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公 司：東莞市森帝蜂窩紙品有限公司
地 址：東莞市企石鎮(zhèn)清湖工業(yè)區(qū)
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瓦楞紙生產(chǎn)中化學(xué)品的應(yīng)用
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隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對包裝材料的要求也越來越高，不僅要保護商品、方便運輸，還要能更大幅度的提高商品附加值，這從強度、適印性、成本等各方面給瓦楞紙生產(chǎn)廠家提出了更高的要求，而未來瓦楞紙箱業(yè)必然朝著高強度，低定量和高印刷精美度等方向發(fā)展。
在瓦楞紙的實際生產(chǎn)中，要提高其質(zhì)量主要有兩種途徑，一是提高原料性能，二是合理使用化學(xué)品。眾所周知，瓦楞原紙的生產(chǎn)原料以回收利用的廢紙為主，原料性能較差，如果從改善原料結(jié)構(gòu)的角度入手，優(yōu)化廢紙原料或者添加優(yōu)質(zhì)漿料，無疑在成本上有較大壓力。而通過合理的使用一些化學(xué)品，不僅成本較低，而且能顯著的提高產(chǎn)品的性能，滿足市場需求。目前瓦楞紙生產(chǎn)過程中使用的化學(xué)品主要有增強劑、施膠劑等幾大類。
1、瓦楞紙生產(chǎn)中使用的增強劑
瓦楞原紙之所以能滿足商品運輸和包裝的需求，主要得益于其特殊的結(jié)構(gòu)和較好的強度性能，其中環(huán)壓強度和挺度是瓦楞原紙最主要的強度性能指標。目前，基于環(huán)保和成本的要求，降低瓦楞原紙的定量是瓦楞紙箱發(fā)展的趨勢，同時，為了保持甚至進一步提高產(chǎn)品的強度，只能通過使用一些成本較低且增強效果顯著的增強劑。雖然增強劑的使用會引起紙頁厚度的下降，但它不影響單根纖維的強度，而能增加纖維的結(jié)合強度和Z向強度，從而起到提高環(huán)壓強度和補強的作用[1]。
目前使用的一些增強劑，在其分子中帶有羥基、胺基等基團，可以與纖維的羥基形成氫鍵結(jié)合，提高纖維的結(jié)合強度，從而可以顯著的改善瓦楞原紙的挺度和環(huán)壓強度。按合成單體來分，目前使用的增強劑主要有淀粉類化學(xué)助劑、聚丙烯酰胺類增強劑、共聚乳液型增強劑等[7,8]。
1.1 淀粉類增強劑
紙用變性淀粉的品種主要有陰離子淀粉干強劑、氧化淀粉、磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉、淀粉黃原酸酯、非離子淀粉、陽離子淀粉、兩性離子淀粉以及淀粉與乙烯基單體的接枝共聚物，在造紙增強劑中占有很大的比例。其中用于瓦楞原紙增強的淀粉主要有陰離子淀粉、陽離子淀粉和噴淋淀粉等[1,2]。
陰離子淀粉可有效地增加紙頁的挺度，從而提高瓦楞原紙的環(huán)壓強度。而使用層間噴霧淀粉，不僅能增加層間結(jié)合強度，還能提高紙板的挺度，進而提高紙板的環(huán)壓強度，在全廢紙的瓦楞芯紙中使用噴淋淀粉，紙頁定量135g/m2，用量為3%，可提高環(huán)壓強度50%左右；用量為6%，可提高環(huán)壓強度67%左右。將陽離子淀粉應(yīng)用于瓦楞原紙，可同時提高抗張強度和環(huán)壓強度，但它對提高紙頁的裂斷長比環(huán)壓強度更有效，將冷溶陽離子淀粉用于70%的箱紙板和30%的書刊廢紙組成的瓦楞原紙漿，添加量為2.0，環(huán)壓指數(shù)增加23.92%~26.97%，其使用效果與熱溶陽離子淀粉相當（28.3%），但前者可常溫糊化，操作方便，成本較低。
1.2 聚丙烯酰胺（PAM）類增強劑
聚丙烯酰胺是一種多功能水溶性的線性高分子聚合物。在工業(yè)生產(chǎn)上主要是以丙烯腈為原料經(jīng)催化劑催化水合而制得丙烯酰胺單體，再將丙烯酰胺經(jīng)自由基引發(fā)聚合成各種相對分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺。PAM和它的衍生物可以用作絮凝劑、增稠劑、紙張增強劑以及液體的減阻劑等[3,4]。
聚丙烯酰胺作為造紙增強劑使用時，由于纖維本身帶有負電荷，且目前二次纖維的大量使用，使抄紙的濕部環(huán)境越來越惡劣，含有多種雜離子，而非離子型聚丙烯酰胺本身不帶電荷，無法直接與纖維結(jié)合，其增強效果甚小，因此必須先對其進行改性，生成陰離子、陽離子或兩性聚丙烯酰胺才能使用。近年來聚丙烯酰胺類增強劑的使用量逐漸增加，有逐步取代改性淀粉的趨勢。
陰離子聚丙烯酰胺(APAM)用作干增強劑，必須在高濃度的硫酸鋁存在下，通過Al3+的絡(luò)合，靜電吸引使聚丙烯酰胺分子帶有的負電荷(R-COO-)與纖維帶的負電荷相互橋聯(lián)成配位鍵，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達到增強作用[1]。由于它必須在強酸性條件下抄紙，且電荷單一，易受到漿中雜離子干擾，增強效果較差，因此，目前使用不多。
陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)是一種優(yōu)良的增強劑，CPAM分子結(jié)構(gòu)中的陽離子基團容易吸附在帶負電的纖維上，起到架橋的作用，促進纖維間的相互作用，同時，吸附到纖維上的增強劑有助于酰胺基與纖維上的羥基形成氫鍵，從而提高了紙張的強度。CPAM不僅有效地提高挺度和環(huán)壓強度，還能有效的改善干強度性能[1,2,4]。相對于淀粉類助劑，陽離子聚丙烯酰胺更能顯著地改善環(huán)壓強度。
而兩性聚丙烯酰胺型紙用增強劑是利用高分子鏈上的酰胺基(-CONH2)與纖維上的羥基(-OH)形成氫鍵(這種鍵能大于分子間的范德華力)，而使纖維之間互相交織增強，達到使紙干強度提高的目的[1,2,4]。兩性多元共聚型聚丙烯酰胺除了氫鍵作用外，高分子鏈上的陽離子功能團可以直接和纖維素負電荷形成離子鍵，而陰離子功能團則可以通過配位絡(luò)合與體系中的Al3+結(jié)合，和纖維形成配位鍵，故通過兩性多元共聚型聚丙烯酰胺的作用，可促使纖維之間形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其用量越大時，這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)就越致密，相應(yīng)紙的干強度(包括裂斷長，環(huán)壓強度等)就越大。由于兩性聚丙烯酰胺具有其獨特的優(yōu)點，目前已成為國內(nèi)外研究的重點。
目前在瓦楞紙生產(chǎn)中使用的主要有陽離子聚丙烯酰胺型和兩性聚丙烯酰胺型。向普通廢紙漿中添加1%~1.5%的陽離子型聚丙烯酰胺增強劑，可將環(huán)壓強度提高23%~30%[2]。王進等人通過自由基共聚反應(yīng)合成陽離子聚丙烯酰胺，用作瓦楞原紙環(huán)壓強度增強劑，結(jié)果表明，陽離子聚丙烯酰胺的分子量對瓦楞原紙的環(huán)壓強度的影響較大，分子量為40萬左右的陽離子聚丙烯酰胺對提高瓦楞原紙的環(huán)壓強度和抗張強度最佳，而且其增強效果隨著用量的增加而增大，向回收箱紙板漿中添加0.6%的共聚物可將瓦楞原紙的環(huán)壓強度提高22.1%。而對于兩性聚丙烯酰胺型也有較多的相關(guān)研究，國內(nèi)彭曉宏、沈家瑞合成了聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨-CO-丙烯酰胺-CO-丙烯酸)兩性紙張增強劑，經(jīng)實驗驗證，加入紙漿中后，成紙的干強度和撕裂度都有明顯提高。四川邦貝化學(xué)公司生產(chǎn)的合成改性聚酰胺樹脂(BNP-III-2)，屬兩性復(fù)合離子型，它含有大量的羥基、酰胺基和羧基等活性基團，在用90％普通廢紙漿和10％牛皮箱紙板漿生產(chǎn)160g/m2瓦楞原紙時，添加1％的BNP-III-2，環(huán)壓指數(shù)可全部達C級標準，節(jié)省了成本[1]。陳港等人比較了陽離子淀粉、兩性淀粉、PAM等造紙助劑在瓦楞原紙抄造中的增強效果，發(fā)現(xiàn)對紙頁環(huán)壓強度提高最為有效的是陽離子PAM，其余依次為兩性PAM、陽離子淀粉、兩性淀粉和陰離子PAM，但隨著用量的增加，陽離子淀粉的使用效果較陽離子PAM更好，綜合考慮成本，使用陽離子淀粉更有利。
1.3 共聚乳液型增強劑
共聚乳液型增強劑是一類新型高效的造紙施膠劑，它采用多種功能單體在一定條件下聚合而成。根據(jù)使用要求，可以在高分子鏈上引入陽離子或陰離子單體，相應(yīng)地制成陽離子型乳液聚合物或陰離子型乳液聚合物，它們可以單獨使用，也可與其它助劑復(fù)配使用。目前，通過添加這類助劑增加瓦楞原紙的環(huán)壓強度的研究比較多[1,2,4]。
造紙用陽離子乳液型增強劑一般是苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯酰胺、季銨鹽的共聚物。如以丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨為原料，通過無皂乳液聚合制備陽離子共聚物(PMAA)乳液，添加到草漿中，用量為0.75%~1.25%(對絕干漿)時，環(huán)壓強度指數(shù)提高37.1%~41.6%，抗張強度和耐破度分別增加30%、100％左右[1]。
而陰離子乳液中聚醋酸乙烯酯的應(yīng)用效果較好。聚醋酸乙烯酯對瓦楞原紙的環(huán)壓強度具有較好的增強作用。將其加入以草漿或廢紙漿為原料的瓦楞原紙中，分子間交織形成一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如同在紙內(nèi)加入分子水平的“鋼筋”，可將紙張中的纖維更好地聯(lián)結(jié)在一起，形狀更加固定。它能在提高成紙的戳穿強度和耐破強度等物理指標的同時，增加環(huán)壓強度。相關(guān)資料顯示：醋酸乙烯酯對廢紙漿瓦楞原紙的增強效果更明顯，可使其環(huán)壓強度提高20%~130%。增強后的瓦楞原紙可以達到或超過目前用于出口包裝紙箱的高強度瓦楞原紙的某些物理指標。
2、瓦楞紙生產(chǎn)中使用的施膠劑
如前所述，瓦楞紙主要用途在于保護商品，方便運輸以及提高商品附加值，這就要求其具有較好的強度穩(wěn)定性和良好的適印性。但由于我國的瓦楞紙原料以二次纖維為主，結(jié)構(gòu)較差，生產(chǎn)的瓦楞原紙緊度不夠，表面平整度差，在粘合紙板時，粘合劑容易滲入紙內(nèi)，影響粘合效果，造成紙��；此外，我們知道瓦楞紙受潮后其環(huán)壓強度會降低，據(jù)測算，水分每增加1%，環(huán)壓強度就會降低27%，故其表面的抗水性對保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性十分重要[5,6]。為了提高瓦楞紙的表面性能、防止水性液體的擴散和滲透以及改善產(chǎn)品的適印性，必須使紙面具有一定的抗水性，在生產(chǎn)中經(jīng)常會使用一些造紙施膠劑。在造紙過程中，根據(jù)施膠劑添加位置的不同，可將施膠劑分為漿內(nèi)施膠劑和表面施膠劑兩大類。
2.1 漿內(nèi)施膠劑
通過漿內(nèi)施膠可以使紙張具有整體防水性，按照施膠所適用的pH值范圍的不同，可將漿內(nèi)施膠劑分為酸性施膠劑和中堿性施膠劑兩大類。酸性施膠劑主要是指皂化松香膠和馬來松香膠，由于其必須在酸性條件下與明礬結(jié)合使用，紙張容易返黃、發(fā)脆，且使用量大，加之要配合明礬使用，成本較高，逐步為市場淘汰；而中堿性施膠可以很好的解決酸性施膠帶來的問題，逐漸受到造紙廠家的青睞，其中使用較多的主要有纖維反應(yīng)型施膠劑烷基烯酮二聚物(AKD)和烯基琥珀酸酐(ASA)以及分散松香膠等[7]。
AKD屬于反應(yīng)性施膠劑[7,8]，在中性或堿性條件下可直接和纖維素纖維上的活潑羥基反應(yīng)生成牢固的共價鍵型β—酮酯，且不會產(chǎn)生施膠度逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，很少有結(jié)垢問題，可獲得重施膠效果而不存在沉積物和假施膠現(xiàn)象，但其熟化時間較長，且施膠費用較松香膠高。而ASA含有兩個疏水基和一個反應(yīng)性烷狀羧酸酐，與纖維素羥基生成共價鍵，使其具有施膠度，在中性條件下能獲得較好的施膠效果，且反應(yīng)時間比AKD要短，施膠費用較AKD低，但由于其可與水反應(yīng)生成油狀液體水解物，不僅破壞施膠，而且會粘搭壓榨輥，引起斷紙，且容易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。分散松香施膠是將松香結(jié)構(gòu)上的羧基和共軛雙鍵發(fā)生Diels—Alder反應(yīng)將羧基保護起來，增加乳化后的粒子細度，增強其疏水性，與少量鋁鹽配合使用，能取得較好的施膠效果，且穩(wěn)定性較好，不存在施膠劑水解的問題，但施膠時使用量遠高于AKD和ASA，且施膠工藝相對復(fù)雜。
2.2 表面施膠劑
表面施膠是在紙的表面均勻地涂上一薄層膠料，以達到提高紙板憎液性能和適印性能、提高紙板的物理強度和表面性能、減少紙頁的兩面差以及減少膠料的流失等目的。表面施膠劑大體可分為天然高分子（如殼聚糖、樹膠、動物膠等）、天然改性高分子（改性淀粉、氧化淀粉、羧甲基纖維素及半纖維素等）和合成聚合物（如聚乙烯醇PVA）等三類。在瓦楞紙上使用施膠劑的主要目的是改善抗水性，使用較多的主要有改性淀粉、PVA、AKD、松香膠等。PAM作表面施膠劑時由于自身結(jié)構(gòu)中有大量酰胺基可與纖維中羥基形成氫鍵，從而提高紙張強度，目前在二次纖維回用抄紙過程中，尤其是瓦楞箱紙板中使用較多。而石蠟、松香膠以及AKD等疏水性聚合物常與改性淀粉共用進行表面施膠來改善紙張表面性能，尤其是耐水性。
2.3 瓦楞紙用施膠劑的研究現(xiàn)狀
關(guān)于瓦楞紙中使用的施膠劑也有很多相關(guān)的報道。朱永強等[9]對一種適用性較強的高效低泡乳液施膠劑ER65的施膠效果進行了研究，發(fā)現(xiàn)ER65A用于瓦楞紙的施膠，乳液用量為7.5kg/t(對絕干紙漿)，硫酸鋁用量為4%(對絕干紙漿)，吸水重量為43g/m2，達到瓦楞紙的施膠要求，相對松香施膠可節(jié)約施膠用量10%左右，同時還能減少造紙系統(tǒng)的泡沫與網(wǎng)毯的污染。晏永祥等[10]用含有“多羥基松香酸鋁”為主要成分的施膠增效劑SN-1制備高效改性AKD乳液，用于瓦楞原紙生產(chǎn)時，用量可減少0.5kg/t紙，且能明顯縮短熟化時間，成紙在2h內(nèi)已有明顯的施膠度，能在8～10h內(nèi)獲得滿意的施膠效果，成紙的各項指標均能符合A級瓦楞原紙要求，施膠成本低于普通AKD乳液，能獲得明顯的綜合經(jīng)濟效益。鄭鐵山[11]在100%廢紙為原料的瓦楞紙生產(chǎn)中使用一種新型的陽離子松香膠CRS300D，可節(jié)約80%以上的硫酸鋁用量，保證施膠效果的同時，還具有一定的助留、增強作用，成紙勻度也得到了改善，施膠pH值可延伸到7。黃馳等[12]研究聚乙烯胺(PVAm)在瓦楞原紙中對中性AKD施膠的影響，發(fā)現(xiàn)與陽離子淀粉相比，聚乙烯胺對AKD施膠有更好的促進作用，當聚乙烯胺的加入量為0.1%時，手抄片的施膠度就已經(jīng)優(yōu)于加入1%陽離子淀粉的施膠度，達到11.8s。陳新泉等[6]分析了施膠對瓦楞紙強度的影響，認為漿內(nèi)施膠使瓦楞原紙強度性能降低，且增加白水系統(tǒng)的雜離子，取消漿內(nèi)施膠而改用表面施膠更有利于瓦楞紙的生產(chǎn)。
漿內(nèi)施膠能使紙板具有整體抗水性，但由于施膠工藝相對復(fù)雜，且膠料的水解、沉積影響紙機的正常運轉(zhuǎn)，還增加了白水封閉循環(huán)使用的難度，此外，漿內(nèi)施膠劑的使用還會降低紙板的強度性能。為了改善紙機運行性能，簡化濕部化學(xué)管理，許多生產(chǎn)廠偏向于采用表面施膠。但由于紙頁的原施膠度對表面施膠的效果有很大的影響，紙頁獲得抗水性的最有效方法就是將低施膠量的內(nèi)施膠及控制最終施膠度的表面施膠結(jié)合起來，同時合理搭配使用廉價的天然高分子產(chǎn)品和性能優(yōu)異的合成聚合物，不僅節(jié)約施膠成本，還能彌補瓦楞紙生產(chǎn)原料質(zhì)量差帶來的系列問題。
3 瓦楞紙生產(chǎn)中使用的其他化學(xué)品
在瓦楞紙生產(chǎn)中，可以通過合理的使用一些特殊的化學(xué)品或改進生產(chǎn)工藝使之能滿足市場的特殊需求，如防水、防銹、保鮮、阻燃等特殊性能，從而擴大其使用范圍，提高產(chǎn)品的競爭力。目前功能型瓦楞紙的種類越來越多，其中有代表性的主要有防水瓦楞紙板等。
防水瓦楞紙板根據(jù)其耐水性能不同，大體可分為疏水性瓦楞紙板、防水紙板和耐水瓦楞紙板等幾類。其中疏水瓦楞紙板主要在短時間受到水的影響時，能防止水的滲透，其加工方法為使用石蠟、有機硅、光油等疏水劑進行涂布加工，此外，在涂料中加入適量耐水助劑，如脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚乙烯醇縮丁醛等能提高涂層的耐水性能。防水紙板則在較長時間和水接觸時，紙板的強度下降不多，且基本上能阻止水通過表面，其加工主要用幕簾式涂覆法，即將熔融的合成樹脂或石蠟混合物從料斗口中成膜狀流下，涂覆在水平運行的瓦楞紙板上，紙板表面形成一層樹脂膜或蠟?zāi)�，具有良好的擋水性能。而耐水紙板則是指即使長時間在水中浸泡強度也不明顯降低的紙板，其加工工藝與浸漬加工相似，主要使用的浸漬液由石蠟或氯丁合成橡膠、聚苯二烯丁二烯、氯丁二烯、聚烴硅氧、二氟醋酸鉻等制成，通過浸漬、熱烘、冷卻等工藝即可獲得極好的耐水性，同時還能提高其耐壓強度[13]。 |
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