麦草浆的含氟PUA中性胶湿部应用研究

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-09-16 08:40 关注：(1)

麦草浆的含氟PUA中性胶湿部应用研究
卢 磊 王麦见
摘 要: 用自制的阳离子含氟PUA乳液作为中性施胶剂，研究了其在漂白麦草浆中的湿部应用，重点探讨了醋酸锆、羧基丁苯胶乳、阳离子淀粉（CS）、硫酸铝、聚酰胺多胺环氧氯丙烷（PAE）、阳离子聚丙烯酰胺等6种助留剂对阳离子含氟PUA中性施胶剂施胶效果的影响。结果表明，在中性条件下，PAE和CS的助留效果最好；该施胶剂能够使纸张抗张指数提高24.08%、透气度降低18.07%；同时，还讨论了施胶顺序、pH值、碳酸钙用量等湿部因素对施胶效果的影响。
关键词: 中性施胶剂；含氟丙烯酸酯；阳离子聚氨酯；助留剂；碳酸钙

随着纸张抄造系统的中(碱)性化，目前已开发出多种中性施胶剂[1]，如阳离子松香胶、AKD、ASA、聚酯中性胶[2]、聚氨酯中性胶[3~4]等。虽然聚氨酯中性胶已有较多报道，但有关聚氨酯-含氟丙烯酸酯在中性施胶中的研究报道则极少。在前期研究的基础上，本文将制备的阳离子含氟PUA用作麦草浆的中性施胶剂，重点研究了湿部因素对应用效果的影响，并与其它中性施胶剂的应用效果做了对比。
1实验
1.1原料
阳离子含氟PUA中性施胶剂，自制[5]；醋酸锆（ZA），工业品，江苏高阳化工有限公司；聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM，分子量为600万)，工业品，沉淀碳酸钙，工业品，平均粒径3.5μm，浙江省建德市天石碳酸钙有限责任公司；漂白麦草浆（40°SR），陕西余下造纸厂。
1.2实验方法
以漂白麦草浆为浆料，按照适当工艺添加施胶剂及其它添加剂（用氨水或盐酸调节所需的pH值），然后在ZQJl-B纸样抄取器(D=200mm)上抄片，手抄片定量80g/m2，其中压榨压力0.8MPa、压榨时间30s，干燥温度100～105℃、干燥时间10min。
1.3纸张物理性能检测
纸样在干燥器中平衡24h后采用渗透法测定施胶度；并测定纸张的抗张强度（TS2000-S型多功能材料实验机，台湾高铁）、透气度（葛尔莱透气度测定仪，日本）和白度（YQ-Z-48B白度测定仪，杭州轻通）。
2结果与讨论
2.1 阳离子含氟PUA中性施胶剂的技术指标
阳离子含氟PUA中性施胶剂的技术指标如表1 所示。

 

2.2影响施胶效果的湿部因素
2.2.1施胶剂用量
在pH值7.0、PAE0.5%、碳酸钙15%时，不同施胶顺序时施胶剂用量对纸张施胶度的影响如图1所示。
分析图1可知：随着施胶剂用量在一定范围内增加，施胶度显著增加，且逆向施胶时效果较好。作为一般文化用纸，其施胶度在40s~60s时完全能够满足要求。从实验结果来看，施胶剂用量在0.8%左右、采用逆向施胶较为适宜。
 

 

2.2.2助留剂
由于阳离子含氟PUA是一种新型的中性施胶剂，为了确定与之相匹配的助留剂，本实验研究了醋酸锆（ZA）、羧基丁苯胶乳（CSBL）、阳离子淀粉（CS）、硫酸铝（AS）、聚酰胺多胺环氧氯丙烷（PAE）、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)等六种助留剂对产品施胶效果的影响，结果如图2所示。抄纸工艺：胶料用量0.8%、逆向施胶、pH值7.0、助留剂0.5%、碳酸钙15%。

 

 

比较上述六种助留剂的使用效果，可以看出PAE和CPAM的助留效果最好，施胶度均高于48.0s，其次是阳离子淀粉，醋酸锆（ZA）、羧基丁苯胶乳（CSBL）及硫酸铝的效果不理想。
理论上讲，能形成六个配体、且作为纸张防水剂的锆盐，其助留效果应该好于三价铝盐，在抄纸条件下达不到锆离子与其配体（即醋酸）解离的要求，使锆离子不能与阴性物质结合，无法实现留着效果；
应用羧基丁苯胶乳（CSBL）时，抄造系统中出现大量的白色树脂沉淀，纸页干燥后在其表面形成许多树脂斑点，且施胶度不高。最终造成树脂障碍、施胶不均匀、施胶效果不理想等问题。
应用效果比较理想的是PAE、CPAM及阳离子淀粉。三者均为阳离子型的高分子助留剂，通过静电结合及高分子的“架桥作用”达到降低少杂阴离子含量、提高细小纤维及填料的留着，应用效果较为理想。在pH值为7.0时，硫酸铝的存在状态使得其应用效果极差。
在其他实验参数均相同的条件下，助留剂用量与施胶度的关系见图3。

 

 

从图3可知：添加PAE和阳离子淀粉有利于纸张的施胶度的提高，但随着PAE 用量的增大，施胶度变化不大。在本实验中，较佳的PAE和阳离子淀粉用量为0.5%~0.7%，CPAM的用量为0.3%。
2.2.3 pH值
为了考察施胶剂对pH值的适应性，固定胶料用量0.8%、逆向施胶、PAE0.5%、碳酸钙15%等工艺参数，改变施胶pH值进行施胶，结果如图4所示。

 

 

从图4可以看出：随着pH值的升高，施胶度逐渐增加，当pH值高于7.0后，施胶度急剧下降，较佳的施胶pH值范围为6.5~7.5。弱（影响施胶剂的留着）或消失（引起施胶不匀），导致施胶效果迅速降低。
2.2.4碳酸钙用量
固定施胶剂用量0.8%、逆向施胶、pH值7.0、PAE0.5%，碳酸钙用量对施胶度和白度的影响见图5。
 

 

分析图5可知，加填对施胶度有负面影响，但有利于纸张白度的提高。在一定范围内，随加填量增加，施胶度不断降低，当添加量大于25%后降幅变缓。在上述两种原因的作用下，最终施胶度趋向于一定值。
纸张白度随碳酸钙添加量的增加而迅速增加；但碳酸钙用量增加到一定程度后（如20%），白度的增加变缓，通过本实验的测量，填料的添加量在15.0%左右比较合适。
2.3 与其他中性施胶剂的比较
在胶料用量0.8%、逆向施胶、pH值7.0、PAE0.5%、碳酸钙15%时，阳离子含氟PUA中性胶（CFPUA）与市售AKD胶、阳离子松香胶（CRR）施胶效果的比较见图6。由图6可知，本实验自制的阳离子含氟PUA在中性条件下施胶效果好于市售AKD胶和阳离子松香胶，且在该抄造工艺条件下，市售阳离子松香胶几乎没有施胶效果。
图6 本产品与市售中性胶施胶效果的比较
2.4 其他指标
阳离子含氟PUA对纸张的抗张指数和透气度的影响见图7。
图7说明，随着施胶剂添加量的增加，纸样的抗张指数不断提高；而高用量时，施胶纸张透气度远远低于空白纸张透气度，下降幅度达到18.07%，此时施胶剂在纸纤维表面层可形成半连续膜或连续膜，纸张透气度应趋近于聚合物涂膜自身的透气度。
 

 

和透气度的关系
3 结论
(1) 实验表明，该产品较佳的施胶工艺为：胶料用量0.8%，pH值6.5~7.5，PAE用量0.5%，碳酸钙用量15 %。
(2)助留剂的应用实验表明，PAE、CPAM和阳离子淀粉的助留效果较好，但CPAM容易引起粘网的问题。
(3) 麦草浆使用该产品时可加填碳酸钙，加填后纸张白度增加，但施胶度有所损失。
(4) 阳离子含氟PUA中性施胶剂的施胶效果优于市售AKD和阳离子松香胶；同时，纸张抗张指数提高24.08%、纸张透气度降低18.07%。

参考文献 References
[1] 沈一丁. 造纸化学品的制备及作用机理[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 1999, 206
[2] 沈一丁, 李娟. 阳离子聚酯施胶剂的制备及应用[J]. 中国造纸, 2004, 23(4): 11-13
[3] Riffle J S, Lesko J J, Broyles N, etc. Composites of thermosetting resins and carbon fibers having polyhydroxyether sizings[P]. US, 6020063, 2000-2-1
[4] Choi K B, Kim K S, Kim H S, etc. Preparation process of polyurethane prepolymer, preparation process of aqueous dispersion obtained therefrom, and use thereof [P]. US, 5863980, 1999-1-26
[5] 李刚辉, 沈一丁, 任庆海. 阳离子含氟PUA表面施胶剂的制备及应用[J]. 中国造纸, 2005, 24(11): 17-20