箱紙板生產用水高度循環對AKD施膠的影響

盧玉棟 曾祥庚 陳少平 翁景崢 吳宗華

（福建師范大學化學與材料學院，福建福州，350007）

隨著我國造紙廢水排放新標準的實施，造紙企業面臨更嚴格的廢水廢渣排放限制。采用清潔生產工藝、提高造紙用水循環使用率是造紙企業解決廢水處理和回收利用的有效途徑之一［1］。造紙用水高度循環后抄紙用水中溶解有機物、電解質和有害物質等積累增加，嚴重影響造紙施膠劑等濕部化學品的作用效果，如某箱紙板廠紙機白水的CODCr和電導率分別高達3190mg/L和3400μS/cm，嚴重影響了烷基烯酮二聚體（AKD）的施膠效果［2］。筆者研究了抄紙用水循環使用對AKD施膠效果的影響，并提出了改善AKD施膠效果的措施。

1 實驗

1.1 主要原料

AKD乳液，工業品，固含量13.2％；聚胺復合物，自制；廢紙漿，由廢紙箱制得，40°SR；收集制漿廢水，將其與自來水混合配制COD不同的模擬抄紙用水；用m（Na2SO4）∶m（NaCl）∶m（CaCl2）=1∶1∶1的電解質混合物和自來水配制電導率不同的抄紙用水；工廠用水取自廈門市廈戎聯合造紙廠的抄紙系統。

1.2 箱紙板生產用水循環的模擬

用自來水將廢紙漿配成w（廢紙漿）=0.5％的漿料，在高速攪拌機中疏解30s；在100r/min攪拌下加入w（AKD）=0.1％的AKD乳液，用ZQJ-B型紙樣抄取器抄造手抄片，經壓榨、105℃干燥10min后得到定量為120g/m2的手抄片。用同樣方法反復多次抄紙，收集足量抄紙廢水（稱為1次循環水），完成抄紙用水的第1次循環。同樣用1次循環水抄紙，得到手抄片和2次循環水。用類推方法得到其他循環次數的抄紙用水。

1.3 AKD施膠

根據實驗設計，用事先配制的COD或電導率不同的抄紙用水將廢紙漿配成w（廢紙漿）=0.5％的漿料，在高速攪拌機中疏解30s；在100r/min攪拌下間隔2min依次加入AKD和聚胺復合物（必要時），一定時間后，用配制的抄紙用水稀釋，并用抽濾漏斗抄片；壓榨后于105℃下干燥10min或60min，得到定量為120g/m2的手抄片。

將干燥10min的紙樣置于燒杯，加入過量的氯仿；將燒杯至于超聲波洗滌器中振蕩提取4h后取出紙樣，置于通風櫥風干，然后105℃干燥10min或60min。紙樣的施膠度按GB5405—2002規定的液體滲透法測定。

1.4 抄紙用水水質的測定

廢水COD按GB11914—89規定的重鉻酸鹽法測定；廢水陰離子度用膠體滴定法測定［3］。

2 結果與討論

2.1 抄紙用水循環對水質的影響

為了研究箱紙板生產用水在循環過程中水質的變化，在實驗室用抄紙用水循環使用的模擬方法考察了抄紙用水循環次數與水質的關系（見表1）。由表1可知，抄紙用水每次循環使用后其電導率、濁度、COD和陰離子度等都不同程度增大，前3次循環中這些水質參數增幅大，后3次循環中水質參數增幅趨緩。表1的工廠用水取自某廠廢水零排放造紙系統的流漿箱，該系統的水已循環使用8個月。實驗室循環使用6次的抄紙用水與工廠用水相比，其電導率和CODCr約為工廠用水的1/30、陰離子度約為1/10、濁度約為1/3。這些結果表明，造紙用水經高度循環使用后，其電解質、COD和陰離子有機物等都嚴重積累。

表1 實驗室抄紙用水循環次數與水質的關系

2.2 COD對AKD施膠的影響

根據2.1的實驗結果，用廢紙箱制漿的廢水與自來水配制了COD不同的抄紙用水，以考察COD積累對AKD施膠的影響，結果如圖1和圖2所示。由于標準抄紙器的濾網孔較小，用COD高或電解質濃度大的抄紙用水抄紙時濾水速率很慢，實驗難以進行。為此，在后續抄紙中均采用漏斗抽濾法進行抄紙，濾網為60目。由圖1可知，當AKD用量（對絕干漿，下同）0.3％時，隨抄紙用水的CODCr從0（自來水）增至393mg/L時，施膠度從356s降低至119s，其后繼續增大CODCr至766mg/L，施膠度的降幅趨緩。抄紙用水的COD主要源于微細纖維和膠體物質等［4］，AKD粒子更容易吸附在這些比表面積和表面電荷密度大的微粒上。微粒在抄紙時易進入白水，導致留著在紙張中的AKD粒子減少，施膠效果隨之降低。

固定抄紙用水的CODCr為393mg/L，AKD用量與施膠度的關系如圖2所示。用自來水抄紙時，隨AKD用量的增加，施膠度也迅速增大；當AKD用量為0.4％時，施膠度達到最大值。用含COD的抄紙用水抄紙時，紙樣的施膠度也隨AKD用量增加而增大，但在同一AKD用量下其施膠度都比用自來水的小很多。圖2所示的結果與工廠實際操作的結果一致，即生產用水高度循環后通過增加AKD用量來達到所需的施膠度，但這易加重毛布污損、增多白水泡沫等。

2.3 電解質對AKD施膠的影響

抄紙用水中電解質對AKD施膠的影響如圖3和圖4所示。隨抄紙用水的電導率增大至1000μS/cm，紙樣施膠度由356s迅速降至279s；但繼續增大電導率至4000μS/cm，施膠度降幅較小。比較圖1和圖3可知，抄紙用水中COD對AKD施膠的影響比電導率的大。抄紙用水的電導率與其電解質濃度成正比關系。電解質濃度增大將減小AKD膠粒雙電層的厚度，導致膠粒穩定性降低，施膠效果下降［5］；但電解質濃度超過一定值后，繼續增大電解質濃度對膠粒雙電層作用小。從圖4可看出，在固定抄紙用水電導率為1000μS/cm時，紙樣施膠度隨AKD用量的增加而增大。

2.4 聚胺復合物的作用

基于對上述實驗結果的分析，可通過提高漿料中微細纖維等微粒的留著率和改變AKD膠粒結構等途徑來改善AKD在箱紙板生產用水高度循環系統中的施膠效果。聚胺復合物對AKD施膠的影響見表2。由表2可見，在抄紙用水的CODCr和電導率分別為393mg/L和600μS/cm的條件下，通過添加w（聚胺復合物）=0.1％的高電荷密度聚胺復合物，干燥10min和60min后AKD施膠紙樣的施膠度分別由空白樣的6s和11s提高到8s和33s，抄紙廢水的濁度和陰離子度也分別從空白樣的48NTU和0.1198mmol/L下降到41NTU和0.0773mmol/L。這些結果表明，聚胺復合物的作用之一是提高微細纖維等微粒在紙張中的留著，同時也增加了優先吸附在微細纖維等微粒上的AKD膠粒在紙張中的留著，進而提高了紙張施膠度。這與前期研究結果一致［6］，但聚胺復合物的作用大于聚胺。

表2 聚胺復合物對AKD施膠的影響

為了進一步考察聚胺復合物的作用，用氯仿提取干燥10min的施膠紙樣，以去除紙中未與纖維素反應的AKD［7］。表2結果表明，氯仿提取后添加聚胺復合物，紙樣的施膠度（11s）僅略大于空白樣的施膠度（10s），且干燥60min也末能提高紙樣施膠度。這些結果意味著聚胺復合物并沒有促進AKD與植物纖維的反應，僅是增加了AKD的留著。未用氯仿提取的紙樣干燥60min后添加聚胺復合物，紙樣的施膠度（33s）遠大于空白樣的施膠度（11s）。

本研究的結果還表明，用陽離子苯丙共聚物乳液作AKD的乳化劑可改變AKD膠粒的結構，大幅提高AKD對電解質的適應性，但詳細的實驗結果未列入文中。

3 結論

3.1 實驗室抄紙用水每次循環使用后其電導率、濁度、COD和陰離子度等都有不同程度的增加；實驗室循環使用6次的抄紙用水與循環使用8個月的工廠用水相比，其電導率和CODCr約為工廠用水的1/30、陰離子度約為1/10。

3.2 抄紙用水COD的增加使AKD施膠效果迅速降低，這可能是因為AKD粒子易吸附在比表面積和表面電荷密度大的微粒上，進而使留著在紙張中的AKD粒子減少所致。

3.3 抄紙用水電導率增大也會影響AKD的施膠效果，但其影響不如COD的影響顯著。

3.4 通過添加高電荷密度聚胺復合物可大幅提高AKD的施膠效果。聚胺復合物的作用之一是提高微細纖維等微粒的留著和降低抄紙用水的陰離子度。

［1］徐 明，曹春昱.OCC制漿造紙過程水封閉循環的模擬研究［J］.中國造紙，2007，26（11）：5.

［2］曾祥庚，翁景崢，盧玉棟，等.抄紙廢水高度封閉系統中箱紙板AKD施膠［J］.華東紙業，2010，41（5）：75.

［3］Tanaka H，Ichiura H.A novel and simple method for determining the cationic demand of suspensions using chromophiric labeled cationic polymers［J］.Colloid and Surface A，1999，159：103.

［4］馬興東，周景輝，毛景博.陰離子垃圾捕集劑在AKD施膠中的應用［J］.中國造紙學報，2005，20（1）：130.

［5］Urushibata H.Development of sizing agent for neutral or alkaline papermaking［J］.紙パ技協志，1987，41（6）：15.

［6］曾祥庚，翁景崢，陳躍良，等.零排放箱紙板造紙系統中聚胺對AKD施膠的作用［J］.中華紙業，2010，31（20）：31.

［7］Kondo N，Makino S.Neutral/alkaline papermaking system by using specialized cationic polymers［J］.紙パ技協志，1993，47（2）：56.