劉永順，顧秀梅，莊耀禮，田世友

（山東華泰集團有限公司，山東 廣饒 257335）

AKD施膠逆轉問題及解決措施

劉永順，顧秀梅，莊耀禮，田世友

（山東華泰集團有限公司，山東 廣饒 257335）

施膠是造紙過程的一個重要工序。通過施膠可賦予紙和紙板一定的抗液性能，防止或延緩某些液體對紙頁纖維的滲透和擴散，從而滿足人們對紙的加工和使用要求[1]。

華泰紙業(yè)從1999年起開始研究烷基烯酮二聚體（AKD）中性施膠技術的應用，2000年成功地在膠版紙生產(chǎn)車間推廣中性施膠，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，徹底告別了酸性施膠工藝。AKD中性施膠的成功應用，在很大程度上滿足了某些特種紙和高檔紙的要求[2]。它具有增加紙張的不透明度和柔韌性、提高紙張的施膠效果、提高紙的表面平滑度、降低施膠障礙、減少環(huán)境污染、節(jié)約水和能源、可用價格低廉的CaCO3作填料等優(yōu)點[3-4]，因而得到了迅速發(fā)展。

目前，AKD中性施膠作為一項成熟的工藝技術廣泛應用在各種紙張施膠生產(chǎn)中，但AKD在使用過程中時不時會出現(xiàn)施膠逆轉問題。施膠逆轉也稱做假施膠，即紙張在一定時間后失去抗水性，盡管在生產(chǎn)的一定時期內(nèi)有足夠的施膠度，但在二三周或數(shù)月后會失去抗水性，且往往發(fā)生在以后的印刷和涂布過程中[5]，由此造成的損失不可估量。為此，我們對AKD施膠逆轉問題進行了研究總結并提出了解決措施。

1 AKD施膠機理

AKD是一種反應型施膠劑，與其他施膠劑一樣有疏水和親水2種基團，在施膠過程中都有留著、均勻分布、轉向定位與纖維素成鍵結合的過程。不同的是，加到紙料中的AKD乳液粒子由于自身帶正電荷，并借助陽離子淀粉（CS）和聚丙烯酰胺（PAM）等助留劑的作用留著在帶負電荷的濕紙頁纖維之間；在紙機的壓榨和干燥過程中，AKD粒子由于熔點低，易在纖維表面擴展分布，形成均勻的覆蓋膜；在隨后的紙頁干燥和下機貯存過程中，AKD分子上的活性基（內(nèi)酯環(huán)）在適宜的條件下和纖維素上的羥基發(fā)生酯化反應，以牢固的共價鍵形式結合在纖維素大分子上，疏水的長鏈烷基轉向紙面，從而使紙頁獲得一定的抗液體滲透和擴散的性能。

2 影響AKD施膠效果的因素

2.1 漿料的種類

以膠版紙為例，其生產(chǎn)原料為漂白針葉木漿、闊葉木漿、葦漿、草漿及堿性過氧化氫機械漿（APMP）等，我們對這幾種漿料做了簡單的AKD施膠對比小試，發(fā)現(xiàn)使用全化學木漿抄造的紙施膠效果最好，摻用蘆葦抄造的紙次之，再次是摻用麥草漿抄造的紙，施膠效果最差的是摻用APMP的漿料。從抄紙生產(chǎn)過程中陽電荷需求量也可看出，APMP對陽電荷的需求量最大，化學木漿最小。對于摻用部分草漿或APMP的紙張施膠，因漿中含有較多的陰離子垃圾，AKD自身所帶正電性相對較弱，在施膠的同時，需要加入陽離子淀粉和陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），以增強其陽電性來加強其在纖維上的吸附性。抄造過程中如果不預先進行系統(tǒng)電荷平衡，勢必要加大AKD及CS、CPAM 的用量，因此應適當加入價格相對便宜的聚合氯化鋁（PAC）作陰離子捕捉劑，以平衡漿料中的陰離子垃圾。

2.2 漿料溫度

試驗研究表明，用AKD對23℃以下的漿料進行施膠，從開始取樣到4 h后取樣的測定結果顯示，漿料施膠度無任何施膠損失； 而對于50℃以上的漿料，施膠度損失在2 h后便開始。這是由于AKD發(fā)生水解后產(chǎn)生的酮對漿料沒有施膠作用。AKD施膠劑是一種低熔點（接近46℃）的蠟，實際生產(chǎn)中由于紙機水系統(tǒng)的封閉循環(huán)而引起的紙機系統(tǒng)溫度一般在37～47℃，此溫度為大多數(shù)AKD的熔點范圍,極易引起AKD的沉積現(xiàn)象，造成系統(tǒng)障礙，因此應盡量補充清水加以調(diào)節(jié)，保持系統(tǒng)溫度以不超過40℃為宜。

2.3 漿料pH和總堿度

抄紙機網(wǎng)前箱漿料的pH和總堿度對AKD施膠效果的影響是相互聯(lián)系的。當漿料pH≤6時，會使AKD完全喪失施膠效果?？倝A度是AKD與纖維素之間發(fā)生有效反應的主要影響因素，提高總堿度可提高下機和自然老化后紙頁的施膠度，因此適當提高漿料pH,提高系統(tǒng)總堿度有利于提高AKD的施膠效率。實踐證明，最適宜的紙機網(wǎng)前箱漿料的pH為7.5～8.5，總堿度為150～250 mg/kg。在此范圍內(nèi)，AKD單程留著率高，施膠效果也好；超過這個范圍，AKD水解速度會加快，施膠效果下降。過高的 pH（pH＞9）和過高的堿度（堿度＞400 mg/kg），容易使產(chǎn)品中未反應的AKD進一步水解，生成烯酮，或引起化學酯鍵緩慢斷裂，降低施膠效果，產(chǎn)生施膠逆轉。

2.4 濕部漿料Zeta電位

用Zeta電位儀測得的漿料Zeta電位值表示漿料纖維和填料等的表面電荷和電荷密度。紙漿和填料等帶負電荷，加入的陽離子AKD膠乳在紙漿中的留著先隨著Zeta電位的提高而增加，達到最大值后又隨Zeta電位的繼續(xù)提高而下降，而成紙的施膠度基本上與漿料中AKD的留著率是同步升降的。漿料Zeta電位一般控制在-3～+5 mV，在此范圍內(nèi)，有利于漿料各組分的吸附和絮聚，有利于改善漿料的濾水留著性能，使AKD留著達到較高水平。

2.5 填料加填

在AKD施膠中，所用填料可選用輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣，也可使用或配用滑石粉。滑石粉比碳酸鈣便宜，可降低填料費用。但作為內(nèi)添加填料，選用重質(zhì)碳酸鈣更為合適些。這是因為輕質(zhì)碳酸鈣對紙頁物理強度有較大的影響，而重質(zhì)碳酸鈣影響較小些。加填輕質(zhì)碳酸鈣的紙施膠逆轉現(xiàn)象要比加填重質(zhì)碳酸鈣的紙嚴重得多。其原因是輕質(zhì)碳酸鈣比表面積比重質(zhì)碳酸鈣比表面積大得多，其孔隙率也較大，在AKD施膠干燥過程中AKD大部分向輕質(zhì)碳酸鈣內(nèi)部遷移滲透，而與纖維反應的AKD非常少。對于內(nèi)填加的重質(zhì)碳酸鈣，其粒度等指標要嚴格控制，一般認為平均粒徑在2～3 μm較合適，最大粒徑要≤15 μm；如果粒徑大于18 μm，對紙機網(wǎng)上的磨損將急劇增加；如果粒徑小于0.5 μm，小粒子應少于15%，小粒子過多，將降低留著率，使流失增加，進而會增加填料的用量和紙頁的兩面差，同時加大AKD的流失，造成施膠效果下降。造紙加填選用碳酸鈣主要指標為：碳酸鈣含量＞96%；白度＞90%；平均粒徑≤4.5 μm；水分≤0.5%，細度≥90%（通過500目篩）。

2.6 助留體系應用

因為細小纖維和填料有較大的比表面積、較強的負電荷密度，對AKD有很高的吸收性。保留越多的細小纖維和填料，就意味著AKD的保留效果越好。根據(jù)漿料性質(zhì)的不同，合理使用助劑是提高AKD施膠效率的有效途徑。抄紙系統(tǒng)中真正留著在長纖維上的AKD僅占有10%左右，其余90%的AKD附著在細小纖維、填料和流失在白水中。因此，提高細小纖維和填料的留著率顯得格外重要。系統(tǒng)中細小纖維和填料每提高1%，AKD留著率便提高1%，當系統(tǒng)留著率達到80%時，AKD留著率便達到80%。當前，中低速紙機提高AKD留著率的主要保留助劑仍為陽離子淀粉和CPAM雙元助留體系；近年來發(fā)展的三元助留或微粒助留系統(tǒng)更有利于提高留著率和提高施膠效果。

2.7 AKD的性質(zhì)、用量、貯存及應用

常用的 AKD固含量為 12.5%～15%，pH為3～4，膠液自身穩(wěn)定性差，很容易水解生成蠟狀物，當溫度在0～25℃時，保存期最高不能超過3個月。實踐表明，貯存溫度超過30℃或低于0℃時，AKD的用量是正常用量的2倍以上；若加水稀釋，必須在48 h內(nèi)用完，否則AKD會水解，失去施膠作用。用AKD施膠，最大的問題是施膠和水解作用同步進行，并處于“競爭”狀態(tài)。凡是有利于施膠效果的添加劑，都同時會加速AKD的水解。AKD對每一種漿的漿內(nèi)施膠來說，都有一個臨界最小用量（大多數(shù)為漿料質(zhì)量分數(shù)的0.1%），低于此量，不能獲得好的施膠度或施膠不穩(wěn)定；超過該量，施膠度急劇上升，直達到最大值后，施膠度不再增加，或增加極微。過多的用量，施膠劑會隨白水流失，并在其中很快水解，其中間產(chǎn)物β酮酸會與白水中的鈣、鎂離子反應，生成黏稠狀的沉淀物，極易堵塞網(wǎng)孔，臟污毛布，其水解產(chǎn)物烷基β酮會進一步降低乳液的穩(wěn)定性和有效性，在反復回用白水時，又會加速漿液中施膠劑的水解，如此造成惡性循環(huán)，不但會降低施膠效果，還會引起生產(chǎn)障礙，因此嚴格控制施膠劑的用量是很重要的。AKD用量一般控制在漿料絕干質(zhì)量的0.12%～0.25%比較合適。再者，AKD施膠效果的好壞，其膠料在漿內(nèi)的留著率是個重要因素，AKD加入時間只要能充分與漿料混合均勻，接觸時間越短越好；加入地點越靠近網(wǎng)前箱越好，并且AKD加入前盡量少稀釋、不攪拌為佳，最好是用計量泵打原液加入。

2.8 表面施膠

大量實踐證明，在表面膠中添加AKD施膠劑是一項非常有效的施膠方法。在成紙施膠效果相同的情況下，表面施膠成本僅為漿內(nèi)施膠成本的1/2不到。從成本的角度講，無疑表面施膠是最好的選擇。而且，采用表面施膠可以減少系統(tǒng)中水解酮的積累，提高系統(tǒng)的清潔度。實踐同時證明，利用AKD表面施膠完全代替漿內(nèi)施膠不利于烘缸干燥效率，會造成汽耗大幅度上升，因此AKD表面施膠只能作為輔助形式加以應用，或夏季溫度太高，水解嚴重，消耗太大時應用。

2.9 干燥溫度

在AKD施膠的pH和堿度條件下，AKD內(nèi)酯環(huán)與纖維素羥基的酯化反應是隨溫度的升高而加速的，在較高的溫度下干燥紙頁，將獲得較高的施膠效率和最高的施膠度，所以用AKD施膠要盡快提高干燥溫度，最高溫度在120～130℃。如表面施膠機前紙頁溫度不低于95℃ ，紙頁干度在95%以上，均可獲得最佳的施膠效果。

2.10 下機處理

AKD與纖維素的反應速度很慢，在紙機干燥的溫度下，僅有4%～15%的纖維表面上的羥基與AKD起作用，剩下未起作用的AKD，在干燥完后，仍會繼續(xù)與纖維素反應，即所謂的熟化。一般下機后，尚需要數(shù)日到半個月的時間，才能熟化完全。在此期間如果產(chǎn)品的水分過高、或貯存溫度過高、或碳酸鈣中含有游離 Ca（OH）2，殘余的 AKD會產(chǎn)生水解作用，造成施膠逆轉。

3 施膠逆轉問題的主要成因及解決措施

3.1 漿料成分

漿料的臟、亂、雜已成為生產(chǎn)普通膠版紙時的普遍現(xiàn)象。為降低生產(chǎn)成本，大量的草類纖維、化機漿和廢紙漿被應用，漿料中含有大量的陰離子雜質(zhì)干擾物，嚴重影響抄紙系統(tǒng)的穩(wěn)定性和清潔度。對中性施膠來講，其陰離子干擾物將消耗過多的AKD和其他陽離子性助劑，造成施膠成本大幅度上漲，系統(tǒng)留著失衡。對于草類漿和化機漿，其漿內(nèi)酸堿鹽類物質(zhì)較多，應加強對漿料的洗滌；對于廢紙漿，其膠粘物含量及陰離子垃圾較多，應適當加入陰離子垃圾捕捉劑，以消除對抄紙系統(tǒng)留著及施膠的不利影響。

3.2 高加填技術的應用

加填是提高生產(chǎn)利潤的最有效措施。適當?shù)丶犹钣欣诋a(chǎn)品質(zhì)量的提高，成紙白度、平滑度、不透明度、油墨吸收性和印刷適性等都得到明顯的提高；但當加填量達到30%～40%或甚至更高時，各種不利影響就會逐一表現(xiàn)出來：強度降低，掉毛掉粉，施膠效果下降等，此時將產(chǎn)生施膠逆轉現(xiàn)象。原因是CaCO3用量增多，AKD在纖維上的有效吸附量大大降低，AKD有效成分的不足，無法滿足AKD施膠滯后反應的需要，過高的CaCO3含量受水分、空氣影響，游離出 Ca（OH）2，殘余 AKD發(fā)生水解作用而失去施膠效果。因此，合理控制紙料中加填量，使其不超過30%為宜。

3.3 烘缸干燥及下機水分

AKD施膠要求烘干溫度急速上升，快速降低紙頁表面水分，加速AKD與纖維素羥基之間的鍵合作用；溫度過低，會增加靜電吸附和游離態(tài)AKD的存在，而這些游離態(tài)的AKD在貯存過程中一部分會與纖維素羥基發(fā)生反應，另一部分會緩慢發(fā)生水解；成紙水分越高，水解過程越快，最終會導致施膠逆轉現(xiàn)象的產(chǎn)生。制定合理的烘干溫度曲線是解決施膠逆轉有效措施，必須保證附著在紙料上的AKD快速有效地反應完全，同時利用好紙機最后的冷缸，避免下機成品紙因貯存溫度過高、水分大，發(fā)生水解現(xiàn)象。成紙水分以控制在4.5%～5.5%為好。

3.4 AKD施膠自身性質(zhì)的兩面性

AKD施膠劑是易水解產(chǎn)物，其施膠過程和水解過程是同時進行的，所有有利于施膠的添加劑同時也會加速AKD的水解，因此只有當紙頁中含有足夠的施膠成分與纖維素羥基發(fā)生共價鍵合后才不會發(fā)生施膠逆轉現(xiàn)象，或逆轉現(xiàn)象不明顯。

目前，AKD施膠技術已經(jīng)很成熟，快速熟化型AKD乳液的應用使下機熟化率從一般AKD的41%提高到83%，比一般AKD乳液的熟化率提高了1倍，大大縮短了熟化時間。針對廢紙漿臟、亂、差，草漿含量高及舊瓦楞紙箱（OCC）、廢報紙（ONP）等廢紙漿系統(tǒng)，箱紙板、瓦楞原紙等，開發(fā)的抗干擾型（高保留型）AKD乳液比普通型的AKD乳液用量可降低30%，熟化時間可縮短40%；表面施膠型AKD乳液下機熟化快、穩(wěn)定性好、施膠效率高，可解決重施膠不足問題，而且使用簡單、方便，僅需約3 h的熟化時間。造紙企業(yè)可以根據(jù)自身的生產(chǎn)情況選擇合適的施膠劑來達到施膠目的并解決施膠逆轉問題。

4 總結

AKD施膠逆轉的問題在實際生產(chǎn)中是不可避免的，這是由其自身性質(zhì)決定的，但是通過采取合理的技術措施與控制，可以將施膠逆轉現(xiàn)象降到最低，不至于在印刷或涂布過程中造成質(zhì)量影響。

（1）把好AKD乳液質(zhì)量關，保證所用AKD乳液為質(zhì)量合格的新鮮產(chǎn)品，車間做到產(chǎn)品用前必檢，有問題不用。

（2）嚴格執(zhí)行生產(chǎn)工藝，AKD用量嚴格按照工藝要求添加，避免在低保障線上使用，酌情多加。

（3）加強與AKD供應商的交流，通過交流，讓供應商了解造紙企業(yè)的施膠現(xiàn)狀，然后有針對性地開發(fā)施膠新產(chǎn)品。

通過以上措施，我公司生產(chǎn)中施膠逆轉現(xiàn)象大大降低，車間基本沒有因施膠問題造成退貨索賠現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)效益，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］趙宏，楊占軍.AKD 施膠劑的應用技術［J］.西南造紙，2006，35（1）：57-58.

［2］鄭敬斌，朱萬亮，莊耀禮，等.AKD中性施膠劑在膠版紙生產(chǎn)中的應用［J］.中國造紙，2002，21（2）：71-72.

［3］劉全校，龍柱，楊淑蕙，等.AKD中性施膠劑及其應用［J］.天津造紙，2000，22（1）：14-17.

［4］張新東，李軍，盛華宏.AKD蠟和AKD乳液技術發(fā)展與研究［J］.中華紙業(yè)，2008，29（1）：68-71.

［5］王鳳敏，編譯.在碳酸鈣加填紙中AKD施膠的有效性和逆轉性［J］.國際造紙，2003，22（2）：17-21.

AKD Sizing Reversion Problem and Its Solution

LIU Yong-shun，GU Xiu-mei，ZHUANG Yao-li，TIAN Shi-you
（Shandonh Huatai Group Co.，Ltd.，Guangrao 257335，China）

TS727+.5

A

1007-2225（2012）04-0017-04

2012-01-12

劉永順先生（1976-），鼎泰公司技術員；主要從事文化紙、特種紙新產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)，新工藝新技術應用；E-mail：htlyslhx2002@126.com。

本文文獻格式：劉永順，顧秀梅，莊耀禮，等.AKD施膠逆轉問題及解決措施[J].造紙化學品，2012，24（4）∶17-20.