合成胶料(中性施胶剂)
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸手册：第八分册纸料的准备》第401页（6179字）
1．概述
合成胶料几乎都能与纤维素直接构成化学键结合，能抗酸抗碱，施胶效果良好。使用中性施胶剂合成胶料时，施胶适用的pH值为7～8，因此，施胶时可加用少量硫酸铝，也可不用硫酸铝，视中性施胶剂的性质而定。
合成胶料适用于一些要求具有某些特殊憎液性能的纸种(例如抗油纸板)，也适用于一些要求具有良好耐久性能的纸种(例如档案文件、钞票纸、地图纸等)，此外，也适用于一般的如涂布纸原纸和胶版印刷纸的内部施胶。
近年来，中性施胶和中性抄纸在一些国家中有一定的发展，但由于合成胶料的成本较高，为此目前合成胶料仍不及松香胶应用得普及。
作为中性施胶的合成胶料的优点如表10—2—127所示。
表10—2—127
合成胶料的缺点是成本较高。另外在改变胶料时必须对浆槽、管道等彻底清洗干净，此外对烷基烯酮二聚体来说，在纸卷从纸机上卸下时不能立即测定出纸张的施胶度，即其施胶作用在纸页干燥后尚未完成，卷取后仍在进行。
对纸浆进行中性施胶的一些合成胶料如表10—2—128所示。
表10—2—128
其中用于内部施胶的主要是烷基烯酮二聚体、烯基琥珀酐和碳氟化合物。
2．烷基烯酮二聚体(Alkyl kete1e dimers)
简称AKD，国外商品名称Aquape1。
(1)烷基烯酮二聚体的制备
烷基烯酮二聚体具有下列结构式：
式中R代表烷基，如C15H31—，C16H33—等。变更不同的烷基，可以生产出一系列的烷基烯酮二聚体，但适用于抄纸作施胶剂的是十四烷和十六烷，例如，通常用榈酸作原料，制得十六烯酮二聚体(十四烷基)，用硬脂酸作原料，则是十八烯酮二聚体
(十六烷基)。使用硬脂酸生产烷基烯酮二聚体可按以下几个步骤进行：
①使硬脂酸与三氯化磷作用生成硬脂酰氯：
②在乙醚介质中，使硬脂酰氯与三乙胺作用脱酸聚合为二聚物：
③十八烯酮二聚体溶解于乙醚中，而三乙胺盐酸盐则产生沉淀。过滤后，将滤液蒸发回收乙醚，得白色固体十八烯酮二聚体。
(2)性质
①烷基烯酮二聚体在65．5℃以上极易水解，所以应保持在低温，而且要快用。
②在剧烈的水解条件下生成酮：
③烷基烯酮二聚体的内酯环(—C—O—C—)能发生裂断，而与纤维素的羟基结合，即与纤维表面上的羟基起化学酯化反应，并固结和定向于纤维的表面，从而使纸张取得良好的施胶效应。
(3)烷基烯酮二聚体的乳化
由于烷基烯酮二聚体不溶于水，故需加以乳化，常用乳化剂为阳离子型淀粉。乳化后保存时间、温度与水解的关系如图10—2—50所示。由图可见，温度越高，时间越长，水解越严重。
图10—2—50 乳化后保存时间、温度与水解的关系
(4)烷基烯酮二聚体的使用条件
①烷基烯酮二聚体适用的pH值为8．2。
②中性施胶应在上网前进行。烷基烯酮二聚体加入地点应选在离心除渣器之后，加到浆料中而不是加到白水中，以免烷基烯酮二聚体消耗到填料上。
③烷基烯酮二聚体有35%由于水解而损失。为了降低水解损失，和松香胶施胶正相反，第一个烘缸就应提高温度。
④烷基烯酮二聚体的施胶作用在纸页干燥后尚未完成，卷起后仍在进行，在24h内仅有80%的效率，这说明在纸卷存放和整理过程中，烷基烯酮二聚体与纤维素仍在不断地起着反应。这样，可以在烷基烯酮二聚体中添加固化剂双氰胺和甲醛加快成熟，使之纸卷从纸机上卸下就知其施胶度是否合格。
(5)影响烷基烯酮二聚体施胶效果的因素
①pH值的影响：提高pH值，烷基烯酮二聚体反应速度加快，但pH＞10也不适合，适用的pH值为8．2。此外，纸页在低pH值条件下干燥，由于纤维表面失去活性，使烷基烯酮二聚体施胶困难。
②温度的影响：温度高，则施胶效果快，施胶度高，如图10—2—51所示。
图10—2—51 温度对烷基烯酮二聚体施胶效果的影响
注：施胶度是用药液渗透法测得的
③硫酸铝的影响：硫酸铝对烷基烯酮二聚体的施胶有破坏作用，应在加烷基烯酮二聚体前先调好pH值。
④湿纸水分的影响：湿纸水分对烷基烯酮二聚体的影响如表10—2—129所示。
表10—2—129
⑤不同浆种的影响：不同纸浆用烷基烯酮二聚体施胶有不同的反应，硫酸盐浆优于亚硫酸盐浆，未漂浆优于漂白浆，而磨木浆由于表面活力比化学浆低，则需要较多的胶料。
(6)烷基烯酮二聚体的使用：
①胶料用量：理论上的用量为0．005～0．025%，但由于胶料的不均匀分布、不完全留看和副反应损失等，实际上的用量为0．025～0．3%。对未漂硫酸盐浆需0．03%；由于漂白硫酸盐浆难施胶，需0．1～0．3%。
②有的研究者认为，烷基烯酮二聚体适用于制备保存期不少于300h的耐久的纸种。
③烷基烯酮二聚体不赋予纸张湿强度，因此用烷基烯酮二聚体施胶的损纸可以重新再打浆，其难易程度是与用松香胶重施胶的损纸相似。
3．烷基烯酮二聚体变性纤维(AMF)
AMF是一种新型的以烷基烯酮二聚体加工处理纤维的内部施胶剂。根据研究认为，使用这种变性纤维素加在纸浆中比单独使用烷基烯酮二聚体更为有效。
(1)特点
①简化操作，提高生产的灵活性；
②避免烷基烯酮二聚体在成形网及纸机部件上的沉积；
③可更有效地使用烷基烯酮二聚体，不用其他助留剂；更好地利用损纸，从而降低成本；
④由于避免了烷基烯酮二聚体胶液在制备中及贮存中的变动，从而提高了纸张的均匀性。
(2)制备
①变性纤维可在浆厂自制，也可制成商品。
②第一步是将纸浆纤维用烷基烯酮二聚体(对纤维重4%)乳浊液饱和以进行变性。
③制备过程的第二步是将这种饱和了的纤维进行干燥，可采用闪急干燥法。
(3)使用
①把AMF直接掺入纸浆中就可取得施胶效应。在纸页刚成形时的施胶效果不显着，而随着加热干燥提高了温度，则可得到良好的施胶效果。
②纸浆纤维用烷基烯酮二聚体(对纤维重4%)处理制得AMF，根据一些成品纸的施胶需要，使用这种AMF的量一般为5%。这样，在成品纸中仅存有0．2%的烷基烯酮二聚体就达到了施胶的目的。
③AMF已用于牛奶瓶纸板和其他纸种中。用AMF与在湿部用烷基烯酮二聚体对牛奶瓶纸板进行施胶的比较如表10—2—130所示。
表10—2—130
注：小区域法见施胶度测定一节。
4．烯基琥珀酐(Alkenyl Suceinie Anhydride，简称ASA)。烯基琥珀酐的分子式为：
烯基琥珀酐与纤维表面上的羟基作用如下式所示：
烯基琥珀酐可用作内部施胶剂，其特点是：
(1)可在碱性条件下，特别是对书写纸和印刷纸进行施胶。
(2)烯基琥珀酐应使用阳离子淀粉作为乳化剂而制成乳液，再添加至浆料中。
(3)阳离子淀粉和烯基琥珀酐的比值可为2．0。
(4)阳离子淀粉的作用除用作为乳化剂以外，还起到增干强剂、助留剂的作用。
(5)烯基琥珀酐的用最可为约0．12%(对浆量)。
(6)烯基琥珀酐的施胶作用在纸页干燥卷取后已完成90%。
一种制备烯基琥珀酐乳液的流程示意图如图10—2—52所示。
图10—2—52 制备烯基琥珀酐乳液的流程示意图
1—喷射熬制器 2—熬制成的阳离子淀粉贮存槽固体物含量5．5% 3—ASA贮存槽 4—乳化器 5—ASA乳液贮存槽(固体物含量1．0% 6—离心筛 7—网前箱
5．硬酯酸酐(Stearic Anhydride) 硬酯酸酐与纤维素表面上的羟基起作用如下式所示：
6．有机硅胶料
有机硅化物有硅酮等，它有着有机物质和合成树脂的性质，对热和化学药品稳定，并且具有高度的憎水性。
运用有机硅化物使纸张具有憎水性的方法计有下列两种：
(1)气相施胶
将成纸送入处理室中用三氯硅烷蒸汽处理，于是纤维与它产生作用，结果施胶之后尚有HC1生成，随后应再送入第二室以NH3加以中和。
气相施胶反应极为迅速，作用时间只需0．2s。但气相施胶的缺点之一是反应生成的HCl和Na4Cl均有腐蚀性，同时三氯硅烷的蒸汽和反应产物对人体也都是有害的，因此要求有密闭的处理室，作到这一点在设备上是很复杂的。
(2)液相施胶
这种方法是将有机硅化物先制成乳液，再加入纸料中直接施胶。
乳液的制备方法是：先将有机硅化物溶于有机溶剂，如甲苯、二甲苯等，或用适当的乳化剂乳化，再经胶体磨磨成稳定的乳剂，加水稀释成乳液使用。
有机硅胶料，不论气相施胶或液相施胶均由于成本较高或设备复杂，而未在工业上获得大规模应用。
7．碳氟化合物胶料
碳氟化合物胶料也是一种合成胶料，它为阴离子型直链碳氟有机化合物，主要用于要求具有抗油性能的纸种。
碳氟化合物胶料是具有相当长碳氟化合物未端基的化学结构，这一未端基可以直接结合到极性基上，即接合到纸浆的羟基上。图10—2—63示出碳氟化合物定向在纤维表面上的示意图。
图10—2—53 碳氟化合物定向在纤维表面上，其中“X”表示一个极性基
造纸厂使用的碳氟化合物胶料经常是以浓缩溶液购进的，可以用水稀释至任何浓度，再加入至纸浆中。
用碳氟化合物作为施胶剂，必须在纸料上网至少10min以前加入，以保持良好的混合。碳氟化合物的施胶量一般为0．2～0．5%。施胶时必须加用阳离子型助留剂，用量约为0．2～1．0%。施胶pH值应小于7，这主要决定于助留剂的性质。pH值的调节不能加硫酸铝，而可加醋酸进行调节。