經(jīng)驗介紹: ASA中性施膠劑在文化用紙生產(chǎn)中的應(yīng)用
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作者：徐宏
文化用紙抄造往往在中堿性條件下進(jìn)行，這種環(huán)境下一般采用烷基烯酮二聚體( AKD)或烯基琥珀酸酐( ASA)進(jìn)行施膠，其中，AKD在國內(nèi)應(yīng)用更加廣泛。與AKD施膠相比，ASA施膠需要現(xiàn)場乳化，一次性投資較大，同時，ASA易水解，工藝控制要求高，制約了ASA的推廣應(yīng)用。但ASA比AKD施膠速度更快、pH值適用范圍更廣、施膠成本更低，在控制假施膠方面，也有著AKD無可比擬的優(yōu)勢。岳陽紙業(yè)股份有限公司（以下簡稱岳紙）9#紙機是5280 mm文化紙機，設(shè)計車速1400 m/min，該機臺于2009年投產(chǎn)后，一度出現(xiàn)AKD施膠劑用量過大、且經(jīng)常伴有嚴(yán)重的假施膠問題，對生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量控制造成影響。為解決這些問題，從2012年7月開始，岳紙9#紙機采用ASA替代AKD進(jìn)行漿內(nèi)施膠，獲得了良好效果。本文結(jié)合岳紙9#紙機ASA實際使用情況，就ASA施膠的工藝過程控制進(jìn)行介紹，以供同行參考。
1 ASA的乳化工藝控制
1.1乳化流程
ASA乳化在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行，乳化劑采用陽離子淀粉，乳化設(shè)備為高剪切渦輪泵，經(jīng)過糊化的淀粉，使用檸檬酸酸化至pH值4.0~4.5，進(jìn)入冷卻器，溫度冷卻至40℃左右，與ASA混合，并進(jìn)入乳化泵，在乳化泵的高剪切作用下進(jìn)行ASA乳化，見圖1。
1.2淀粉質(zhì)量控制
1. 2.1 品種選擇
與玉米淀粉相比，木薯淀粉作為乳化劑時，ASA乳化顆粒粒徑分布更優(yōu)，施膠效果也更佳，玉米淀粉和木薯淀粉對ASA施膠效果影響見圖2。
1.2.2濃度控制
淀粉濃度過大時，黏度過高，ASA乳化粒徑偏大，在纖維表面吸附不均勻，施膠效果不好。淀粉濃度過低，ASA乳化不徹底，ASA顆粒不穩(wěn)定，水解加劇，容易出現(xiàn)膠黏物問題ASA乳化顆粒平均粒徑要求控制在0.8~1.2um，且小于2um的含量不超過90 010。表1所示為淀粉濃度對ASA乳液質(zhì)量的影響。ASA乳液存放時間分別為10、20、30 min的情況下，檢測ASA乳化顆粒粒徑，粒徑變化越大，越不穩(wěn)定。從實際生產(chǎn)來看，淀粉與ASA質(zhì)量比控制在3:1，淀粉濃度控制在2.5%左右比較合適（不同紙機會有所不同）。
1.3 ASA乳化溫度及pH值控制
ASA水解后不再有施膠作用，且隨著水解產(chǎn)物在系統(tǒng)中的富集還會給生產(chǎn)帶來很大的影響[1]。酸性情況下，ASA更穩(wěn)定，現(xiàn)場乳化的ASA乳液pH值≤3為好。乳化淀粉在使用前，需要利用檸檬酸將pH值控制在4.0~4.5，以減少ASA的水解。
實際生產(chǎn)中，尤其要注意檸檬酸與淀粉量的匹配，保持pH值穩(wěn)定。最好使用螺桿泵，以穩(wěn)定淀粉流量，減少對淀粉分子鏈的剪切，改善乳化效果。
ASA的水解速度隨著溫度的升高而升高，糊化好的淀粉，溫度在800C以上，需要經(jīng)過冷卻器冷卻后再使用，夏季溫度高，尤其要注意控制好冷卻水的水溫。
2上網(wǎng)漿料及抄造工藝對ASA施膠的影響
2.1溫度和pH值
為減少ASA的水解，不僅要控制乳化溫度，還要控制上網(wǎng)系統(tǒng)溫度。實際生產(chǎn)中，上網(wǎng)漿料溫度基本保持在40~ 480C之間，在此溫度范圍內(nèi)，ASA施膠效果受上網(wǎng)漿料溫度變化影響較小。
上網(wǎng)漿料pH值升高可以增加纖維的潤脹，使纖維暴露出更多的羥基參與反應(yīng)，可促進(jìn)ASA的熟化，但同時也會使ASA水解速度加快。pH值過低時，ASA反應(yīng)活性較低，熟化難度加大，容易造成用量上升[2] 。實際生產(chǎn)中，一般上網(wǎng)漿料pH值控制在7.5~8.5比較合理。圖3所示為生產(chǎn)全木漿膠版印刷紙pH值對ASA施膠的影響。其中，檢測系號1~8號（每隔th實時取樣檢測1次）對應(yīng)ASA用量平均為1.1 kg/t紙，檢測系號9N16號（每隔1 h實時取樣檢測1次）對應(yīng)ASA用量平均為1.5 kg/t紙，當(dāng)上網(wǎng)漿料pH值超過8.6，ASA用量上升，施膠效果下降，這是由于pH值過高時，ASA水解加劇造成的。
2.2 網(wǎng)部留著及陽離子需求量
由于細(xì)小纖維、填料等更容易吸附施膠劑，當(dāng)網(wǎng)部留著變差時，ASA隨細(xì)小組分進(jìn)入白水系統(tǒng)，造成ASA在系統(tǒng)滯留時間延長，水解加劇。一方面會降低ASA施膠效果，同時，還會引起ASA的水解膠黏物問題。圖4所示為生產(chǎn)全木漿膠版印刷紙、Cobb值控制范圍24~26g/m2時網(wǎng)部留著率對ASA用量的影響。由圖4可以看出，當(dāng)網(wǎng)部留著率低時，ASA用量上升。
當(dāng)漿料中陰離子垃圾過多，留著較差時，就容易出現(xiàn)ASA用量過大，甚至出現(xiàn)Cobb值不受控的問題。同時，ASA用量過大，會造成ASA水解膠黏物沉積在流漿箱、成形網(wǎng)、壓榨傳送帶，造成紙洞、斷紙等。表2數(shù)據(jù)反映了生產(chǎn)輕型紙過程中上網(wǎng)漿料陽離子需求量對ASA施膠的影響情況，當(dāng)漿料陽離子需求量(CD)增加時（潔凈程度變差），ASA用量及紙張Cobb值均明顯上升。
2.3漿料配比及生產(chǎn)紙種
文化用紙品種多樣，以漂白化學(xué)漿為主生產(chǎn)的膠版印刷紙，漿料系統(tǒng)比較潔凈，木素含量低，一般采用ASA施膠；以機械漿為主生產(chǎn)的輕型紙，木素含量高，不易施膠，且系統(tǒng)陰離子垃圾相對較高，所以不適合采用ASA施膠，仍使用AKD施膠。
實際生產(chǎn)中，當(dāng)ASA用量在1.2 kg/t紙以內(nèi)時，隨著ASA用量增加，施膠效果提升較快，而當(dāng)用量達(dá)到1.5 kg/t紙時，進(jìn)一步提高ASA用量，施膠效果提升不太明顯，伴隨而來的往往是水解膠黏物問題。對于Cobb值要求達(dá)到20g/m2以下的紙種，ASA用量要達(dá)到2.0 kg/t紙，水解問題會比較嚴(yán)重，施膠成本高。因此，對于抗水性要求很高的紙種，使用AKD施膠，更有利于生產(chǎn)抄造的穩(wěn)定性。
2.4漿料打漿度
提高漿料打漿度，可改善纖維分絲帚化，使纖維比表面積增加，暴露出更多的羥基，纖維對施膠劑的吸附增強，可有效提高ASA施膠效果。圖5所示為膠版印刷紙生產(chǎn)中，Cobb值控制范圍24~26g/m2時，闊葉木化學(xué)漿打漿度對ASA施膠效果的影響。由圖5可以看出，當(dāng)打漿度為420SR時，ASA用量只需1.0 kg/t紙，而當(dāng)打漿度為250SR時，ASA用量為1.5 kg/t紙。
2.5加填工藝
填料比表面積大，容易吸附ASA，但填料留著較差，ASA隨填料進(jìn)入白水后容易產(chǎn)生水解膠黏物問題。圖6所示為不同粒徑輕質(zhì)碳酸鈣( PCC)對ASA施膠的影響。生產(chǎn)中，PCC的中位粒徑控制在2.6～2.8ym比較合適。
不同于PCC的多孔結(jié)構(gòu)，重質(zhì)碳酸鈣(GCC) 對膠料的吸附不如PCC強烈，采用GCC加填或采用GCC與PCC混合加填有利于改善ASA施膠。而GCC 級別以50~ 60級比較合適，60級以上GCC粒徑過小，網(wǎng)部留著較差，不利于ASA施膠；而50級以下GCC對網(wǎng)子磨損大，對紙張表面強度影響也較大。
2.6 ASA的熟化
ASA施膠在紙機上熟化，一般情況下，前干燥至少10個烘缸的缸面溫度需要保持在98~1100C之間，以完成大部分熟化過程（90%以上），減少表面施膠膠料向紙幅中遷移，保證更多的膠料留在紙幅表面，提高濕紙強度，改善紙張表面強度。
當(dāng)干燥部溫度不夠時，ASA熟化不充分，造成ASA用量過大的問題。這是生產(chǎn)抄造中需要注意的問題。
2.7 ASA水解沉積物問題
影響ASA應(yīng)用的關(guān)鍵因素是水解。ASA比AKD反應(yīng)活性高，水解也更快，造紙系統(tǒng)中鈣、鎂離子與ASA的水解物形成憎水性鹽黏狀沉淀物黏附在管壁、流漿箱、成形網(wǎng)及毛布上，尤其黏附在壓榨傳送帶上，造成紙洞、斷紙等問題。
(1)漿內(nèi)添加用量1—3 kg/t紙的聚合氯化鋁( PAC)或硫酸鋁，Al3+可明顯提高ASA留著率[3]．其中硫酸鋁在中堿性條件下容易形成Al( OH)，沉淀，正電性較弱，而PAC在中、堿性條件下仍能保持較高的正電性，從而對減少ASA水解的作用更大。
(2)清水中，鈣、鎂離子含量過高，容易造成ASA水解沉積物問題。
(3)單一的PAM助留或傳統(tǒng)的皂土（無機微粒）加PAM微粒助留難以達(dá)到較好的網(wǎng)部填料留著率，選擇有利于填料留著的有機微粒助留體系更有利于改善ASA施膠效果。
(4)由于ASA易水解，應(yīng)盡可能地縮短乳化后ASA的存放時間，其加入點應(yīng)盡可能靠近流漿箱。
(5)加強網(wǎng)子、毛布、傳送帶的在線清洗，必要時可使用保潔劑。
2.8 ASA施膠退化
使用AKD施膠時，在紙面pH值較高情況下，可能會產(chǎn)生假施膠現(xiàn)象。產(chǎn)生假施膠的主要原因，與采用PCC填料中的殘余Ca0過高的關(guān)系較大。殘余Ca0過高時，紙面pH值也會相對較高。表3所示為紙面pH值在9.0以上時，采用AKD與ASA的施膠
退化（假施膠）情況對比。實際上，采用AKD施膠，當(dāng)紙面pH值達(dá)到9.0以上，施膠退化相當(dāng)嚴(yán)重；而采用ASA施膠，并未產(chǎn)生這一問題。
3結(jié)語
烯基琥珀酸酐( ASA)作為一種高效施膠劑，已在岳陽紙業(yè)股份有限公司9#紙機應(yīng)用多年。與AKD施膠相比，ASA施膠速度、pH值適用范圍等方面優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)，且在控制假施膠方面也有優(yōu)勢。從使用工藝上看，ASA施膠主要是如何維持其施膠穩(wěn)定性，減少水解產(chǎn)物對生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響。目前，國內(nèi)ASA施膠主要用在以化學(xué)木漿為主的文化用紙生產(chǎn)中，隨著ASA施膠劑的制備、乳化及使用工藝的不斷完善，ASA在國內(nèi)文化用紙生產(chǎn)中的應(yīng)用會越來越廣泛。
摘要：
結(jié)合烯基琥珀酸酐(ASA)在岳陽紙業(yè)股份有限公司9#紙機上的應(yīng)用實例，就ASA現(xiàn)場乳化、施膠穩(wěn)定性及控制水解等方面進(jìn)行了深入探討，并就ASA替代AKD施膠，在控制假施膠方面進(jìn)行比較。
