ASA)作為一種高效施膠劑,已在岳陽紙業(yè)股份有限公司9#紙機應用多年。與AKD施膠相比,ASA施膠速度、pH值適用范圍等方面優(yōu)勢得以充分體現,且在控制假施膠方面也有優(yōu)勢。從使用工藝上看,ASA施膠主要是如何維持其施膠穩(wěn)定性,減少水解產物對生產及產品質量的影響。目前,國內 ASA施膠主要用在以化學木漿為主的文化用紙生產中,隨著ASA施膠劑的制備、乳化及使用工藝的不斷完善,ASA在國內文化用紙生產中的應用會越來越廣泛。

[1] CHEN Zi-cheng. Application and development trend of ASA neutral sizing agent[J]. Paper Chemicals, 2008(1): 27. 陳子成. ASA中性施膠劑的應用及發(fā)展趨勢[J]. 造紙化學品, 2008(1): 27.

[2] LIU Cheng-liang， LIU Chun-jing. Process Control of ASA Sizing Process[J]. China Pulp & Paper, 2008, 27(8)： 77. 劉成良, 劉春景. ASA施膠過程中的工藝控制[J]. 中國造紙, 2008, 27(8)： 77.

(責任編輯：馬 忻)

Application of ASA Sizing in Culture Paper Production

YIN Chao

(YueyangForest&PaperCo.,Ltd.,Yueyang,Hu’nanProvince, 414002) (E-mail: lcj731212@yeah.net)

Based on the example of Alkenyl Succinic Anhydride(ASA) application in Yueyang PM9, ASA on-site emulsification, sizing stability, hydrolysis control and so on were discussed in detail in this paper; It also compared ASA with AKD sizing in terms of controlling pseudo sizing.

ASA; emulsification; retention; emulsification particle size; pseudo sizing

尹 超先生；主要從事企業(yè)生產、技術管理等工作。

2015- 06-23(修改稿)

TS753.9

A

0254- 508X(2015)10- 0081- 04