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松香类施胶剂的中性施胶

2021-08-18 来源:镇江机械信息网

松香类施胶剂的中性施胶

摘 要:简要介绍了松香类施胶剂中性施胶技术的发展现状。

关键词:松香类施胶剂;中性施胶

目前,松香类施胶剂和合成树脂是造纸工业中的两大类主要浆内施胶剂,其它类型的施胶剂的应用相对较少。对于中低档纸品的生产而言,松香胶的应用最为广泛。作为一种廉价的可再生资源,松香类施胶剂的施胶经历了酸性施胶和中性施胶两个过程。在造纸工业中,当纸浆体系的pH值在6.5-7.5范围内时,可认为是中性造纸体系,稍稍偏离这一范围时,可称为近中性或碱性造纸体系。近年来,在传统的松香类酸性施胶剂逐渐被淘汰的同时,国际上对于松香类中性施胶剂的研究也在不断加快。与松香胶酸性施胶相比,松香胶中性施胶可提高成纸强度及耐久性,减轻设备腐蚀,提高纸机生产效率,具有十分广阔的发展前景。

1 皂化松香胶的中性施胶

皂化松香胶通常需借助于铝矾进行施胶,由于受到铝盐化学的限制,这类施胶剂通常只能在酸性条件下使用。铝盐的存在形式随着pH值的变化而变化,如pH<4.0时,铝盐主要以水合Al3+和AlS04+为主;当pH>4.0时,则会形成Al(OH)2+,并逐渐形成多核络合物,如[Al8(OH)10(SO4)5]4+;当pH为6.0-9.0时,铝盐就会丧失其正电荷性质。在皂化胶的施胶过程中,明矾的作用主要是凭借其正电荷性质而使阴离子性的松香胶吸附并固着在纤维上,因此铝盐化学决定了这类施胶剂通常只能在酸性条件下使用。

研究表明,将聚乙烯亚胺(PEl)与某些金属离子如Fe2+、Cu2+等配合,可用作松香胶的辅助剂,从而使松香胶可在中性条件下甚至碱性条件下使用。Fe2+/PEI复合物可在pH值为7的条件下用作松香胶的辅助剂,Cu2+/PEI复合物在7—9的pH范围内,能够起到十分有效的施胶增效作用。研究发现,金属离子的配位化学对于金属离子复合物的施胶增效作用十分关键。此外,聚乙烯亚胺与金属离子的复合能够在很大程度上提高松香分子和纤维间的结合强度,因此能够较为显著地提高成纸强度。当Fe2+/PEI、Cu2+/PEI代替明矾而用作松香胶的辅助剂时,成纸的抗张强度及撕裂度可提高20%-30%。然而,金属离子的使用易于产生颜色效应,对成纸质量产生不利的影响,而且金属离子与聚乙烯亚胺配合使用的成本较高,因此这种松香胶的中性施胶技术的实际应用具有很大的局限性,其应用推广十分困难。但是,应该指出的是,此类中性施胶技术对于松香胶施胶机理的研究具有十分重要的意义。

2 阴离子分散松香胶的中性施胶

用于中性施胶的阴离子分散松香胶通常需要首先将松香进行改性处理,得到酯化松香、环氧化松香等,以增强其在中性甚至碱性条件下的适应性,然后再借助于适当的乳化与分散技术对其进行处理,得到松香分散体。在具体应用过程中,此类施胶剂的使用目前主要采用的是双组分施胶体系,即阴离子分散松香胶/辅助剂施胶体系。聚合氯化铝、阳离子淀粉、两性淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、两性聚丙烯酰胺、阳离子聚酰胺、多胺环氧氯丙烷等都可以用作辅助剂,辅助剂的使用使得阴离子松香胶能够在中性条件下达到较好的使用效果。

2.1 阴离子松香胶/聚合氯化铝施胶体系

目前,20世纪80年代由欧洲研制开发出的松香胶/聚合氯化铝施胶体系的应用较为广泛。聚合氯化铝在施胶体系中可起到较好的施胶增效作用,这是由于在中性、近中性或碱性条件下,PAC能够发生水解,生成分子质量较高的多核络合物,这种络合物带有大量的正电荷,这种正电性络合物与乳液分散松香胶结合,形成网络状大分子,并与填料一起沉积于纤维的表面,受到带有负电荷的纤维素纤维的吸引,使松香胶留着在纤维上,并形成一层稳定的低自由能膜,起到了抵抗液体渗透的作用,从而达到施胶的目的。这种中性施胶系统使用方便,不易产生操作障碍,而且对于松香酸的絮凝速率易于控制,能够适用于使用合成施胶剂不能获得满意效果的场合,另外,浆料体系中可添加不同的填料,满足某些纸种质量的要求,对于碳酸钙填料而言,聚合氯化铝可与之发生反应生成可溶性的氯化钙,对施胶效果无不利影响,而在相同的条件下,明矾却容易与碳酸钙发生反应而生成不溶性的硫酸钙。因此,此类中性施胶体系具有较大的优势以及较高的使用价值。

2.2 阴欧洲研制开发出的松香胶2 阴离子松香胶/淀粉施胶体系

用于阴离子松香胶中性施胶的淀粉主要是阳离子淀粉和两性淀粉。应该指出,阳离子淀粉本身不仅可作为松香胶的乳化与稳定剂,还可用作阴离子松香胶的留着剂或辅助剂,并在使用过程中可与明矾配合,提高明矾在纤维上的吸附量。在中性或偏碱性的条件下,使纤维带有更多的正电荷,从而可与阴离子松香胶发生有效的吸附作用,达到提高施胶体系pH值的目的,实现中性施胶。对于两性淀粉而言,其分子链上既有阳离子基团,又有阴离子基团,因此可在不同的pH值范围内同时与阳离子物质和阴离子物质结合。如,在中性或偏碱性的条件下,阳离子基团可与纤维结合,并与纤维素分子产生较强的静电吸附作用,阴离子基团可与铝化合物结合,提高其留着率,并进一步与纸料中的松香酸分子结合,因此两性淀粉能够进一步增强阴离子松香胶的使用效果。

2.3 其它阴离子松香胶中性施胶体系

阳离子聚丙烯酰胺、两性聚丙烯酰胺、阳离子聚酰胺多胺环氧氯丙烷及某些高分子季铵盐等也可作为阴离子松香胶中性施胶的辅助剂,主要起到留着剂的作用。另外,阳离子聚酰胺多胺环氧氯丙烷在改善松香胶胶料粒子留着的同时,能够显著提高阴离子松香胶的施胶效果,并且能够提高成纸的湿强度;阳离子聚丙烯酰胺及两性聚丙烯酰胺本身也是一种增干强剂,在改善施胶效果的同时,还能提高成纸的干强度。

3 阳离子松香胶的中性施胶

阳离子松香胶可分为阳离子分散型松香胶、自身阳离子化松香胶及阳离子转型松香胶三大类。通常情况下,阳离子松香胶可在4—6.5的pH值条件下使用,从而可实现近中性施胶。阳离子松香胶的优点很多,其乳液粘度低,稳定性好,可加入碳酸钙等填料以降低生产成本,而且可以自行留着在带负电的纤维表面,并可提高纸张的强度及耐久性。可以预测,阳离子松香胶将成为主要的松香系施胶剂,并成为造纸施胶剂的一个重要发展方向。应该指出,在阳离子松香胶的中性施胶过程中,少量明矾的添加往往能够改善施胶效果。这是由于在近中性条件下,明矾水解物主要以聚铝的形式存在,此时铝离子在纤维上的吸附量增多,进入干燥部的阳离子松香胶在铝化合物的辅助作用下可在纤维表面实现较好的固着,从而达到较好的施胶效果。因此,明矾在松香胶酸性施胶和中性施胶的过程中所发挥的辅助作用是不同的。

4 结语

从理论上来说,皂化松香胶、阴离子松香胶及阳离子松香胶在某些特定的条件下都可实现中性施胶或近中性施胶。然而,由于实际应用的困难性及不合理性,目前只有阴离子和阳离子分散松香胶可用于中性施胶或近中性施胶。对于阴离子纷散松香胶和阳离子分散松香胶而言,在碱性较强的条件下,游离松香酸易于发生皂化而生成松香酸皂,从而降低施胶效率。目前,借助于合适的改性方法和乳化与分散技术制得的阴离子分散松香胶和阳离子分散松香胶能够实现松香胶中性施胶,此类施胶剂具有十分广阔的开发前景。

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