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瓦楞纸生产中化学品的应用

2021年08月18日 常德机械设备网

瓦楞纸生产中化学品的应用

随着我国社会经济的不断发展和人民生活水平的不断提高,人们对包装材料的要求也越来越高,不仅要保护商品、方便运输,还要能更大幅度的提高商品附加值,这从强度、适印性、成本等各方面给瓦楞纸生产厂家提出了更高的要求,而未来瓦楞纸箱业必然朝着高强度,低定量和高印刷精美度等方向发展。

在瓦楞纸的实际生产中,要提高其质量主要有两种途径,一是提高原料性能,二是合理使用化学品。众所周知,瓦楞原纸的生产原料以回收利用的废纸为主,原料性能较差,如果从改善原料结构的角度入手,优化废纸原料或者添加优质浆料,无疑在成本上有较大压力。而通过合理的使用一些化学品,不仅成本较低,而且能显著的提高产品的性能,满足市场需求。目前瓦楞纸生产过程中使用的化学品主要有增强剂、施胶剂等几大类。

1、瓦楞纸生产中使用的增强剂

瓦楞原纸之所以能满足商品运输和包装的需求,主要得益于其特殊的结构和较好的强度性能,其中环压强度和挺度是瓦楞原纸最主要的强度性能指标。目前,基于环保和成本的要求,降低瓦楞原纸的定量是瓦楞纸箱发展的趋势,同时,为了保持甚至进一步提高产品的强度,只能通过使用一些成本较低且增强效果显著的增强剂。虽然增强剂的使用会引起纸页厚度的下降,但它不影响单根纤维的强度,而能增加纤维的结合强度和Z向强度,从而起到提高环压强度和补强的作用[1]。

目前使用的一些增强剂,在其分子中带有羟基、胺基等基团,可以与纤维的羟基形成氢键结合,提高纤维的结合强度,从而可以显著的改善瓦楞原纸的挺度和环压强度。按合成单体来分,目前使用的增强剂主要有淀粉类化学助剂、聚丙烯酰胺类增强剂、共聚乳液型增强剂等[7,8]。

1.1 淀粉类增强剂

纸用变性淀粉的品种主要有阴离子淀粉干强剂、氧化淀粉、磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉、淀粉黄原酸酯、非离子淀粉、阳离子淀粉、两性离子淀粉以及淀粉与乙烯基单体的接枝共聚物,在造纸增强剂中占有很大的比例。其中用于瓦楞原纸增强的淀粉主要有阴离子淀粉、阳离子淀粉和喷淋淀粉等[1,2]。

阴离子淀粉可有效地增加纸页的挺度,从而提高瓦楞原纸的环压强度。而使用层间喷雾淀粉,不仅能增加层间结合强度,还能提高纸板的挺度,进而提高纸板的环压强度,在全废纸的瓦楞芯纸中使用喷淋淀粉,纸页定量135g/m2,用量为3%,可提高环压强度50%左右;用量为6%,可提高环压强度67%左右。将阳离子淀粉应用于瓦楞原纸,可同时提高抗张强度和环压强度,但它对提高纸页的裂断长比环压强度更有效,将冷溶阳离子淀粉用于70%的箱纸板和30%的书刊废纸组成的瓦楞原纸浆,添加量为2.0,环压指数增加23.92%~26.97%,其使用效果与热溶阳离子淀粉相当(28.3%),但前者可常温糊化,操作方便,成本较低。

1.2 聚丙烯酰胺(PAM)类增强剂

聚丙烯酰胺是一种多功能水溶性的线性高分子聚合物。在工业生产上主要是以丙烯腈为原料经催化剂催化水合而制得丙烯酰胺单体,再将丙烯酰胺经自由基引发聚合成各种相对分子质量的聚丙烯酰胺。PAM和它的衍生物可以用作絮凝剂、增稠剂、纸张增强剂以及液体的减阻剂等[3,4]。

聚丙烯酰胺作为造纸增强剂使用时,由于纤维本身带有负电荷,且目前二次纤维的大量使用,使抄纸的湿部环境越来越恶劣,含有多种杂离子,而非离子型聚丙烯酰胺本身不带电荷,无法直接与纤维结合,其增强效果甚小,因此必须先对其进行改性,生成阴离子、阳离子或两性聚丙烯酰胺才能使用。近年来聚丙烯酰胺类增强剂的使用量逐渐增加,有逐步取代改性淀粉的趋势。

阴离子聚丙烯酰胺(APAM)用作干增强剂,必须在高浓度的硫酸铝存在下,通过Al3+的络合,静电吸引使聚丙烯酰胺分子带有的负电荷(R-COO-)与纤维带的负电荷相互桥联成配位键,形成空间网状结构,达到增强作用[1]。由于它必须在强酸性条件下抄纸,且电荷单一,易受到浆中杂离子干扰,增强效果较差,因此,目前使用不多。

阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)是一种优良的增强剂,CPAM分子结构中的阳离子基团容易吸附在带负电的纤维上,起到架桥的作用,促进纤维间的相互作用,同时,吸附到纤维上的增强剂有助于酰胺基与纤维上的羟基形成氢键,从而提高了纸张的强度。CPAM不仅有效地提高挺度和环压强度,还能有效的改善干强度性能[1,2,4]。相对于淀粉类助剂,阳离子聚丙烯酰胺更能显著地改善环压强度。

而两性聚丙烯酰胺型纸用增强剂是利用高分子链上的酰胺基(-CONH2)与纤维上的羟基(-OH)形成氢键(这种键能大于分子间的范德华力),而使纤维之间互相交织增强,达到使纸干强度提高的目的[1,2,4]。两性多元共聚型聚丙烯酰胺除了氢键作用外,高分子链上的阳离子功能团可以直接和纤维素负电荷形成离子键,而阴离子功能团则可以通过配位络合与体系中的Al3+结合,和纤维形成配位键,故通过两性多元共聚型聚丙烯酰胺的作用,可促使纤维之间形成交联网络,其用量越大时,这种交联网络就越致密,相应纸的干强度(包括裂断长,环压强度等)就越大。由于两性聚丙烯酰胺具有其独特的优点,目前已成为国内外研究的重点。

目前在瓦楞纸生产中使用的主要有阳离子聚丙烯酰胺型和两性聚丙烯酰胺型。向普通废纸浆中添加1%~1.5%的阳离子型聚丙烯酰胺增强剂,可将环压强度提高23%~30%[2]。王进等人通过自由基共聚反应合成阳离子聚丙烯酰胺,用作瓦楞原纸环压强度增强剂,结果表明,阳离子聚丙烯酰胺的分子量对瓦楞原纸的环压强度的影响较大,分子量为40万左右的阳离子聚丙烯酰胺对提高瓦楞原纸的环压强度和抗张强度最佳,而且其增强效果随着用量的增加而增大,向回收箱纸板浆中添加0.6%的共聚物可将瓦楞原纸的环压强度提高22.1%。而对于两性聚丙烯酰胺型也有较多的相关研究,国内彭晓宏、沈家瑞合成了聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵-CO-丙烯酰胺-CO-丙烯酸)两性纸张增强剂,经实验验证,加入纸浆中后,成纸的干强度和撕裂度都有明显提高。四川邦贝化学公司生产的合成改性聚酰胺树脂(BNP-III-2),属两性复合离子型,它含有大量的羟基、酰胺基和羧基等活性基团,在用90%普通废纸浆和10%牛皮箱纸板浆生产160g/m2瓦楞原纸时,添加1%的BNP-III-2,环压指数可全部达C级标准,节省了成本[1]。陈港等人比较了阳离子淀粉、两性淀粉、PAM等造纸助剂在瓦楞原纸抄造中的增强效果,发现对纸页环压强度提高最为有效的是阳离子PAM,其余依次为两性PAM、阳离子淀粉、两性淀粉和阴离子PAM,但随着用量的增加,阳离子淀粉的使用效果较阳离子PAM更好,综合考虑成本,使用阳离子淀粉更有利。

1.3 共聚乳液型增强剂

共聚乳液型增强剂是一类新型高效的造纸施胶剂,它采用多种功能单体在一定条件下聚合而成。根据使用要求,可以在高分子链上引入阳离子或阴离子单体,相应地制成阳离子型乳液聚合物或阴离子型乳液聚合物,它们可以单独使用,也可与其它助剂复配使用。目前,通过添加这类助剂增加瓦楞原纸的环压强度的研究比较多[1,2,4]。

造纸用阳离子乳液型增强剂一般是苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯酰胺、季铵盐的共聚物。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铵为原料,通过无皂乳液聚合制备阳离子共聚物(PMAA)乳液,添加到草浆中,用量为0.75%~1.25%(对绝干浆)时,环压强度指数提高37.1%~41.6%,抗张强度和耐破度分别增加30%、100%左右[1]。

而阴离子乳液中聚醋酸乙烯酯的应用效果较好。聚醋酸乙烯酯对瓦楞原纸的环压强度具有较好的增强作用。将其加入以草浆或废纸浆为原料的瓦楞原纸中,分子间交织形成一种网络结构,如同在纸内加入分子水平的“钢筋”,可将纸张中的纤维更好地联结在一起,形状更加固定。它能在提高成纸的戳穿强度和耐破强度等物理指标的同时,增加环压强度。相关资料显示:醋酸乙烯酯对废纸浆瓦楞原纸的增强效果更明显,可使其环压强度提高20%~130%。增强后的瓦楞原纸可以达到或超过目前用于出口包装纸箱的高强度瓦楞原纸的某些物理指标。

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