AKD技术资料
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AKD施胶剂的假施胶及其防治现在,随着AKD(烷基烯酮二聚体)施胶技术的日益成熟和A K D价格的降低,A K D 施胶剂和以AKD为主要成分的中性施胶剂在纸和纸板的抄造中得到广泛应用。
采用中性施胶,可以在保证纸页强度的前提下较大幅度提高纸张灰分,降低抄造成本;可以有效减缓纸张返黄,改善纸张品质;可以保持纸机系统清洁,减少对机械设备的腐蚀;使纸机采用白水封闭循环成为可能,起到了良好的环保效益等。
采用AKD施胶有很多优点,但如果使用不当或系统条件发生变化,在生产率也会出现一些问题,造成产品施胶度不够或AKD施胶剂用量增大而使得成本增加,更有甚者出现“假施胶”现象。
所谓“假施胶”是指刚抄造出来的纸张经测定具有施胶效果,但放置一段时间后达不到预期的施胶效果或完全失去施胶性能。
AKD是一种反应型施胶剂,抄造出来的纸或纸板下机后要放置一段时间,经过熟化才能达到最佳的施胶效果,这段时间为3~5天,所以如果出现假施胶的现象,将带来很大的损失,所以在生产上应加强管理,特别是对一些会引起假施胶的条件进行严格检测和控制,以免出现假施胶,影响AKD施胶的因素非常多,而且随着工厂生产条件和工艺结构的不同,AKD施胶更是存在着较大的差异,本文结合造纸生产的实际,对影响AKD施胶的几个主要因素进行了分析。
1 AKD施胶机理AKD属纤维反应型合成施胶剂,在中、碱性条件下,反应性官能团能够和纤维素上的羟基发生反应,形成共价键结合而固着在纤维上,在纤维表面形成一层稳定的薄膜,使纤维由亲水性变为疏水性,从而使纸页获得抗水性。
AKD虽然具有能够直接和纤维素羟基反应的官能团,但在纸机湿部二者基本不发生反应。
AKD乳液加入浆料中以后,施胶剂粒子仅仅只是分散在浆料体系中,多个施胶剂粒能够形成比较大的附聚团,这些附聚团和单个的施胶剂粒子吸附在细小纤维、填料和纤维表面,上网后随着这些细料的留着而留着在湿纸页中,此时AKD只是以静电吸附和游离形式存在,它和纤维素之间的共价键还没有形成。
1、引言造纸工业由酸性抄造转向碱性抄造已成为不可逆转的必然趋势,这一转向最根本的变革,是施胶剂由传统的松香皂胶改变为中碱性施胶剂。
AKD(烷基烯酮二聚体的简称)是中碱性施胶剂中热胶性能最优良的一个品种,它以乳液形式可直接用于纸厂,进行浆内施胶,它能赋予纸张优越的杭水或抗酸、碱溶液渗透能力,也可赋予纸板抗边缘渗透的能力,同时,大大改善纸张的物理性能,全木浆的品种特别是以麦草浆为主的中高档纸种,使用AKD之后,综合成本下降、污水减轻、产品升高为优质档次、社会效益、经济效益等综合提高200一400元/吨。
经好多厂家使用我厂的AKD施胶剂后使产品更上一层楼,并得到广大用户的赞誉,达到了高档纸的质量水平。
自投放市场以来,已先后在江苏、河南、山东、安徽、广东、陕西等地几十家纸厂用于生产静电复印纸、双胶纸、铜版原纸、无碳复写纸、档案纸、照相原纸、水松原纸、邮票原纸、餐饮纸等纸种,得到了用户的好评,宏光牌AKD乳液产品质量及使用效果优于国内同类产品,与国外产品质量相当,完全可以替代进口产品。
成武县宏光化工有限公司生产的宏光牌AKD乳液随时为您的需求提供全方位优质服务。
2、产品性能及质量标准2.1 AKD乳液的有效成份为烷基烯酮二聚体,其结构式为(R、R'为C14H29或C16H33)2.2 AKD乳液为水包油型,可以用水稀释而不分层。
2.3 AKD乳液质量标准 2.4 AKD乳液的包装及贮存包装:净重200公斤塑料捅或1000公斤塑料方捅。
贮存:贮存温度以5-25℃为宜,贮存时间为二个月。
3、产品的优越性使用AKD乳液作为施胶剂后,使造纸工艺由酸性造纸转变为技术先进的碱性造纸。
3.1碱性造纸的特点:①施胶剂由松香皂胶改为施胶性能良好的AKD乳液。
②填料由滑石粉改为白度高、光散射性能好、价廉的碳酸钙。
③定着剂由矾土(硫酸铝)改为不用定着剂而用助留剂阳离子淀粉和聚丙烯酞胺(PAM)组成的双元助留系统,使首程留着率提高至75%以上。
摘要:A K D主要用作造纸的施胶剂,赋予纸张抗水性。
而A K D因施胶熟化速度慢、易水解,限制了其进一步的扩大应用。
本文综述近年来对A K D乳化工艺及自身性质的改进优化,增效/熟化剂的研发更新,使其更有利于在造纸上施胶应用。
同时利用AKD改性用于纺织拒水剂、建筑涂料、水煤浆、环保木塑材料、纳米纤维素晶体材料等,提高性能,满足使用要求,也是AKD应用发展的趋势,具有一定的指导意义。
关键词:AKD;乳液制备;施胶增效;拒水剂;水煤浆;CNCsAbst ract: A K D is mai n ly u sed as t he si zi ng agent for papermaking, improving paper’s water-resistance performance. However, the slow curing rate and easy hydrolysis of AKD sizing limited its further application. This paper reviews the recent improvement and optimization of AKD emulsification process and its own properties, and the development and update of synergism and curing agent, which makes it more conducive to the sizing process. Meanwhile, AKD is also modified to be used in textile water repellent, architectural coatings, coal water slurry, WPC, CNCs, etc. It’s also the trend of AKD application to meet the requirements of various fields through performance upgrading, which also guides the future development of AKD application.Key words: AKD; emulsion preparation; sizing synergism; water repellent; coal water slurry; CNCsAKD施胶技术进展及应用领域的开拓⊙ 张玉娟*周岳民(潍坊明阳化工有限公司,山东潍坊 261000)Development of AKD sizing technology and its extension in application fields⊙ ZHANG Yu-juan*, ZHOU Yue-min(Weifang Greatland Chemicals Co., Ltd., Weifang 261000, Shandong, China)中图分类号:TS727+.5文献标志码:A 文章编号:1007-9211(2020)20-0012-04张玉娟 女士工程师;从事造纸化学品外贸工作。
AKD如何施胶剂的技术施胶是造纸的重要工艺过程之一,通过施胶可赋予纸和纸板一定的抗液性,防止或延缓某些液体对纸页纤维的渗透和扩散,以满足人们的加工和使用要求。
随着施胶剂和其应用技术的不断发展,人们在利用化学合成的方法开发新的高效施胶剂上取得了历史性突破,开发出新型施胶剂AKD,这种可同纤维素应的施胶剂可在中/碱性条件下施胶,可用CaCO3作填料,满足了某些特种纸和高档纸的要求,因而得到了迅速发展。
1AKD施胶机理AKD是英文AlkylKeteneDimer的缩写,其成分为烷基烯酮二聚体,AKD和其它施胶剂一样也有疏水和亲水两种基团,在施胶过程中都有留着,均匀分布,转向定位与纤维素成键结合的过程。
不同的是,加到纸料中的AKD乳液粒子由于自身带正电荷,并借助阳离子淀粉和PAM等助留剂的作用留着在带负电荷的湿纸纤维之间;在纸机的压榨和干燥过程中,这些球状的AKD粒子,由于熔点低,很易在纤维表面扩展分布,形成均匀的覆盖膜﹔在随后的纸页进一步干燥和下机贮存的一段时间,AKD分子上的活性基(内酯环)在适宜的条件下和纤维素上的羟基发生酯化反应,以牢固的共价键形式结合在纤维素大分子上,疏水的长链烷基转向纸面,从而使纸页获得一定的抗液体渗透和扩散的性能。
作为AKD胶乳的使用,要获得满意的施胶效果,使胶料留着在湿纸页中是关键,首程留着率要控制在75%-85%以上,其次是要提供使AKD与纤维形成共价键结合的条件。
2AKD胶乳使用前的检测AKD胶乳的质量主要取决于AKD蜡的质量,取决于乳化剂,乳化工艺和设备及存放的时间和条件。
为保证抄纸生产的正常进行,在使用前还可用下述简便的方法了解乳液的质量情况。
2.11000ml量桶装满水,滴入一滴AKD乳液,观察其在量桶中的分散情况,如液滴在量桶中缓慢下沉并逐渐扩散,最后均匀地分散在水中,说明这种乳液质量较好(分散得越快,质量越好),如果乳液不分散或分散成几块直线下沉至桶底或上浮,表明该乳液已严重变质。
中性胶AKD使用说明
1、AKD烷基烯酮二聚体,是一种反应型施胶剂。
结构特点是拥
有长碳憎液性能的官能团,既是起施胶作用的基团;拥有能与纤维素键结合的反应基,即羰基或酐基、能与纤维素发生作用,形成酮基,能取得较好施胶效果。
2、AKD虽属于中性施胶剂,但在PH=7.5~8.5时效果最好,
PH值超过8.5施胶效果反而下降,即熟化时间短;碱度对施胶也有较大影响,总碱度在150—250mg/l为佳,可提高施胶效率和熟化速率。
但AKD本身保留率较低,要借助于驻留剂(变性淀粉、阳离子淀粉)。
3、AKD目前所用的固含量为15%,贮存应放于阴凉地方,不
宜太阳直晒,否则会水解,其保存期只有一个月时间。
4、影响AKD施胶效果的添家药品:消泡剂、毛布清洗剂、阴
离子染料等。
明矾和AKD添加点应最好分开并且避免过多加入。
明矾用于碱性施胶目的是中和干扰物质而改变AKD 施胶条件。
5、AKD使用于重施胶的纸,由于AKD需要一定的熟化时
间,特别是下机放置24h效果更佳,一般档案纸及液体包装纸使用AKD施胶,所以不必担心吸水性的变化。
6、AKD的加入量为8~11kg/T纸,但需要较好的保留剂进行
保留,染料使用量会下降,加入太多成纸做成纸箱后会打
滑,所以生产中注意不是加入量越大越好。
7、实验室测试以下机时取样在105℃时烘5-8min,测吸水性
为标准。
A K D技术资料标准化文件发布号:(9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-AKD中性施胶剂1、AKD化学名:烷基烯酮二聚体。
AKD中性施胶剂属于反应型施胶剂,需要在水分较少、温度较高时与纤维发生化学反应,才能起到抗水作用。
结构式:R-CH=C-CH-R’| |O- C=0(R,R’为C14-C18烷烃)R-CH2-C-CH-R’ R-CH2-C-CH2-R’|| | ||OC=O O|O-纤维(水解产物)用于AKD施胶剂合成的硬脂酸一般选择C14到C18,碳链越长,则熔点越高,施胶效果越好,但乳化越困难;反之,则熔点越低,施胶效果差,容易乳化,乳液稳定性差。
如果以50%硬脂酸与50%棕榈酸为原料合成AKD,则乳化性与施胶效果较为平衡。
(棕榈酸为十六烷酸,属软脂酸,熔点为℃),现在多以硬脂酸为原料制备AKD,一般为1840硬脂酸(即C18含量为40%)。
2、技术指标外观:乳白色液体固含量:(15 ±)%pH 值:~粘度:≤ 20 mPa ·s(25 ℃)分散性:冷水中易分散离子性:阳离子保质期:30天(5 ~30 ℃)①固含量的测定方法及注意事项与PPE湿强剂相同。
②pH值测定方法与PPE湿强剂相同,如果发生水解,乳液的pH值会有所升高,且不能与碱性物质混合,以免破坏内酯环的稳定,AKD施胶剂发生水解。
③AKD施胶剂粘度较小,一般使用乌氏粘度计测定,但目前有的企业使用转子粘度计测定(0#转子),不同型号的粘度计测定值可能存在差异。
粘度较大,AKD乳液保质期较短。
如果乳液的粘度出现明显增加,则说明AKD乳液已经发生水解,水解物棕榈酮粘性较大,所以粘度增大。
④正常AKD乳液分散性较好,分散性与乳液本身粘度有一定关系,所以如果AKD乳液发生水解,粘度增大,则分散性会降低。
⑤AKD乳液的保质期与存储环境、生产工艺有关。
环境温度过高过低,保质期都会缩短,所以储存环境应避免高温、暴晒,保持阴凉通风。
生产时乳化剂的不同、剪切均质、粒径分布、粘度、pH值等,都会影响到乳液的储存稳定性。
一般AKD乳液的储存期在1~2个月,较长的可达6~12个月。
⑥AKD乳液水解表现:pH值升高;粘度增大,或者包装桶内上中下液位的粘度不同(上高下低);包装桶因产生二氧化碳而发胀,液面有气泡;乳液出现分层,粒径增大,较轻时会有颗粒、挂壁现象,严重时直接呈豆腐花状漂浮物;在水中的分散性明显降低。
3、施胶机理AKD粒子加入到浆料中,乳液粒子与纤维发生电荷吸附,在干燥时随着温度升高、水分减少,AKD上的内酯环与纤维上的羟基发生酯化反应,形成共价键结合而固着在纤维上,在纤维表面形成一层稳定的薄膜,疏水性的碳链向外,使纤维由亲水性变为疏水性,从而使纸页获得抗水性。
施胶过程为:①留着—纸机湿部需要加入阳离子助留剂,提高AKD的留着,在生产中,一般可以通过提高系统留着率来提高AKD在系统中的性能。
②分布—在干燥过程中,加热使AKD粒子在纤维表面分布和扩展。
定向和固着—在纸张干燥和存放过程中,AKD的内酯环与纤维素羟基发生酯化反应,定向和固着在纤维上,完成施胶作用。
4、添加方法一般采用计量泵连续添加的方式,在冲浆泵至压力筛之间加入,同时配合阳离子淀粉和聚丙烯酰胺使用,效果更佳。
如果是小型纸机,没有合适的添加点,需要在浆池内加入时,需要稀释后再加入,但在浆池内添加时,AKD水解较多,施胶效果有所下降。
稀释后连续添加也会因AKD乳液pH值升高,内酯环活性增强,与水分子发生反应,产生水解。
稀释后的乳液尽量在8个小时内用完,在浆池内混合的浆料最好不超过4个小时。
加入AKD至抄片间隔时间 h Cobb值 (g/㎡)02321252627323334加入顺序一般为:阳离子淀粉(或硫酸铝)—AKD—聚丙烯酰胺。
阳离子淀粉(硫酸铝)可作为系统清洁剂,为AKD粒子与纤维结合创造更多条件,聚丙烯酰胺起到助留作用,提高AKD粒子的施胶性能。
实验室小试时,使用硫酸盐未漂针叶木浆(叩解度16o SR,湿重),加入4kg/t纸AKD乳液,未加助留剂,施胶度为0,加入t纸助留剂后,施胶度为40g/㎡左右。
说明助留剂对AKD施胶的作用非常明显。
根据不同纸种,一般参考用量为每吨纸8 ~ 15kg。
5、AKD施胶的优点适宜中碱性抄纸,设备腐蚀小,纸品储存期长。
传统的酸性抄纸pH值较低,设备腐蚀严重,加入大量硫酸铝后,纸质发脆,保存期较短,且纸张容易返黄。
加入松香施胶剂,系统泡沫多,对纸机抄造较困难。
使用AKD 施胶,纸张强度好、柔软性好、白度和不透明度高、耐久性及印刷性好,纸张保存期是酸性纸张的6~10倍。
适宜各种体系,并可单独使用。
对各种原材料体系较为适应,几乎可以应用于所有浆种。
自身留着性较好,可以不用借助定着剂就能与纤维结合,而松香施胶剂则必须借助硫酸铝才能在纤维上定着。
如果抄造环境较差,尤其使用二次纤维原料,系统封闭循环,化学品加入种类较多,此时可以加入少量阴离子垃圾捕捉剂(阳离子物质,如硫酸铝、聚铝或其他中等电荷密度物质),可对系统进行预处理,为AKD粒子与纤维结合创造条件。
减少污染物排放。
使用中性抄纸,水中的离子浓度减少,使白水回用比例可大幅增加,白水系统也更利于封闭循环。
对环保排放的压力将减小,还可以降低抄造成本。
降低制造能耗。
获得同样叩解度,在中碱性体系下打浆的能耗比酸性体系下打浆的能耗少20~30%,因为纤维在碱性条件下,更容易吸水润胀,打浆时更有利于分丝帚化。
中碱性抄纸,不用添加或少量添加硫酸铝,对网毯的堵塞也大为减少,对滤水、清洗以及网毯寿命都有改善。
湿部脱水改善,纸页容易干燥,蒸汽用量降低,从而降低生产成本。
可使用碳酸钙填料,降低生产成本。
使用碳酸钙最为填料,可提高纸张白度及不透明度。
而酸性施胶不能使用碳酸钙,只能使用价格较高的滑石粉作为填料,而滑石粉的白度及遮盖性比碳酸钙要差。
酸性施胶时不能添加碳酸钙,因为碳酸钙会与松香酸反应生成松香酸钙沉淀,产生粘性,反应过程中放出大量二氧化碳气体,使整个抄造系统产生大量稳定的泡沫,对系统带来抄造困难。
减少增白剂用量。
荧光增白剂在中性条件下不易返黄,不仅能提高纸张白度,还能减少增白剂的用量。
施胶成本降低。
虽然松香施胶剂用量较少,但价格较高,再加上硫酸铝的成本,整个施胶成本远远高于AKD施胶成本。
目前只有少数特殊用途纸种或工艺要求必须采用松香施胶的会用到松香施胶剂,其余大部分都已转为AKD中性施胶。
6、AKD施胶的缺点有熟化期,一般需要12~24h才能完全熟化。
AKD施胶剂具有热固性(熟化期),此特点与PPE湿强剂比较相似。
AKD施胶剂的熟化与抄造条件及储存条件有较大关系。
干燥温度较高有利于AKD的熟化,温度越高,纸页水分蒸发越快,AKD 粒子熔化与纤维酯化反应的就越好,纤维抗水性也就越好。
在不影响纸张强度的情况下,可将干燥部前烘缸温度提高,使纸页水分蒸发的速度加快,降低AKD粒子的水解程度。
干燥时尽快除去纸页中的水分,可使AKD粒子与纤维上的羟基尽快发生酯化反应,使纸张具有抗水性。
纸页水分较高,尤其是储存时纸页水分较高,或者环境湿度较大,纸张易吸潮,会使纸页中与纤维反应的AKD内酯环与活性更强的水分子发生反应,从而使AKD水解失去抗水性。
所以使用AKD施胶剂的纸张在干燥时需要尽快脱水,成纸水分尽量走下限,且储存环境的湿度不能太高(70%以下)。
在南方梅雨季节,使用AKD施胶经常会遇到施胶度下降,施胶剂用量增大的情况,主要就是空气中湿度较大(90%以上),纸页中的AKD发生水解,施胶度下降较快。
使用海运运输纸张时,也会遇到此类现象。
纸机车速越快,则干燥温度要求越高,纸张水分蒸发的越快,且纸卷内部的温度损失也就越少,纸卷内的温度较高,对AKD的熟化有很大帮助。
车速较快的纸机,通常复卷之后就能达到完全熟化。
相反,纸机速度较慢,在卷取时干纸页的温度大量损失,卷纸后AKD粒子与纤维的反应速度也较慢,也就是熟化慢,而且还可能产生更多的AKD水解。
产品易水解,水解物较难处理。
AKD粒子不稳定,在生产、储存及使用过程中,随时都在发生水解,因AKD内酯环在中碱性下活性较强,所以AKD 施胶剂必须保存在酸性条件下,以减缓AKD与水分子反应(水解)。
AKD 水解物是没有施胶作用的棕榈酮,该物质粘性较强,水解物絮聚后会对网毯、烘缸产生沾污,抄造困难,产生纸病。
在生产白纸时,AKD水解物容易吸附染料,使纸张表面产生色点或色斑等纸病。
存在施胶逆转、假施胶现象。
施胶逆转就是纸页刚开始有抗水性,但经过一段时间后,纸页的抗水性出现下降或者完全消失的现象。
AKD粒子没有与纤维素发生有效反应或者没有反应,在熟化过程中,各种影响因素都有可能导致与纤维素结合不牢固的AKD粒子或没有反应的粒子与水分子发生反应,产生水解,造成施胶逆转或假施胶。
当系统的pH值逐渐升高时,AKD的反应速度加快,施胶效果会逐步增加,同时水解速度也不断加快。
一般生产上控制在~之间,成纸的pH值较高,如果水分也较高,就会导致其中的AKD粒子发生水解,从而产生施胶逆转。
干燥温度不够高,湿纸页浸入干燥后不能尽快降低纸页水分,使得AKD 粒子与纤维素羟基的酯化反应速度较慢,没能形成有效的结合。
在生产和存储过程中,则会有大量的AKD粒子与水分子发生水解反应,从而降低施胶度,形成施胶逆转。
此时需要将烘缸温度适当提高,以加快湿纸页脱除水分,加快AKD粒子与纤维素羟基的有效反应。
纸页水分较高,也容易造成施胶逆转。
在湿部,AKD粒子与纤维素发生静电吸附,干燥脱除水分后,粒子与纤维素羟基才能发生酯化反应。
如果纸页水分较高,则只有一部分AKD粒子与纤维素羟基最终发生反应,另一部分以静电吸附或者以游离状态存在的AKD粒子则慢慢发生水解,湿纸页施胶度降低。
所以AKD施胶,必须尽快降低纸页中的水分,使AKD粒子发生有效反应。
尤其在抄造定量较高、层数较多的纸种时更容易发生。
填料游离碱含量较高,会加速AKD粒子的水解。
填料的比表面积较小,对AKD粒子的吸附强于纤维,使得大量AKD粒子存在于填料表面(尤其沉淀碳酸钙),在纸页干燥或熟化过程中,AKD粒子熔化后会进入到填料的毛细孔里,使得与纤维素上羟基发生反应的AKD粒子减少,从而降低施胶度。
且填料的留着性较差,还会造成一定数量的AKD流失。
填料液在制备及储存过程中,都会产生游离碱,且放置时间越长,游离碱越多,游离碱会加快AKD粒子内酯环的反应速度,同时也加快了与水分子的水解反应。
所以填料的放置时间不宜过长,应尽快使用。
AKD施胶剂的用量不够也会引起施胶逆转,AKD施胶效果,与AKD粒子熔化后对纤维表面的铺展程度直接相关,如果没有完全覆盖或者刚好覆盖,在部分AKD粒子发生水解时就会出现施胶度下降。