包裝紙機烘缸部膠粘物的測定及分析

馬玉平,王恒印（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,江蘇　蘇州　215000）

包裝紙機烘缸部膠粘物的測定及分析

馬玉平,王恒印
（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,江蘇蘇州215000）

摘要：隨著二次纖維用量的增加及原料質量的下降，在其生產過程中出現了比較嚴重的膠粘物障礙問題，特別是在紙機烘缸部經常出現粘缸問題，嚴重影響了紙機的連續生產。本研究以二次纖維生產包裝紙烘缸部膠粘物為研究對象，采用有機溶劑抽提法對其進行分離，并結合儀器分析的方法對分離物進行定量測定與定性分析，以明確其主要成分，為全面了解包裝紙生產當中的膠粘物障礙問題及針對性的控制研究提供實驗依據。實驗結果與分析表明：膠粘性沉積物中含有大量的有機物及少量的無機物，分別占沉積物總重量的94%和6%左右；總溶劑抽出物含量約為45.7%左右，不可抽提物含量約為54.3%左右；有機物主要來自于植物纖維、聚醋酸酯類膠粘劑、聚乙烯醇類物質和苯環結構類物質等，無機物主要以來自于無機填料、施膠沉淀劑和涂料乳液中的顏料等物質中的鈣、鎂、硅、鋁為主。

關鍵詞：二次纖維；膠粘物；定量測定；定性分析

0　引言

近年來，隨著包裝造紙過程中廢紙用量的增加，膠粘物的障礙問題也就變得越來越嚴重，如何有效地檢測并控制膠粘物問題也越來越受到人們的廣泛重視。本研究就以回收纖維生產包裝紙烘缸部膠粘物為研究對象，采用有機溶劑抽提結合儀器分析的方法對其進行分離與分析，旨在明確其主要成分及其含量，為找到合理有效地控制手段提供理論依據。

1　膠粘物的測定及分析方法

1.1檢測方法

INGEDE法、RMD濕試樣法(測定OCC中的膠粘物)、FTIR(傅立葉變換紅外光譜去擺動法)、USPS方法。

1.2定量測定法

抽提法、密度法、手抄片檢測法、篩選法、重量分析法、在線光學法、溫度自記分析法。

1.3定性分析法

定性分析法是通過一定的分析手段來了解膠粘物的組成及比例等，從而進一步防止膠粘物障礙的發生，一般有PTS、PAPRICAN、UboAkademi等方法。定性分析步驟(見圖1）：

2　實驗部分

2.1實驗材料

膠粘物樣品主要采自大連金陽紙業公司紙機烘缸部分，外觀呈黑色，為塊狀固體。

2.2實驗儀器與試劑

實驗儀器：恒溫水浴鍋：HH-S2s、索氏抽提器：250ml、馬福爐：KSY6D16A、電子天平：FA2004Mα*200g、紅外光譜儀、X－ray衍射儀。

實驗試劑：無水乙醇、正己烷、二氯甲烷、丙酮、鹽酸均為分析純。

2.3實驗方法與步驟

（1）精確稱取樣品，使用定量濾紙包好，置于索氏抽提器中，恒溫水浴加熱（98℃）無水乙醇抽提8小時，抽提物烘干稱重。

（2）抽提物用正已烷在40℃溶解30min。移出溶解部分，不溶物烘干稱重，不溶物和溶解物分別作紅外分析，不溶物采用KBr壓片法溶解物采用涂膜法。

（3）乙醇抽提殘余物，重新置于索氏抽提器中，恒溫水浴加熱（65℃）二氯甲烷抽提8小時，抽提物烘干稱重，KBr壓片作紅外分析，抽提殘渣KBr壓片作紅外分析。

（4）精確稱取樣品，置于事先衡重坩鍋中，在200-900℃范圍內，100℃升溫間距灼燒2h分別稱重，600℃灼燒殘余物作紅外和X－ray射線衍射分析。

（5）為了對照組分紅外分析結果，分別對商品膠粘劑：VAE乳液、EVA熱熔膠，PVA、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯類壓敏膠進行了紅外光譜分析。EVA和PVA使用KBr壓片分析，其余采用涂膜分析。

3　實驗結果及討論

3.1沉積物各組分含量

本實驗對烘缸部的沉積物進行了較詳細的分析。研究表明大部分的木材樹脂，碳氫油和塑料類聚合物可以很好的溶解到熱乙醇中，此外，在膠粘劑、油墨、和涂布粘合劑中使用的合成聚合物中，PVA和丙烯酸酯是能夠溶解在無水乙醇中的少數物質。因而，首先通過用乙醇抽提PVA和丙烯酸酯。為了從乙醇溶解物中分離出木材樹脂和其它碳氫化合物，將乙醇抽提物溶解到正己烷中，因為聚合物難以溶解在正己烷中。正己烷溶解物中含有木材樹脂和其他碳氫油類物質。

烘缸部沉積物溶劑抽提結果

乙醇抽提后，二氯甲烷選擇為下一步的溶劑，因為在沉積物中大部分存在的合成聚合物溶于此溶劑。對于這些物質，二氯甲烷抽提后使用其他溶劑進行抽提的量非常低（小于0.5%）說明大部分的合成聚合物能夠被二氯甲烷抽提出來。由表1中數據可知，沉積物中可抽提物與不可抽提物含量比例差別較大，可抽提物占沉積物總重的33%左右，而且可抽提組分的大部分均在乙醇抽提物中，約占55%左右。

3.2乙醇抽提物物紅外光譜分析

3.2.1正己烷溶解部分

由上表可知，正己烷溶解部分在樣品乙醇抽提物中所占比例約60%左右。對此樣品的正己烷溶解部分進行紅外光譜分析得出：這部分主要含有脂肪酸，樹脂酸及其衍生物，同時還含有碳氫油類物質。此外譜圖中還有羧酸酯鍵的特征吸收，典型結構中明確給出了醋酸酯和醋酸乙烯結構。針對其EVA紅外光譜圖，由譜圖吸收位置結合解析結果發現二者紅外光譜匹配度較高，這說明正己烷溶解組分中，除了含有較多的天然木材脂肪酸、樹脂酸及其它碳氫油類物質外，還含有主要成分為醋酸乙烯的EVA熱溶膠或者VAE乳液等膠粘劑。

3.2.2正己烷不溶物

由上表可知，正己烷不溶物在沉積樣品中所占比例約為10%左右。經沉積樣品正己烷不溶物的紅外光譜圖分析可知正己烷不溶物的主要成分是聚乙烯醇，譜圖庫檢索匹配度很高，主要是通過羥基特征吸收（3447cm-1）判別為醇類物質。推測該部分物質主要成分為聚乙烯醇。

3.3二氯甲烷抽提物紅外光譜分析

由上表知，二氯甲烷抽提物組分在沉積物中所占比例較高為15%左右。該組分的紅外光譜分析可知，二氯甲烷抽提組分中主要是具有苯環取代的羧酸酯類物質，這部分物質可能來自為了提高膠粘劑如VAE等粘度，而加入的增粘劑如鄰苯二甲酸酯類、苯丙乳液等。此外還可能來自涂布廢紙中苯丙乳液、醋苯乳液等為基料的涂料物質。

3.4抽提物殘余物的分析

3.4.1紅外光譜分析

膠粘物樣品經過乙醇和二氯甲烷抽提后，不可抽提物所占比例很高，高達54%左右。該組分的紅外光譜分析分析可知，該部分有機物質中含有大量的羥基、胺基和苯環。為了明確膠粘物中無機物和熱分解物質的成分與含量，對膠粘物樣品在不同溫度下進行了高溫灰化處理，經600℃下灰化2小時后沉積樣品的紅外光譜圖且經譜圖解析軟件解析結果可知在3550—3145cm-1、1665—1595 cm-1、1200—600cm-1處的吸收為含水金屬鹽或者氧化物的特征吸收（H-O-H），典型結構為MxOy?nH2O如CaSO4?1/2H2O。

3.4.2X—ray衍射分析

為了進一步明確沉積物中無機物成分，將樣品600℃灰化后的殘余物質進行了X－ray衍射分析結果發現：灰化后的殘余物約占總沉積物的6%左右。由于樣品成分非常復雜，而且實際生產中可能涉及到的無機物質主要是Ca、Mg、Si和Al等金屬化合物，因此輸入以上4種物質與譜圖庫進行檢索匹配。樣品匹配度大于50%的結果有Ca3Mg(SiO4)2，沉積樣品中可能含有的幾種無機物組分含量較低，這些物質可能來自造紙過程中添加的無機填料、施膠沉淀劑以及涂料乳液中的顏料等。

4　總結

二次纖維生產包裝紙和紙板紙機烘缸部膠粘物沉積物中，總溶劑抽體物含量約占45%左右。不可抽提物組分含量約占54.30%左右，沉積物樣品中總無機物含量約占6%左右，主要來自于造紙過程中添加的無機填料施膠沉淀劑以及涂料乳液中的顏料，盡管這些物質本身不可能引起沉積，但他們能夠附著在沉積物的其它成分上，如碳氫油，木材樹脂和合成膠粘物而發生沉積。沉積物中，乙醇抽體物約占總樣品的30.10%左右。其中正己烷溶解部分約占18.63%，這部分物質主要來自木材天然樹脂或者油墨殘余物及熱融或者乳液型聚醋酸酯類膠粘劑。正己烷不溶解部分約占11.47%左右，這部分物質主要來自于不同醇解度的聚乙烯醇類物質。二氯甲烷抽體物占總樣品的15%左右，這部分物質主要來自膠粘劑增粘劑鄰苯二甲酸酯類、苯丙乳液等，此外還可能來自涂布廢紙中苯丙乳液、醋苯乳液等為基料的涂料物質。不可抽體物中有機物占總沉積物重的48.15%左右，主要來自植物纖維、聚胺酯類膠粘劑和殘余具有苯環結構物質。

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