新型膠粘物控制劑的開發

隨著制漿造紙原料中的廢紙比例不斷增加，廢紙回用過程中的膠粘物問題日益嚴重，因此在紙張生產過程中膠粘物的控制技術顯得尤為重要。該文介紹了日本開發的新型膠粘物控制劑，其作用效果是：首先是去除膠粘物的黏性；二是分散膠粘物；三是使分散的膠粘物定著在纖維上，與纖維一起排出系統。經上機試驗表明，紙漿中添加該新型膠粘物控制劑可以作為將膠粘物排出紙機系統的一種重要解決辦法。

1 前言

出于環?？紤]，近年來，在推進無紙化的同時，全球廢紙利用率也在不斷上升。隨之，低檔廢紙的使用量年年增加，相應的應對措施也變得必不可少。如何在紙張生產過程中控制主要成分纖維以外的物質成了紙機穩定運行的關鍵之一。纖維以外的物質——無機物（氫氧化鋁，碳酸鈣等結垢物質）及有機物（樹脂酸和丙烯酸酯等疏水性黏性物質、菌泥等）可能成為樹脂障礙的成分。

本文將介紹最近開發的新型膠粘物控制劑，這種化學品具有對有機物之一的有機疏水性膠粘物除黏、微細化并以無害狀態黏附在纖維原料上，與纖維一起排出紙機系統外的作用。這里所說的有機疏水性膠粘物是指來自木材的天然物質、廢紙和涂布損紙的化學合成類物質的統稱。

2 有機疏水性膠粘物及其去除

有機疏水性膠粘物是引起紙張質量下降和造紙設備污染等綜合性生產效率下降的物質之一。眾所周知，這些物質在系統內只要是低濃度且以膠體狀分散就難以成為樹脂障礙的原因，但受溫度和pH的變化、剪切力和硬度成分等影響，其物理性能變得不穩定，如再凝聚，體積變大就會導致紙病和紙機污染等各種問題。作為其對策有：通過壓力篩和氣浮等機械物理方法去除和用化學品進行分散、除黏等化學處理方法。前者把產生問題根本原因的膠粘物排出系統，后者則是通過改變膠粘物的性質，減少膠粘物再凝聚變大。一般來講，在紙機白水封閉循環條件下，存在著膠粘物和化學品濃度持續不斷上升的問題。

目前，具有下述作用的膠粘物控制劑均已使用，但在白水封閉循環條件下未能取得滿意的效果。

（1）分散型膠粘物控制劑：用表面活性劑和陰離子聚合物使膠粘物表面親水化，促進在白水系統中的分散，防止凝聚。

（2）溶解型膠粘物控制劑：用溶劑和表面活性劑等溶解黏性物質或者使其乳化，防止凝聚。

（3）除黏型膠粘物控制劑：用滑石粉和聚合物等改變膠粘物表面性質，降低黏性，防止凝聚。

（4）凝聚型膠粘物控制劑：用陽離子聚合物等部分地降低黏性，使膠粘物以微細狀態分散定著在纖維上。

（5）酶：用酶分解使膠粘物微細化的同時，通過改變其結構使黏性表面的性質發生變化，防止凝聚。

最近，一直用作解決方案的有同時使用再凝聚防止型（分散型、溶解型、除黏型和酶）膠粘物控制劑和凝聚劑的膠粘物控制系統，但有時這2種化學品用量的調整比較困難。因此，我們著手開發了一種同時兼具分散及除黏效果和防止凝聚效果的新型化學品——ミラクルピチコン777（以下簡稱“新型膠粘物控制劑”）。開發的目標是這種新型化學品能夠降低膠粘物的黏性，并使膠粘物不在烘干部和壓榨部產生問題，與纖維一起排出系統。下面介紹新開發的這種新型膠粘物控制劑的特性。

3 新型膠粘物控制劑

在制漿造紙過程中因為疏水性黏性物質造成沉積物和機械障礙的典型物質主要有3種：樹脂酸類（來自木材）、丙烯酸酯類（來自廢紙）和乙烯醋酸乙烯類（來自廢紙）。已確認該新型膠粘物控制劑對這些膠粘物的除黏效果。圖1顯示了新型膠粘物控制劑對各種膠粘物的除黏效果（實驗條件為加熱至溫度50℃、攪拌時間為1 h）。

圖1 新型膠粘物控制劑對各種膠粘物的除黏效果

由圖1可知，該新型膠粘物控制劑能降低所有這些來自木材的樹脂類膠粘物和來自廢紙的丙烯酸酯類、乙烯醋酸乙烯類膠粘物的黏性，特別是對丙烯酸酯類保持了較高的除黏率。

接著模擬容易誘發再凝聚的條件，用添加了大量丙烯酸酯類膠粘物的原料，通過加熱（溫度為60℃）和攪拌（時間為1 h）、抄片后觀察膠粘物的表現，結果如圖2的照片所示。

圖2 添加了大量丙烯酸酯類膠粘物的漿料抄片的顯微鏡照片

由圖2可見，在不添加新型膠粘物控制劑的情況下，紙張表面凝聚了帶黏性的膠粘物，而添加了新型膠粘物控制劑的照片則看不到這些膠粘物的凝聚。

接著，為了確認紙張中是否含添加的膠粘物，分析了各抄片中所含膠粘物（粒徑為150 μm以上）。結果如圖3所示。

結果顯示，雖然在添加新型膠粘物控制劑的紙中所含膠粘物量與不添加時相近或更高，但膠粘物沒有積聚、凝聚，而且黏性降低，均一地分散，定著在紙張原料（纖維）上。

另外，對來自木材的樹脂類膠粘物以及乙烯醋酸乙烯類膠粘物也進行了與前面相同的試驗，得到了同樣的結果。

為了確認該新型膠粘物控制劑對乙烯醋酸乙烯類膠粘物的乳化物產生怎樣的作用，接著對添加了新型膠粘物控制劑后的乙烯醋酸乙烯類膠粘物的狀態進行了顯微鏡觀察（實驗條件為加熱至溫度50℃、攪拌時間為1 h；顯微鏡照片為100倍），結果如圖4所示。

觀察發現，添加了新型膠粘物控制劑的乙烯醋酸乙烯類膠粘物的粒徑與添加分散型膠粘物控制劑微細化后的膠粘物粒徑不同，乙烯醋酸乙烯類膠粘物凝聚成一定的粒徑（粒徑為10 μm左右），再定著在纖維上。

圖3 抄片中所含膠粘物量

圖4 新型膠粘物控制劑對乙烯醋酸乙烯類膠粘物的影響

還對用乙烯醋酸乙烯類膠粘物進行抄片試驗的纖維部分（粒徑為150 μm以上）和濾液部分（粒徑為23～150 μm和粒徑為23 μm以下）分別進行了膠粘物量分級分析。結果如圖5所示[圖中：（a）為不添加膠粘物控制劑的試樣；（b）為添加新型膠粘物控制劑的試樣；（c）為添加分散型膠粘物控制劑的試樣]。

由圖5可見，與添加丙烯酸酯類膠粘物時的試驗結果相同，添加該新型膠粘物控制劑時的膠粘物含量在紙張中的分布最多，而添加分散型膠粘物控制劑時，濾液中膠粘物分布最多。

圖6顯示了新型膠粘物控制劑對添加了乙烯醋酸乙烯類膠粘物的影響。

由圖6可見，濾液中粒徑為23 μm以下的膠粘物分布最多

根據以上結果表明，新型膠粘物控制劑與各種膠粘物產生作用并且其效果是使某些粒徑的膠粘物脫黏，同時使其定著在纖維上被帶出系統。

圖5 添加了乙烯醋酸乙烯類膠粘物的漿料抄片及濾液中各粒徑膠粘物分布

圖6 新型膠粘物控制劑對添加了乙烯醋酸乙烯類膠粘物的影響

4 使用條件

新型膠粘物控制劑具有作用于膠粘物本身，且當添加量與膠粘物含量等量時顯示出最佳效果的特性；不過，對某些種類的膠粘物，用1/10的新型膠粘物控制劑添加量也可獲得很好的效果，可根據添加點和溫度、pH等條件確定適宜的添加量。另外，該新型膠粘物控制劑在高溫、弱堿性條件下使用也能獲得所希望的效果，但pH超過10后效果將會降低。表1所示為新型膠粘物控制劑的使用條件。

表1 新型膠粘物控制劑的使用條件

5 紙機應用效果

現在日本幾十家紙廠正使用新型膠粘物控制劑進行上機試驗。在一家使用瓦楞廢紙為原料生產瓦楞原紙的紙廠里，取得了烘缸刮刀垃圾降低1/2以上的成績，并取得了損紙率下降的效果。在其他以瓦楞廢紙為原料的紙廠也取得了白水中的疏水性物質含量和濁度下降及造紙器材清洗次數減少的實際效果。

6 結束語

日本國內存在著廢紙原料供應量和質量下降等問題，另一方面與其他國家相比，市場對紙張的品質要求卻非常高。在全球追求循環型社會目標的背景下，預計今后紙張生產原料中的廢紙比例將繼續增加，隨之而來會產生各種各樣的問題，雖然機械物理方面的技術在進步，但我們今后將從化學處理的角度著手解決這些問題，為造紙技術進步和造紙產業發展作出貢獻。 （杜駿遠 編譯）