具有多功能的新型干強(qiáng)劑

使紙張同時(shí)滿足越來(lái)越高的強(qiáng)度和越來(lái)越低的定量是一件很困難的事。生產(chǎn)商迫切需要尋找一種提高紙張干強(qiáng)度的途徑——既能滿足紙張的最終質(zhì)量，又能減輕或消除由此帶來(lái)的不利影響。該文介紹了一種新研發(fā)的干強(qiáng)劑，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和紙廠實(shí)際應(yīng)用表明，該干強(qiáng)劑在增強(qiáng)紙張干強(qiáng)度的同時(shí)也有望用來(lái)改善漿料的留著率和濾水性。

紙張生產(chǎn)商都會(huì)對(duì)提高紙廠生產(chǎn)效率感興趣。提高紙廠整體經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力主要有：提高機(jī)械效率，降低原料消耗，減少能耗和用水量，執(zhí)行一貫嚴(yán)格的生產(chǎn)規(guī)章制度；外在驅(qū)動(dòng)力來(lái)自消費(fèi)者要求，如大部分紙板和包裝材料的消費(fèi)者要求包裝材料質(zhì)量更輕。這些因素持續(xù)推動(dòng)紙張生產(chǎn)商生產(chǎn)低定量的紙張，同時(shí)還要符合紙張的性能要求。

遺憾的是，往往只有在降低紙張強(qiáng)度的情況下才能滿足這一需求。定量的降低和生產(chǎn)原料中回用纖維使用比例的增加導(dǎo)致紙張強(qiáng)度性能的降低。此外，用傳統(tǒng)方法提高紙張強(qiáng)度與當(dāng)代社會(huì)對(duì)造紙產(chǎn)業(yè)的要求相悖，改變生產(chǎn)原料一般會(huì)受到費(fèi)用和可行性的限制，而通過(guò)增加磨漿次數(shù)和增大濕壓等工藝來(lái)提高紙張干強(qiáng)度則會(huì)受到紙廠現(xiàn)有流動(dòng)資產(chǎn)的限制，并且會(huì)改變紙張結(jié)構(gòu)。在紙機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，原料的選擇和改變都會(huì)對(duì)紙廠的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生決定性影響。降低原料費(fèi)用，保持產(chǎn)率最大化，是生產(chǎn)商最為關(guān)心的問(wèn)題；因此，要使紙張同時(shí)滿足越來(lái)越高的強(qiáng)度和越來(lái)越低的定量具有一定的困難。表1列舉了紙張生產(chǎn)商增強(qiáng)紙張干強(qiáng)度的若干途徑。

表1　增強(qiáng)紙張干強(qiáng)度的途徑

很明顯，生產(chǎn)商現(xiàn)在迫切需要尋找各種提高紙張干強(qiáng)度的途徑，確保能夠在滿足紙張其最終質(zhì)量的前提下，減輕或消除現(xiàn)在存在的不利影響。添加淀粉/干增強(qiáng)樹(shù)脂（DSR）是提高紙張強(qiáng)度的最好方法，而且生產(chǎn)商可以利用這種方法提高生產(chǎn)效率（降低定量、減少精磨次數(shù)）。

陽(yáng)離子淀粉作為干強(qiáng)劑使用歷史悠久，且能夠很好地提高紙張強(qiáng)度；然而，配抄性能的降低（由于紙廠封閉循環(huán)水系統(tǒng)并增加回用纖維的比例）限制了進(jìn)一步通過(guò)增加淀粉用量來(lái)提高紙張干強(qiáng)度的可能性。此外，一些瓦楞紙板廠沒(méi)有糊化淀粉的反應(yīng)釜以適應(yīng)濕部添加淀粉的工藝；而使用合成干增強(qiáng)樹(shù)脂雖然可以提高紙張干強(qiáng)度但會(huì)降低紙廠的生產(chǎn)效率。

也可以使用聚丙烯酰胺合成的干強(qiáng)劑提高紙張的干強(qiáng)度。與淀粉相比，添加少量的這類干強(qiáng)劑就能很好地改善強(qiáng)度，而且這類干強(qiáng)劑一般以液體的形式添加，通常對(duì)設(shè)備的要求很低甚至沒(méi)有要求。在過(guò)去的10年里，經(jīng)改性的聚丙烯酰胺類干強(qiáng)劑獲得廣泛應(yīng)用，因?yàn)榫郾０吩谔岣呒垙埜蓮?qiáng)度的同時(shí)，在壓榨脫水這一環(huán)節(jié)可以提高生產(chǎn)效率。

使用改性聚丙烯酰胺能同時(shí)提高紙張強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)效益，使人們更加關(guān)注能同時(shí)提高紙張干強(qiáng)度和生產(chǎn)效率的其他化學(xué)品。本文主要介紹了新型多功能干強(qiáng)劑的研究及其在紙板和包裝紙生產(chǎn)廠實(shí)際應(yīng)用的情況。

1　實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)研究了改變聚合物的配方和生產(chǎn)過(guò)程對(duì)多功能干強(qiáng)劑活性的影響。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)不同的聚合物進(jìn)行了合成和篩選。實(shí)驗(yàn)前期已經(jīng)確定了一套可行的方案，合成了多種可滿足以下條件的聚合物：（1）添加后紙張達(dá)到好的干強(qiáng)度；（2）具有多種功能，能在某種程度上提高生產(chǎn)效率。

實(shí)驗(yàn)用DSR：使用不同的改性劑改性同一種聚合物，獲得多種改性后的聚合物作實(shí)驗(yàn)用DSR；并以商用的DSR為參比樣，這種商用DSR長(zhǎng)久以來(lái)在實(shí)驗(yàn)室、紙板廠和包裝紙廠都具有提高紙張強(qiáng)度的功能。

實(shí)驗(yàn)用漿料：（1）選取常用的瓦楞紙箱制備回用漿料 （選擇這種漿料主要是因?yàn)橥呃慵埾涫且环N具有代表性的紙種，并且在實(shí)驗(yàn)中可以控制手抄片厚度一致；（2）從某紙廠收集并篩選不同的100%回用纖維漿料。

檢測(cè)了實(shí)驗(yàn)用DSR提高紙張干強(qiáng)度的能力；并通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)，在漿料中添加不同的單組分商用DSR，采用動(dòng)態(tài)濾水儀收集濾液，測(cè)試濾液濁度，考察其對(duì)留著率和濾水性的影響。

實(shí)驗(yàn)還用從紙廠取來(lái)的漿料重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，與實(shí)驗(yàn)室漿料測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

2　結(jié)果和討論

用回用漿料抄制手抄片并測(cè)定其抗張指數(shù)，結(jié)果如圖1所示。

圖1　DSR用量對(duì)實(shí)驗(yàn)室回用漿料手抄片抗張指數(shù)的影響

由圖1可見(jiàn)，添加商用DSR，即參比樣的手抄片抗張指數(shù)比未添加商用DSR的提高了15%。在抗張指數(shù)方面，所有添加實(shí)驗(yàn)用DSR的手抄片與添加參比樣的手抄片相比，只稍有提高。這項(xiàng)結(jié)果以及其他很多實(shí)驗(yàn)表明，使用不同活性劑的實(shí)驗(yàn)用DSR對(duì)提高紙機(jī)工藝效率并沒(méi)有明顯影響，沒(méi)有必要進(jìn)一步對(duì)此進(jìn)行開(kāi)發(fā)和評(píng)估。

實(shí)驗(yàn)通過(guò)多組試驗(yàn)考察DSR對(duì)留著率和濾水性的影響。在漿料中添加不同的單組分商用DSR和實(shí)驗(yàn)用DSR，通過(guò)動(dòng)態(tài)濾水儀收集濾液，測(cè)定濾液濁度，結(jié)果如圖2所示。

圖2　DSR用量對(duì)實(shí)驗(yàn)室回用漿料通過(guò)動(dòng)態(tài)濾水儀收集的濾液濁度的影響

圖2表明了濁度變化的趨勢(shì)。在保水性方面，商用絮凝劑和商用混合劑效果相當(dāng)好，而商用DSR的作用很小。該結(jié)果與紙板和包裝紙廠的觀察結(jié)果相符；然而，實(shí)驗(yàn)用DSR與商用DSR相比表現(xiàn)出一種過(guò)渡作用。這使我們認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)用DSR除了在提高紙張干強(qiáng)度方面發(fā)揮作用外，也有望用來(lái)改善漿料的留著率和濾水性。

實(shí)驗(yàn)對(duì)紙廠取來(lái)的漿料篩選后，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，與實(shí)驗(yàn)室漿料測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。其結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。

圖3　DSR用量對(duì)紙廠回用漿料手抄片抗張指數(shù)的影響

圖4　DSR用量對(duì)紙廠回用漿料通過(guò)動(dòng)態(tài)濾水儀收集的濾液濁度的影響

由圖3可見(jiàn)，雖然紙廠回用漿料的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室回用漿料相比干強(qiáng)度數(shù)據(jù)稍低，但這一結(jié)果并不意外，因?yàn)榧垙S的回用漿料中經(jīng)常存在污染物（膠粘物、陰離子垃圾和填料等）；不過(guò)這一測(cè)試結(jié)果已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)。由圖4可見(jiàn)，紙廠回用漿料濾液濁度降低的百分比比實(shí)驗(yàn)室回用漿料低。

3　紙廠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

開(kāi)發(fā)階段主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)用DSR的配方進(jìn)行改性，以提高其活性與使用的便捷性。在不同的紙板和包裝紙漿料中添加2種實(shí)驗(yàn)用DSR，其用量在商用DSR用量的基礎(chǔ)上按比例增大。

3.1紙廠實(shí)驗(yàn)1

選擇一家以100%廢舊箱板紙為原料，在長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)生產(chǎn)紙卷和紙芯的紙廠作為實(shí)驗(yàn)用DSR的場(chǎng)所。該紙廠希望提高紙張的縱向強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)具有更高強(qiáng)度紙張的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中精磨次數(shù)和紙機(jī)速率保持一定。紙張強(qiáng)度提高了22%，如圖5所示。該紙廠也希望能提高留著率和施膠性能，以明顯降低絮凝劑和施膠劑用量。

3.2紙廠實(shí)驗(yàn)2

圖5　生產(chǎn)紙卷和紙芯的紙廠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選擇一家生產(chǎn)瓦楞芯紙的紙廠做另一組實(shí)驗(yàn)。該廠使用傳統(tǒng)長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)，平均日產(chǎn)量在 425 t，用50%的中性亞硫酸鹽半化學(xué)漿（NSSC）和50%雙掛面牛皮紙（DLK）作為原料。紙機(jī)速率以烘干紙張蒸氣速率為限，而蒸氣速率由根據(jù)抗壓強(qiáng)度規(guī)范確定的精磨次數(shù)決定；因此，該紙廠希望通過(guò)增加強(qiáng)度提高產(chǎn)率。本實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)減少每噸漿精磨能耗提高紙機(jī)速率，進(jìn)而增強(qiáng)抗壓強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)中，添加實(shí)驗(yàn)用DSR后，產(chǎn)率提高了9.3%，即每天可多生產(chǎn)40 t產(chǎn)品。2種實(shí)驗(yàn)用DSR在這家紙廠的使用效果都不錯(cuò)，如表2所示。

表2　生產(chǎn)瓦楞芯紙的紙廠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4　結(jié)論

為了加強(qiáng)聚合物在紙廠漿料中的活性，實(shí)驗(yàn)使用了以不同改性劑改性同一種聚合物所獲得的多種實(shí)驗(yàn)用DSR。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些實(shí)驗(yàn)用DSR同時(shí)達(dá)到增強(qiáng)紙張干強(qiáng)度和提高產(chǎn)率的功能是可以實(shí)現(xiàn)的。

（程小娟編譯）