复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂的研发与应用

田成杰，李伯平，李 端

（天津市奥东化工有限公司，天津 300350）

复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂的研发与应用

田成杰，李伯平，李 端

（天津市奥东化工有限公司，天津 300350）

该文介绍了一种新型植物类胶聚合物表面施胶剂的初步研究方法。该施胶剂的成分主要为可再生植物类胶聚合物，此类原料经过一定的化学改性，合成为植物类胶乙醛树酯，再复合阳离子型烷基烯酮二聚体（AKD）乳液，制得植物类胶聚合物表面施胶剂。该施胶剂用于表面施胶，抗水效果良好，成本低廉，是一种新型的表面施胶剂产品，符合国家相关低碳环保的产业政策。

植物胶；表面施胶剂；烷基烯酮二聚体

1 国内市场表面施胶剂现状

当前应用于国内市场的表面施胶剂产品主要是苯丙类表面施胶剂与AKD类反应型表面施剂2种。其中，苯丙类表面施胶剂主要应用于大型纸板生产线，适合于表面平滑度较高、浆料处理洁净的大型生产线，下机后不需要反应时间、抗水效果较好；AKD类施胶剂较适合于纸页表面平滑度较差，浆料处理不到位，洁净度差的中小型生产线，但下机后需要一定的反应时间[1-3]。2类表面施胶剂在应用上都有一定的局限性，其应用性能与作用效果也都有一定的弊端，现市场上已经开始应用2类施胶剂的复合类施胶剂[4]，但在复杂多变的生产环境面前，期望的效果（施胶的即时性与高抗水性）还不能完美的体现。开发一种全新理念的表面施胶剂是造纸化工行业的迫切需求，即要求这种表面施胶剂的应用范围更为广泛，高抗水、快熟化的效果更为明显，成本更为低廉[5-6]。

本文介绍的一种新型植物类胶聚合物表面施胶剂是以天然植物类胶为主要原料，经过化学改性后，与AKD表面施胶剂复配，制得一种新型复合表面施胶剂。该表面施胶剂应用于高强瓦楞原纸时，一般下机30 min后就达到全部施胶效果的 80%以上，复卷完成后基本上能够达到其全部的抗水效果。原料来源丰富、天然环保，符合国家相关低碳环保的产业政策，成本大幅降低，具有较强的市场竞争力，值得行业推广。

2 复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂的开发

2.1 研发理论

首先引入成本低廉的植物类胶再生原料，经过改性后植物胶聚合物表面施胶剂可以达到施胶的快熟化，使纸张下机后即时形成了高抗水、受环境限制程度降低、适应性更为广范的产品。在此基础上添加、复合AKD乳液高抗水施胶剂。

植物胶改性聚合物与AKD类高抗水反应型乳液这2种产品共同应用于表面施胶淀粉的表面施胶系统，从而开发出复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂产品。经过化验室测试，此类施胶剂应用效果良好，在淀粉表面施胶系统中，其性能超过传统的苯丙类施胶剂和AKD类反应型表面施胶剂产品，且生产成本下降空间大，市场应用空间广。

对于植物胶的选择，可以备选如下品种：香豆胶、苦苈胶、皂角胶、刺槐胶、田菁胶和瓜尔胶等多种[7]。根据市场价格与其性能筛选出有价值的几种做为植物胶原料，经过阳离子改性剂制备成阳离子型植物胶后，利用乙醛树酯自制合成高憎水基产品。

2.2 工艺流程

阳离子复合表面AKD乳液施胶剂合成工艺流程如下：植物胶改性——植物胶与阳离子制剂反应——合成改性植物胶-乙醛树脂——复配AKD乳液——制得复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂。

2.3 产品稳定性

（1）将该产品放入离心机中，以4 000 r/min离心处理15 min，未见分层，产品稳定性良好。

（2）取少许产品置于100℃烘箱中，1周时间无分层破乳现象。经过抗衰老检测，此类复合施胶剂产品性能稳定。

（3）经耐久性实验，半年以内无大的品质变化，化学性能较反应型改性的AKD乳液产品保质期长。产品市场化不存在问题。

2.4 产品抗水性及成本核算

经过实验室小试与生产线中试检测，此类复合施胶剂应用效果良好，抗水性能稳定，集施胶即时性与高抗水性于一体，下机后无熟化期，基本达到纸张即时抗水要求，并且随时间推移其抗水性能进一步增强。此类施胶剂适应范围广泛，对不同地区水质、浆料结构和纸页物理性能等影响施胶性能的外在环境变化因素抵抗力强，在各类不同生产线中都能达到预期的效果，应用局限性较小。并且，此类施胶剂的生产成本为苯丙类表面施胶剂的三分之二，为AKD类表面施胶剂的一半左右，性价比较高。

3 应用性能

分别通过实验室表面施胶机小试及生产线中试，比较复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和苯丙类表面施胶剂、AKD类反应型表面施胶剂的施胶效果。

3.1 通过实验室小试比较表面施胶剂的施胶效果

3.1.1 复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和苯丙类表面施胶剂的小试施胶效果比较

实验设备为自制自动表面施胶机，表面施胶糊化淀粉浓度为8%质量分数，施胶剂用量为3 kg每吨纸，测试纸页是定量为110 g/m2的未施胶瓦楞A 4原纸。

在100℃的烘箱中烘烤一定时间后取出，平衡水分10 min后，采用Cobb值法进行测定，进行施胶效果测试。根据施胶抗水性的强弱，分别测定不同干燥时间纸张的Cobb值。

复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和苯丙类表面施胶剂小试施胶效果比较的情况见表1。

表1 复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和苯丙类表面施胶剂小试施胶效果比较

由表1可看出，植物类复合表面施胶剂无熟化期，且随时间延长抗水性能增加。在2种表面施胶剂相同用量的情况下，植物类复合表面施胶剂较传统苯丙类表面施胶剂的后期Cobb值无大的增长，其更能形成高的抗水性。

3.1.2 复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和AKD类反应型表面施胶剂的小试施胶效果比较

实验设备为自制自动表面施胶机，表面施胶糊化淀粉浓度为8%质量分数，施胶剂用量为3 kg每吨纸，测试纸页是定量为110 g/m2的漂白木浆未施胶自制抄片A 4原纸。具体实验方法同3.1.1。

复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和AKD类反应型表面施胶剂小试施胶效果比较的情况见表2。

表2 复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和AKD类反应型表面施胶剂小试施胶效果比较

由表2可看出，植物类复合表面施胶剂无熟化期，且随时间延长抗水性能增加，从根本上克服了AKD类反应型表面施胶剂熟化期长的问题。在表面施胶剂相同用量的情况下，植物类复合表面施胶剂比传统AKD表面施胶剂的施胶效果更好。

3.2 通过中试比较复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和AKD类反应型表面施胶剂的施胶效果

河北某高强瓦楞纸生产线主要以国产废纸为原料，车速为280 min/m，幅宽为3 200 mm，成纸定量为110 g/m2，环压强度达到A级要求。应用时糊化淀粉浓度为10%质量分数，复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂用量为4 kg每吨纸。

添加方式为间歇糊化罐添加，按每锅600 kg原淀粉计，氧化完成后，加入40 kg复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂，在糊化罐90℃左右环境中均匀搅拌反应10 min以后，放料应用。

复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和AKD类反应型表面施胶剂中试施胶效果比较的情况见表3。

表3 复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂和AKD类反应型表面施胶剂中试施胶效果比较

由表3可看出，通过测试，植物类复合表面施胶剂较该厂原应用的AKD类反应型表面施胶剂熟化快、效果好，解决了原厂AKD类施胶剂熟化滞后的问题。在表面施胶剂用量相同的情况下，植物类复合表面施胶剂能大幅提高纸张的抗水性。

此类中小企业由于前段时间制浆装备、水处理系统的局限，造成了纸页污染物含量较高，纸张表面平滑度较差；该厂在夏季生产的纸张由于熟化慢，下机后纸页无高的抗水性，吸收外界环境中的水分曾造成了纸页环压强度不达标的问题。

为解决问题，该厂曾经应用过苯丙类表面施胶剂，但由于当地水质碱性高及成纸平滑度等问题，苯丙类表面施胶剂效果差；当苯丙类表面施胶剂最大用量达到10 kg每吨纸时，施胶效果才有体现。虽然解决了下机熟化期的问题，但成本太高，企业难以接受。该厂应用植物类复合AKD乳液表胶剂后施胶存在的问题迎刃而解，施胶成本下降，效果明显。

4 结束语

通过以上实验，植物类复合表面施胶剂确实在生产应用过程中表现出良好的性能，其在降低生产成本的基础上，抗水性能及快熟性能兼而有之，且适用范围广泛。下一步将在大型生产线上、不同纸种的表面施胶系统中进行测试，复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂并将进一步扩大推广。在研发本产品的同时，此类技术也将在造纸化工行业内广泛推广，相关交联技术已经同时研发成形，可以推广到同类造纸化工厂家。

植物类复合表面施胶剂应用的原材料主要成分为自然界可再生绿色植物，成本低廉、资源丰富，进一步解决了造纸化工行业依赖石化资源的问题，为造纸化工行业技术开发提供了一种全新的方向，符合国家相关低碳环保的产业政策。此项技术还有很多不完善的地方，随着技术的不断进步，同类产品将成为市场认可、造纸行业欢迎的新型环保产品。

［1］杜伟民，编译.纸和纸板施胶剂的研究进展［J］.造纸化学品，2009，21（3）：34-39.

［2］陈夫山，王松林.中性施胶剂的应用现状与发展趋势［J］.造纸化学品，2010，22（增刊）：6-11.

［3］胡惠仁，徐立新，董荣业.造纸化学品［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［4］邢仁卫，彭翠翠.新型AKD表面施胶剂的制备及应用［J］.中华纸业，2010，31（20）：69-71.

［5］杜伟民，编译.表面施胶剂的技术动向［J］.造纸化学品，2011，23（5）：47-50.

［6］叶国平.国内造纸施胶剂的应用与发展趋势［J］.江苏造纸，2005（3）：41-42.

［7］杜敏，王志杰.植物胶在造纸工业中的应用［J］.纸和造纸，2003，11（6）：62-66.

R&D and Application of Cationic Compound Surface Sizing Agent of Vegetable Gum Polymer and AKD Emulsion

TIAN Cheng-jie，LI Bo-ping，LI Duan
（Tianjin Aodong Chemical Co.，Ltd.，Tianjin 300350，China）

The primary research method of a novel surface sizing agent of vegetable gum polymer was introduced in this paper.Renewable vegetable gum polymer， which was the main content of the surface sizing agent， was modified chemically to synthesize vegetable gum-acetaldehyde resin which was then mixed with cationic AKD emulsion to prepare vegetable gum polymer surface sizing agent.This novel surface sizing product could give better water-resistant property and lower cost，which was in line with related low carbon and environment-friendly national industry policy.

vegetable gum； surface sizing agent； AKD

TS727+.5

A

1007-2225（2012）04-0024-04

2012-05-15（修回）

田成杰先生（1954-），总经理；主要从事造纸化学品开发、生产和管理等工作。

李伯平先生（1969-），高级工程师；主要从事造纸化学品研发及应用；电话：022-88823089；E-mail：tjlbp@163.com。

本文文献格式：田成杰，李伯平，李端.复合阳离子植物胶聚合物与AKD乳液表面施胶剂的研发与应用[J].造纸化学品，2012，24（4）∶24-27.