劉 華,劉 謙
(1.凱米拉(上海)管理有限公司,上海 201112;2.北京四方創(chuàng)能科技有限公司,北京 100000)
施膠可以賦予紙張一定的抗液體滲透特性,有利于改善紙張書寫、印刷、儲存及防潮等方面的性能。常用的造紙漿內(nèi)施膠劑有松香類施膠劑和合成施膠劑二大類,其中松香類施膠劑的施膠效果受助留劑、漿料溫度、漿料種類及抽提組分含量等因素的影響[1-2]。漂白化學(xué)熱磨機械漿(BCTMP)以其得率高、抄造紙頁松厚度大、不透明度高及成本低等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于文化、包裝、生活紙的生產(chǎn)過程中。由于木材原料及生產(chǎn)工藝的不同,不同BCTMP中有機可抽提物的含量有較大區(qū)別。大多數(shù)可抽提組分屬于陰離子垃圾,其能與抄造時添加的部分造紙化學(xué)品發(fā)生反應(yīng),從而削弱原化學(xué)品方案預(yù)期的效果,表現(xiàn)為降低抄造過程的濾水性、紙頁強度和抗水性等等[3-4]。
本文對2種BCTMP進行了物性檢測,包括其丙酮可抽提物和打漿度,進而考察了松香-硫酸鋁施膠體系對其施膠的效果,以探索合理的使用工藝。
2種BCTMP漿料[即丙酮可抽提物含量較高的漿料(SCA)和丙酮可抽提物含量較低的漿料(TSA)],均取自國內(nèi)某造紙廠;陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)助留劑、膠體二氧化硅助濾劑、硫酸鋁(固含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)39.5%)和松香膠(固含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)35.8%)均取自凱米拉所屬生產(chǎn)單位。
抄片器,8414型,瑞典L&W公司;氫火焰氣相色譜儀,7890B型,美國安捷倫公司。
2.3.1 紙頁抄造及吸水性表征
稱取適量漿料(紙張定量100 g/m2),加入纖維疏解機中進行疏解分散后,依次加入適量硫酸鋁、松香膠乳液、CPAM和膠體二氧化硅,添加間隔時間為15 s,加料完畢后繼續(xù)攪拌15 s,注入抄紙器中抄片,濕紙頁經(jīng)壓榨后,在自動干燥裝置中溫度93℃干燥7 min后,再放入溫度為105℃烘箱中干燥10 min,即得到干燥的手抄片。采用TAPPI T 441 om-04 Cobb60測試方法評價所得紙頁的施膠效果。
2.3.2 漿料中丙酮可抽提物含量的測量
取1.0 g纖維,加入約150 mL丙酮,在索氏抽提裝置中抽提3 h后過濾收集濾液,并在溫度60℃下烘至恒重,稱量計算漿料中的可抽提物的含量。
2.3.3 松香膠固含量的測定
取適量未經(jīng)乳化的改性松香膠,分別與不同量的十七烷酸混合,再用有機溶劑充分溶解,各取適量體積用氮氣吹干后進行硅烷化衍生處理,用氣相色譜檢測后得到內(nèi)標(biāo)物與目標(biāo)物積分面積比,得到濃度比/面積比的標(biāo)準(zhǔn)線。另取適量抄制的紙頁,用有機溶劑充分抽提后,加入適量十七烷酸作內(nèi)標(biāo),氮氣吹干后進行硅烷化處理,然后進行氣相色譜分析,測得面積比可計算出濃度比值。色譜分析條件為:進樣口溫度300℃,初始溫度170℃,以3℃/min速度升溫到280℃,保溫5 min。檢測采用的色譜柱為 DB-1MS 柱,進樣量 1 μL,分流比 20∶1,檢測器溫度為330℃。
實驗首先檢測了2種BCTMP漿料的打漿度和丙酮可抽提物含量,結(jié)果如表1所示。為平行對比2種漿料對松香-硫酸鋁施膠體系施膠的影響,將2種漿料均打漿至48°SR備用。
表1 漿料的物性
硫酸鋁在合適的pH范圍內(nèi)可以形成帶較高正電的多鋁離子,不僅可以有效捕集抄造體系中的帶負電的陰離子垃圾,使其牢固地吸附在纖維上隨紙頁離開抄造系統(tǒng),而且還可以促進某些造紙化學(xué)品與纖維的結(jié)合,從而提高化學(xué)品的使用效果。
實驗首先在保持松香膠、助濾劑和助留劑用量不變的情況下,考查了硫酸鋁用量對施膠效果的影響,并對所抄紙樣的松香膠含量進行了檢測,結(jié)果如圖1所示。
圖1 硫酸鋁用量對松香膠留著與施膠效果的影響
由圖1可知,隨著硫酸鋁用量增大,紙張Cobb值持續(xù)下降,即紙頁抗水性增強。松香膠留著率也隨硫酸鋁用量增大而提高。研究表明,不是所有留在紙頁中的松香膠都有施膠效果,只有已經(jīng)與纖維發(fā)生反應(yīng)或被錨接在纖維表面且鋪展開來的那部分才有施膠作用。出現(xiàn)增大硫酸鋁用量提高松香膠施膠效果的原因主要有2個:一方面,硫酸鋁促進了松香膠的留著,就概率而言,保留在紙頁中松香膠量的增多,增加了與纖維發(fā)生施膠作用的松香膠量,有助于提高施膠效果;另一方面,硫酸鋁用量加大,也為松香膠與纖維之間通過錨接固定提供了更多可能,從而改善了紙頁抗水性。
實驗就松香-硫酸鋁施膠體系對2種BCTMP施膠效果進行研究。抄造時,二者的助留助濾劑用量相同,硫酸鋁的用量不同,即SCA漿為54 kg/t(紙),TSA 漿為 20 kg/t(紙),改變松香膠的用量,對應(yīng)紙張的吸水性如圖2所示。
圖2 松香膠用量對不同漿料的施膠效果
由圖2可知:在松香膠和硫酸鋁用量均較低的情況下,由TSA漿抄制紙張就可以取得理想的施膠效果;而SCA漿將硫酸鋁用量提高到2倍以上時,仍需將松香膠用量提高2倍以上才可以取得同樣的施膠效果。結(jié)合表1和圖2,對該現(xiàn)象可以做出這樣的解釋,即由于SCA漿中可抽提物含量高,這些陰離子垃圾在系統(tǒng)中存在時,大量消耗了硫酸鋁的正電吸附作用,不僅影響了松香膠在紙頁中的留著,而且也影響了松香膠與纖維的施膠作用??梢?,對于可抽提組分含量較高的漿料體系,要注意采取措施降低其干擾。
(1)硫酸鋁對松香膠的施膠效果有顯著影響,提高硫酸鋁用量可以提高松香膠的施膠效果。
(2)有機抽提物會妨礙松香膠的施膠,適當(dāng)加大硫酸鋁用量可以緩解這種影響。當(dāng)控制Cobb值為30 g/m2時,SCA漿用硫酸鋁和松香膠量是TSA漿的2倍以上。