助留剂对阳离子分散松香施胶剂施胶效果的影响

    松香系分散施胶剂是以天然松香(可再生资源)为母体乳化而成，具有独特的应用性能和环保性能，日益成为不可替代的最重要的一类施胶剂。阳离子分散松香施胶剂本身具有正电荷^[1-2]，可以留着在纸浆上。通过施胶剂一硫酸铝连续添加工艺，可使硫酸铝在近中性时使用，即使在碳酸钙作填料的情况下，仍有较好的施胶效果，同时可减少设备腐蚀和管道结垢^[3]。

    造纸湿部体系复杂，影响施胶的因素很多，笔者重点讨论了常用的阳离子、非离子和阴离子等助留剂对阳离子分散松香施胶剂施胶效果的影响。

  1  实验

  1.1原料

    阳离子分散松香施胶剂，自制；Al₂(S0₄)₃分析纯；聚酰胺环氧氯丙烷，固含量为12.5％，咸阳轻化材料厂；阳离子玉米淀粉，取代度0.030，西安新纬生物制品有限公司；漂白麦草浆，兴平造纸厂；PE0，相对分子质量约300万～400万，上海联胜化工有限公司；APAM，相对分子质量200万，东营市冠亚化工有限责任公司；CPAM，自制，相对分子质量200万左右。

1.2阳离子分散松香胶的制备

    阳离子松香施胶剂采用松香与环氧氯丙烷反应，再与二甲胺反应制得叔胺型阳离子分散松香施胶剂，再加入乳化剂乳化后，可得到叔胺阳离子型分散松香施胶剂^[4-5]。阳离子分散松香施胶剂的外观为乳白色泛蓝光乳液，pH=3～4，固含量30％，黏度为0.2～0.6 Pa·S，Zeta电位为+20～+30 mV。

1.3施胶方法

    以草浆为浆料，碳酸钙为填料，阳离子松香为施胶剂，PAE和CS为胶料留着剂。定量称取浆料，加人松香施胶剂及留着剂，在RQJ—B型抄片机上抄片，上网浓度0.15％，压榨压力l.0 MPa，时间5 min，将经过压榨的纸页置于烘缸上干燥l5 min(千燥温度为100～105℃)，纸样在干燥器中平衡稳定24 h后，采用渗透法测定其施胶度，手抄片定量80g／m²。施胶工艺分为正向施胶和逆向施胶。正向施胶工艺采用浆料中先加入分散松香施胶剂，混合均匀后，再加入Al₂(S0₄)₃和PAE，并进行抄纸；逆向施胶工艺则采用浆料中先加人Al₂(S0₄)₃，再加人阳离子分散松香施胶剂、PAE，并进行抄纸。2结果分析与讨论

2.1  施胶顺序对施胶效果的影响

    采用W(阳离子分散松香施胶剂)=1％(相对于绝干浆，下同)，W[A1₂(S0₄)₃]=2％，pH=6.5，W(PAE)=0，5％，考察施胶顺序对施胶度的影响，结果如图l所示。

图l  施胶顺序对施胶效果的影响

    由图l可看出，阳离子施胶剂以逆向施胶为好。这是因为阳离子分散松香施胶剂在中性条件下施胶时，Al₂(S0₄)₃水解物更有效地留着于纤维表面，此时铝盐并不起留着松香的作用，阳离子胶能借助静电引力自行留着于纤维表面，铝盐起到使松香微粒均匀分布以及消除施胶体系中杂阴离子干扰并在干燥部固着胶料的作用。如先加松香施胶剂则易和浆料中的阴离子干扰物作用产生絮凝，导致其施胶效果下降。因此本实验均采取逆向施胶。

2.2  阳离子分散松香施胶剂用量对施胶效果的影响

    采用W[A1₂(S0₄)₃]=2％，W(PAE)=0.5％，pH=6.5，考察阳离子分散松香施胶剂用量对施胶度的影响，结果如图2所示。

图2胶料用量对施胶度的影响

显然，随着阳离子分散松香施胶剂用量的增加，纤维表面对松香分散粒子的吸附量也随之增加，施胶度相应提高。当松香施胶剂用量增加到一定量时，纤维对松香胶粒子的吸附量达到饱和，再增加胶料用量，施胶度变化不明显。由图2可以看出，阳离子分散松香施胶剂的用量为l％时已有良好的施胶效果。  

2.3 A1₂(S0₄)₃用量对施胶效果的影响

    采用W(阳离子分散松香施胶剂)=1％，考察A1₂(S0₄)₃用量对纸张性能的影响，结果如图3所示。

图3 A1₂(S0₄)₃用量对施胶度的影响

    由图3可知，随着A1₂(S0₄)₃，用量增加，施胶度缓慢增加，A1₂(S0₄)₃，用量在3％～6％之间时，阳离子分散松香胶可获得较好的施胶效果。虽然阳离子分散松香胶靠它所带的正电荷自行留着于纤维表面，但仍然需要A1₂(S0₄)₃，作为胶料助留剂。A1₂(S0₄)₃，既可帮助胶料的留着，又可使松香固着于纸张表面。所以，阳离子分散松香施胶剂并不是不需要A1₂(S0₄)₃，而是需要A1₂(S0₄)₃，的量较少。

2.4 PAE的加入对施胶效果的影响

    采用彬(阳离子分散松香施胶剂)=1％，W[A1₂(S0₄)₃]=2％，考察PAE用量对纸张施胶度的影响，结果如图4所示。

图4 PAE用量对施胶效果的影响

    由图4可知，加入PAE后，纸张的施胶度有较大提高，这说明加入PAE有利于增加纤维间的结合力；但随着PAE用量的增加，施胶度提高的幅度逐渐降低，这意味着PAE加入量不能过多。PAE含有，胺基、环氧基和氮杂丁烷型阳离子，而纤维表面有羟基、醛基和羧基等反应基团。PAE树脂分子与纤维表面反应基团产生交联形成网络，从而将胶粒吸附留着，进而使施胶度增加。

2.5 CS的加入对施胶效果的影响

    采用W(阳离子分散松香施胶剂)=1％，加[A1₂(S0₄)₃]=2％，考察CS用量对纸张施胶度影响，结果如图5所示。

图5 CS用量对施胶效果的影响

    CS能吸附纸浆中的细小纤维和填料，提高细料的首程留着率和灰分，同时促进胶粒的稳定性并提高其在长纤维上的留着率。由图5可以看出，随着CS用量增加，施胶度随着增大，说明CS的加入对增加施胶度有利。

2.6 PE0的加入对纸张施胶效果的影响

    采用W(阳离子分散松香施胶剂)=1％，W[AI₂(S0₄)₃]=2％，考察PE0用量对纸张施胶度的影响，结果如图6所示。

图6 PE0用量对施胶效果的影响

    PE0是一种高相对分子质量非离子聚合物，它能借桥联作用，通过形成网络将胶粒吸附。由图6可知，随着PE0加入量的增加，施胶度增加，但是当PE0的加入量超过0.05％后，施胶度开始缓慢下降。下降的原因估计是因为随着PE0加入量的增加，产生了自聚，从而影响了桥联作用和已形成网络的吸附作用。

2.7  CPAM的加入对纸张施胶效果的影响

    采用W(阳离子分散松香施胶剂)=1％，W[AI₂(S0₄)₃]=2％，考察CPAM用量对纸张施胶度的影响，结果如图7所示。

图7 CPAM用量对施胶效果的影响

    由图7可知，作为助留剂，CPAM的最佳用量为0.01％。通过静电吸附作用，CPAM将填料、纤维与胶粒桥联起来，故在添加CPAM的初期能对施胶度的增加起到促进作用，当CPAM的加入量增加到一定程度时，其所带的阳离子对胶粒的排斥作用明显增加，因此施胶度显著下降。

2.8 APAM的加入对纸张施胶效果的影响

    采用W(阳离子分散松香施胶剂)=1％，W[AI₂(S0₄)₃]=2％，考察APAM用量对纸张施胶度的影响，结果如图8所示。

图8 APAM用量对施胶效果的影响

    由图8可知，随着APAM加入量的增加，施胶度也随之增加，但当APAM用量超过0.01％之后，施胶度增加趋势变缓。随着APAM的加入，由于其带有负电荷，在静电作用下，能将阳离子分散松香胶颗粒吸附，从而使施胶度增加。

3  结论

    (1)当pH=6.5，使用碳酸钙填料时，阳离子分散松香施胶剂仍可有较为理想的施胶效果。

    (2)当pH=6.5时，阳离子分散松香施胶剂最适宜的施胶条件为W(阳离子分散松香施胶剂)=1％，W[AI₂(S0₄)₃]=2％，逆向施胶。

  (3)PAE、CS比PE0、CPAM和APAM对阳离子分散松香胶具有更好的施胶促进作用。

参考文献：

[1]Hughes R M.Wamecke H.Aqueous fortified rosin dispersions：US，4199369[P].1980-04—22.

[2] Greiner R W.Aqueous fortified rosin dispersions：US，4203776[P].1980-05-20.

[3]Emerson S，Raiph W.Sizing compositions containing a formic acidsalt，processes and paper sized with the compositions：US，4437894[P].1984-O3-20.

[4]Helmer U，Johansen R.Aqueous dispersions，a process for theirpreparation and the use of the dispersionsoosizing agent：US.4743303[P].1988-O5-10.

[5]Dumas D H.Aqueous sizing compositions：EP，0074544[P].1982-O8-27.

作者简介：刘国俊(1980-)，男，在读研究生；研究方向：造纸化学品，E-mail：lgjdlike@163.corn。

本文文献格式：刘国俊.张光华，解攀.助留剂对阳离子分散松香施胶剂施胶效果的影响[J].造纸化学品。2008。20(6)：15-18.