PAE濕強劑在食品包裝用紙中的應用實例

陸玲娟 劉趙華 徐李鵬

(浙江普瑞克特種紙有限公司,浙江嘉興, 314000)

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·紙張濕強劑應用·

PAE濕強劑在食品包裝用紙中的應用實例

陸玲娟 劉趙華 徐李鵬

PAE(聚酰胺環氧氯丙烷)濕強劑不含甲醛,其中部分高凈度的產品適用于食品用紙的生產，但與普通產品相比,其價格昂貴、總體添加量偏高,如何最大限度地發揮其效果,對成本控制至關重要。本文以浙江普瑞克特種紙有限公司在茶葉袋紙生產中PAE濕強劑的應用為例,探討如何優化其使用。

PAE；濕強劑；食品包裝用紙；濕部化學環境監控

(* E-mail: LLJ@purico.cn)

茶葉袋紙因使用的需要,成紙要求較高的濕強度；一般通過在抄造過程中添加濕強劑實現這一目標。目前常用的脲醛樹脂(UF)和三聚氰胺甲醛樹脂(MF)等類聚合物濕強劑,因其本身含有甲醛成分,對環境和人體健康均有一定的危害,不適用于食品包裝用紙[1]。PAE類濕強劑(聚酰胺聚胺表氯醇樹脂類聚合物)不含甲醛,能適應日益嚴格的食品包裝用紙的需要。

浙江普瑞克特種紙有限公司(簡稱本公司)在茶葉袋紙生產中使用的是經FDA認證的、高凈度的能用于食品包裝行業的商用產品Giluton1100/37N(BK Giulini公司出品，以下簡稱為1100/37N)。但凈度的提高也帶來了濕強增強效果降低的負面效應,而1100/37N的總體添加量較多，且1100/37N單價昂貴,因此添加量的多少顯著影響最終產品的成本。本文以1100/37N在實際生產過程中的應用為例,討論如何優化其使用條件,發揮其最佳的濕強增強效果。

1 作用機理和產品特性

1.1 作用機理

PAE樹脂含有胺基、環氧基和氮雜丁烷型陽離子,而纖維表面有羥基、醛基和羧基等反應基團。PAE樹脂分子與纖維表面反應基團產生交聯作用。

一般認為濕強劑增強機理一種是“均交聯”機理，這種機理認為所加的樹脂部分沉積于纖維之間或吸附于纖維表面,當紙張干燥時,這些樹脂相互交聯成網狀結構。另一種是“共交聯”理論，這種理論認為濕強劑樹脂的初期是一種低相對分子質量能溶于水的樹脂,加入紙漿后滲入至纖維的表面和內部,與纖維分子發生有效的交聯[2-3]。

1.2 產品特性

1100/37N為一種淺黃色透明液體,固含量約為15%,pH值3左右,為陽離子型，對纖維有較強的吸附能力。需要注意的是該產品保質期短,即使在保質期內,產品的使用效果也會隨著溫度的升高而下降。供應商承諾的是20℃的溫度時能貯存3個月以上，但實際使用經驗是：在南方炎熱的夏季,當貯存溫度超過35℃時,產品的最佳使用期僅有1個月的時間。如果不能低溫存放,只能盡量降低庫存量,要求供應商更高頻次的提供新鮮產品。

2 添加方法和位置

2.1 添加方法

添加前先對濕強劑進行稀釋，1100/37N與水的比例為1∶10。最好使用去離子水、自來水次之,盡量避免使用回用水，因回用水中的離子和細小纖維在稀釋過程中與濕強劑的結合會降低產品的活性。實踐證明，與使用回用水相比，使用去離子水時濕強劑用量可降低6%左右。

生產中將濕強劑的添加接入DCS控制系統,實現了可視化、自動、實時監控,提升了控制精度。

2.2 添加位置

通常來說隨著打漿度的增加,纖維的表面積增加,對濕強劑的吸附更強。因此,濕強劑通常添加在打漿之后,如高位箱、紙機漿池或沖漿泵等處。具體的添加位置,可以結合反應時間、剪切破壞以及吸附效果綜合選定。實際使用結果顯示，本公司生產過程中在高位箱處的添加應用效果最佳。

3 濕部化學環境的監控

在實際生產中主要從pH值、電荷需求量以及Zeta電位三方面對濕強劑的影響進行監控。

對于生產數據分析,基于下列前提：

(1)鑒于公司正常生產時在嚴格的工藝控制條件下,濕強劑添加前的濕部化學環境相對比較穩定,以下著重于探討濕強劑用量受這三方面的影響情況。需要說明的是,如果生產情況不穩定,需要綜合考慮添加前后的變化情況。

(2)公司一直將最終成紙的濕強度穩定在一個很窄的范圍內,因此以下不同生產條件下,最終的成紙質量差異忽略不計。

3.1 pH值

圖1為濕強劑用量與pH值的關系。圖1數據表明,在接近中性的條件下,濕強劑的用量較少,即PAE樹脂的濕增強效果最佳、使用效果最好；一般將pH值控制在6~8的范圍內。因為漿料系統的pH值對纖維素的功能基團如羧基的電離狀態有較大的影響,因而將對帶負電荷的纖維與帶正電荷的PAE樹脂的相互吸附作用產生影響。圖1表明,實際生產將pH值控制在7.5附近，1100/37N用量最少。

圖1 濕強劑用量與pH值的關系

3.2 陽離子電荷需求量

紙機系統采用電荷測定儀(PCD)來檢測紙漿中的溶解電荷。系統中細小纖維含量高,系統電荷就偏高(纖維電荷帶負點)，則會影響紙機的運行和造紙化學品的使用效率。尤其是使用損紙配漿時,可考慮配漿前,預先洗去損紙中的細小纖維或添加陽離子化學品進行中和。

圖2為濕強劑用量與電荷需求量的關系。從圖2可看出，濕強劑用量隨著陽離子需求量的減小而降低；從圖2可見，將陽離子需求量控制得越低，濕強劑用量越少。

圖2 濕強劑用量與陽離子需求量的關系

3.3 Zeta電位

Zeta電位是表征膠體分散系統穩定性的重要指標[4]。

生產實踐表明,將Zeta電位控制在負值或接近0時,濕強劑使用效果更好。過量添加PAE濕強劑達不到提高濕強度的效果,相反,還會使紙張的干濕強度有所降低,這與漿料系統的Zeta電位的改變有關。在未加入PAE濕強劑時,漿料系統的Zeta電位為負值,但當PAE濕強劑添加到漿料中后,由于電中和作用,漿料的Zeta電位將接近于零,如再增加PAE濕強劑的用量,漿料系統的Zeta電位將由0轉為正值,使PAE濕強劑的留著率有所降低,并導致漿料嚴重絮凝,影響成紙勻度,從而影響紙張強度。

圖3為濕強劑用量與Zeta電位的關系。圖3表明,Zeta電位越接近0,濕強劑用量越少。

圖3 濕強劑用量與Zeta電位的關系

4 成紙熟化和濕強度的實驗室測量

PAE樹脂是一種熱固性樹脂,添加了PAE樹脂的紙張必須經過加熱干燥才能獲得很好的濕增強效果[5]。生產實踐證明,紙張經一般造紙過程的烘缸加熱干燥,PAE樹脂即可獲得較好的固化,但紙張下機時的PAE樹脂尚未完全熟化,需放置一定時間(一般為0.5個月左右)才能完全熟化。但下紙機時需要立即對濕強度進行檢測。

生產中測量兩個濕強度：即時濕強度(A1)和熟化后的濕強度(A2)。A2的測量,是使用烘箱加熱加速熟化,是自然熟化的加速模擬版。實踐對比表明,在105℃烘箱內加熱10 min能達到同等的自然熟化的最終濕強度。而A1與A2之比即為濕強度的熟化系數,可作為干燥溫度控制的輔助參數,通常控制在85%～95%之間。

5 損紙的回用

紙張剛下紙機時并未立即達到最終濕強度,因此損紙回用應該盡快進行。在熟化期內,損紙貯存時間越短,越易碎解。

碎解時，向碎漿機內通蒸汽，控制碎解溫度在(85±5)℃范圍內,并添加NaOH將pH值控制在9以上,同時輔以專用的濕強劑解離劑(Break up K)。碎解0.5 h后,加Al2(SO4)3調節pH值到中性,碎解完成。 后續再采用高頻疏解機低功率、多次循環疏解損紙,直至取樣未發現漿團方可配漿使用。

6 結 語

通過對PAE濕強劑貯存溫度的控制、添加前先凈水稀釋、濕部化學環境的優化和烘干溫度的控制可最大限度地發揮1100/37N濕強劑增強效果；經過調節優化,濕強劑用量降低了23%,節約了生產成本,進一步提高了產品的競爭力。

[1] ZHOU Jing-hui, Wu Xing-e. Progress of Wet Strength Agent for Paper Making[J]. China Pulp & Paper, 2004, 23(9)： 49.

周景輝, 吳星娥. 造紙濕強劑的進展[J]. 中國造紙, 2004, 23(9)： 49.

[2] YANG Jing, LI Xiao-rui. Study of the Effect of Upgraded MF on Wet Strength of Paper[J]. China Pulp & Paper, 2005, 24(9)： 10.

楊 驚, 李小瑞. 改性三聚氰胺甲醛樹脂提高紙張濕強度的研究[J]. 中國造紙, 2005, 24(9)： 10.

[3] ZHANG Guang-hua. Principle and Application of Wet End Chemical[M]. Beijing: China Light Industry Press, 1998.

張光華. 造紙濕部化學原理及其應用[M]. 北京： 中國輕工業出版社, 1998.

[4] WANG Zhi-jie, DONG Xian-Min. Study of Wet End Chemical Factors on Zeta Potential[J]. Journal of Shaanxi University of Science & Technology, 2006(3)： 1.

王志杰, 董現敏. 造紙濕部環境因素對Zeta電位影響的研究[J]. 陜西科技大學學報, 2006, (3)： 1.

[5] LIU Jian-lin ,WANG Li-jun, WANG Teng. Measurement and Analysis of Zeta Potential and Demand for Charge[C]//2008 National Papermaking Chemicals Application Development Technology Seminar Corpus, 2008.

(責任編輯：常 青)

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An Application Example of PAE as Wet Strength Agent for Food Packaging Paper

LU Ling-juan*LIU Zhao-hua XU Li-peng

(ZhejiangPuricoSpecialityPaperCo.,Ltd.,Jiaxing,ZhejiangProvince, 314000)

Some wet strength agents with very high cleaness mainly containing PAE, could be used for food packaging paper production, since they are formaldehyde free. However they are very expensive and applied dosage is much higher than the normal wet strength agents, therefore their application will effect on the final product cost control. This article discussed how to utilize this kind of wet strength agent based on the practical experience.

PAE; wet strength agents； food packaging paper; monitor of wet end chemical environments

陸玲娟女士，工程師；主要負責產品質量和工藝控制工作。

(浙江普瑞克特種紙有限公司,浙江嘉興, 314000)

TS727+.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.01.015

2015- 08-11(修改稿)