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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(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)包裝材料的要求也越來(lái)越高，不僅要保護(hù)商品、方便運(yùn)輸，還要能更大幅度的提高商品附加值，這從強(qiáng)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(lái)瓦楞紙箱業(yè)必然朝著高強(qiáng)度，低定量和高印刷精美度等方向發(fā)展。
在瓦楞紙的實(shí)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?jiān)匣蛘咛砑觾?yōu)質(zhì)漿料，無(wú)疑在成本上有較大壓力。而通過(guò)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(chǎng)需求。目前瓦楞紙生產(chǎn)過(guò)程中使用的化學(xué)品主要有增強(qiáng)劑、施膠劑等幾大類。
1、瓦楞紙生產(chǎn)中使用的增強(qiáng)劑
瓦楞原紙之所以能滿足商品運(yùn)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(qiáng)度性能，其中環(huán)壓強(qiáng)度和挺度是瓦楞原紙最主要的強(qiáng)度性能指標(biāo)。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(shì)，同時(shí)，為了保持甚至進(jìn)一步提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，只能通過(guò)使用一些成本較低且增強(qiáng)效果顯著的增強(qiáng)劑。雖然增強(qiáng)劑的使用會(huì)引起紙頁(yè)厚度的下降，但它不影響單根纖維的強(qiáng)度，而能增加纖維的結(jié)合強(qiáng)度和Z向強(qiáng)度，從而起到提高環(huán)壓強(qiáng)度和補(bǔ)強(qiáng)的作用[1]。
目前使用的一些增強(qiáng)劑，在其分子中帶有羥基、胺基等基團(tuán)，可以與纖維的羥基形成氫鍵結(jié)合，提高纖維的結(jié)合強(qiáng)度，從而可以顯著的改善瓦楞原紙的挺度和環(huán)壓強(qiáng)度。按合成單體來(lái)分，目前使用的增強(qiáng)劑主要有淀粉類化學(xué)助劑、聚丙烯酰胺類增強(qiáng)劑、共聚乳液型增強(qiáng)劑等[7,8]。
1.1 淀粉類增強(qiáng)劑
紙用變性淀粉的品種主要有陰離子淀粉干強(qiáng)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(yáng)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?jiān)鰪?qiáng)劑中占有很大的比例。其中用于瓦楞原紙?jiān)鰪?qiáng)的淀粉主要有陰離子淀粉、陽(yáng)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(yè)的挺度，從而提高瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度。而使用層間噴霧淀粉，不僅能增加層間結(jié)合強(qiáng)度，還能提高紙板的挺度，進(jìn)而提高紙板的環(huán)壓強(qiáng)度，在全廢紙的瓦楞芯紙中使用噴淋淀粉，紙頁(yè)定量135g/m2，用量為3%，可提高環(huán)壓強(qiáng)度50%左右；用量為6%，可提高環(huán)壓強(qiáng)度67%左右。將陽(yáng)離子淀粉應(yīng)用于瓦楞原紙，可同時(shí)提高抗張強(qiáng)度和環(huán)壓強(qiáng)度，但它對(duì)提高紙頁(yè)的裂斷長(zhǎng)比環(huán)壓強(qiáng)度更有效，將冷溶陽(yáng)離子淀粉用于70%的箱紙板和30%的書(shū)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(yáng)離子淀粉相當(dāng)（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(qiáng)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(duì)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?jiān)鰪?qiáng)劑以及液體的減阻劑等[3,4]。
聚丙烯酰胺作為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑使用時(shí)，由于纖維本身帶有負(fù)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(lái)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(wú)法直接與纖維結(jié)合，其增強(qiáng)效果甚小，因此必須先對(duì)其進(jìn)行改性，生成陰離子、陽(yáng)離子或兩性聚丙烯酰胺才能使用。近年來(lái)聚丙烯酰胺類增強(qiáng)劑的使用量逐漸增加，有逐步取代改性淀粉的趨勢(shì)。
陰離子聚丙烯酰胺(APAM)用作干增強(qiáng)劑，必須在高濃度的硫酸鋁存在下，通過(guò)Al3+的絡(luò)合，靜電吸引使聚丙烯酰胺分子帶有的負(fù)電荷(R-COO-)與纖維帶的負(fù)電荷相互橋聯(lián)成配位鍵，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到增強(qiáng)作用[1]。由于它必須在強(qiáng)酸性條件下抄紙，且電荷單一，易受到漿中雜離子干擾，增強(qiáng)效果較差，因此，目前使用不多。
陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)是一種優(yōu)良的增強(qiáng)劑，CPAM分子結(jié)構(gòu)中的陽(yáng)離子基團(tuán)容易吸附在帶負(fù)電的纖維上，起到架橋的作用，促進(jìn)纖維間的相互作用，同時(shí)，吸附到纖維上的增強(qiáng)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(qiáng)度。CPAM不僅有效地提高挺度和環(huán)壓強(qiáng)度，還能有效的改善干強(qiáng)度性能[1,2,4]。相對(duì)于淀粉類助劑，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺更能顯著地改善環(huán)壓強(qiáng)度。
而兩性聚丙烯酰胺型紙用增強(qiáng)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(qiáng)，達(dá)到使紙干強(qiáng)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(yáng)離子功能團(tuán)可以直接和纖維素負(fù)電荷形成離子鍵，而陰離子功能團(tuán)則可以通過(guò)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(guò)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(shí)，這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)就越致密，相應(yīng)紙的干強(qiáng)度(包括裂斷長(zhǎng)，環(huán)壓強(qiáng)度等)就越大。由于兩性聚丙烯酰胺具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。
目前在瓦楞紙生產(chǎn)中使用的主要有陽(yáng)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(yáng)離子型聚丙烯酰胺增強(qiáng)劑，可將環(huán)壓強(qiáng)度提高23%~30%[2]。王進(jìn)等人通過(guò)自由基共聚反應(yīng)合成陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，用作瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度增強(qiáng)劑，結(jié)果表明，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的分子量對(duì)瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度的影響較大，分子量為40萬(wàn)左右的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺對(duì)提高瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度最佳，而且其增強(qiáng)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(qiáng)度提高22.1%。而對(duì)于兩性聚丙烯酰胺型也有較多的相關(guān)研究，國(guó)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?jiān)鰪?qiáng)劑，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，加入紙漿中后，成紙的干強(qiáng)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(shù)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(tuán)，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(shí)，添加1％的BNP-III-2，環(huán)壓指數(shù)可全部達(dá)C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省了成本[1]。陳港等人比較了陽(yáng)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(qiáng)效果，發(fā)現(xiàn)對(duì)紙頁(yè)環(huán)壓強(qiáng)度提高最為有效的是陽(yáng)離子PAM，其余依次為兩性PAM、陽(yáng)離子淀粉、兩性淀粉和陰離子PAM，但隨著用量的增加，陽(yáng)離子淀粉的使用效果較陽(yáng)離子PAM更好，綜合考慮成本，使用陽(yáng)離子淀粉更有利。
1.3 共聚乳液型增強(qiáng)劑
共聚乳液型增強(qiáng)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(yáng)離子或陰離子單體，相應(yīng)地制成陽(yáng)離子型乳液聚合物或陰離子型乳液聚合物，它們可以單獨(dú)使用，也可與其它助劑復(fù)配使用。目前，通過(guò)添加這類助劑增加瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度的研究比較多[1,2,4]。
造紙用陽(yáng)離子乳液型增強(qiáng)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(guò)無(wú)皂乳液聚合制備陽(yáng)離子共聚物(PMAA)乳液，添加到草漿中，用量為0.75%~1.25%(對(duì)絕干漿)時(shí)，環(huán)壓強(qiáng)度指數(shù)提高37.1%~41.6%，抗張強(qiáng)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(duì)瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度具有較好的增強(qiáng)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(qiáng)度和耐破強(qiáng)度等物理指標(biāo)的同時(shí)，增加環(huán)壓強(qiáng)度。相關(guān)資料顯示：醋酸乙烯酯對(duì)廢紙漿瓦楞原紙的增強(qiáng)效果更明顯，可使其環(huán)壓強(qiáng)度提高20%~130%。增強(qiáng)后的瓦楞原紙可以達(dá)到或超過(guò)目前用于出口包裝紙箱的高強(qiáng)度瓦楞原紙的某些物理指標(biāo)。
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(hù)商品，方便運(yùn)輸以及提高商品附加值，這就要求其具有較好的強(qiáng)度穩(wěn)定性和良好的適印性。但由于我國(guó)的瓦楞紙?jiān)弦远卫w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(shí)，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(qiáng)度會(huì)降低，據(jù)測(cè)算，水分每增加1%，環(huán)壓強(qiáng)度就會(huì)降低27%，故其表面的抗水性對(duì)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(kuò)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(huì)使用一些造紙施膠劑。在造紙過(guò)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(guò)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(lái)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(chǎng)淘汰；而中堿性施膠可以很好的解決酸性施膠帶來(lái)的問(wèn)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(jià)鍵型β—酮酯，且不會(huì)產(chǎn)生施膠度逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，很少有結(jié)垢問(wèn)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(shí)間較長(zhǎng)，且施膠費(fèi)用較松香膠高。而ASA含有兩個(gè)疏水基和一個(gè)反應(yīng)性烷狀羧酸酐，與纖維素羥基生成共價(jià)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(shí)間比AKD要短，施膠費(fèi)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(huì)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(hù)起來(lái)，增加乳化后的粒子細(xì)度，增強(qiáng)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(wèn)題，但施膠時(shí)使用量遠(yuǎn)高于AKD和ASA，且施膠工藝相對(duì)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(dá)到提高紙板憎液性能和適印性能、提高紙板的物理強(qiáng)度和表面性能、減少紙頁(yè)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(shù)膠、動(dòng)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(shí)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(qiáng)度，目前在二次纖維回用抄紙過(guò)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(jìn)行表面施膠來(lái)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(bào)道。朱永強(qiáng)等[9]對(duì)一種適用性較強(qiáng)的高效低泡乳液施膠劑ER65的施膠效果進(jìn)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(duì)絕干紙漿)，硫酸鋁用量為4%(對(duì)絕干紙漿)，吸水重量為43g/m2，達(dá)到瓦楞紙的施膠要求，相對(duì)松香施膠可節(jié)約施膠用量10%左右，同時(shí)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(shí)，用量可減少0.5kg/t紙，且能明顯縮短熟化時(shí)間，成紙?jiān)?h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(xiàng)指標(biāo)均能符合A級(jí)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(jì)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(yáng)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(shí)，還具有一定的助留、增強(qiáng)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(duì)中性AKD施膠的影響，發(fā)現(xiàn)與陽(yáng)離子淀粉相比，聚乙烯胺對(duì)AKD施膠有更好的促進(jìn)作用，當(dāng)聚乙烯胺的加入量為0.1%時(shí)，手抄片的施膠度就已經(jīng)優(yōu)于加入1%陽(yáng)離子淀粉的施膠度，達(dá)到11.8s。陳新泉等[6]分析了施膠對(duì)瓦楞紙強(qiáng)度的影響，認(rèn)為漿內(nèi)施膠使瓦楞原紙強(qiáng)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(duì)復(fù)雜，且膠料的水解、沉積影響紙機(jī)的正常運(yùn)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(huì)降低紙板的強(qiáng)度性能。為了改善紙機(jī)運(yùn)行性能，簡(jiǎn)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(yè)的原施膠度對(duì)表面施膠的效果有很大的影響，紙頁(yè)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(lái)，同時(shí)合理搭配使用廉價(jià)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(bǔ)瓦楞紙生產(chǎn)原料質(zhì)量差帶來(lái)的系列問(wèn)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(guò)合理的使用一些特殊的化學(xué)品或改進(jìn)生產(chǎn)工藝使之能滿足市場(chǎng)的特殊需求，如防水、防銹、保鮮、阻燃等特殊性能，從而擴(kuò)大其使用范圍，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。目前功能型瓦楞紙的種類越來(lái)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(shí)間受到水的影響時(shí)，能防止水的滲透，其加工方法為使用石蠟、有機(jī)硅、光油等疏水劑進(jìn)行涂布加工，此外，在涂料中加入適量耐水助劑，如脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)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(zhǎng)時(shí)間和水接觸時(shí)，紙板的強(qiáng)度下降不多，且基本上能阻止水通過(guò)表面，其加工主要用幕簾式涂覆法，即將熔融的合成樹(shù)脂或石蠟混合物從料斗口中成膜狀流下，涂覆在水平運(yùn)行的瓦楞紙板上，紙板表面形成一層樹(shù)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(zhǎng)時(shí)間在水中浸泡強(qiáng)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(guò)浸漬、熱烘、冷卻等工藝即可獲得極好的耐水性，同時(shí)還能提高其耐壓強(qiáng)度[13]。 |
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