阳离子松香胶是一种带正电荷的高分散松香胶。其施胶机理为:阳离子松香胶自身或乳液颗粒带有中等电荷密度,属弱阳电性,依靠与纤维表面的负电荷间的静电引力,可自行留着并均匀分布在纤维表面。由于这种静电引力比较弱,为获得松香粒子更好的留着,通常还加入少量的阳离子型助留剂。
在近中性条件下,系统中硫酸铝水解物以聚合氢氧化铝形式存在,其阳电性消失,但在纤维表面的铝离子吸附量却明显增加。当吸附有带阳电荷的松香粒子的湿纸进入纸机干燥部时,由于游离松香酸有较低的融化温度,松香粒子比较容易软化,并和纤维上的铝离子反应,继而将松香分子定位,使疏水基转向纤维外侧,亲水基与纤维牢固结合,形成一层良好的疏水层,从而实现施胶作用。影响阳离子松香胶施胶的因素主要有以下几种:
1、pH
阳离子分散松香胶一般在接近中性的条件下施胶,最佳pH范围是5.0-6.5之间。当体系pH超过6.5时,阳离子分散松香胶的施胶效果会明显下降。原因是此时大量松香酸会变为松香酸皂,而松香酸皂在高pH时施胶效果很差。另外,高pH时,松香胶中正电荷量也会降低,因而降低了其在纤维上的留着率。
2、Zeta电位
纸浆是带负电荷的,加入阳离子分散松香胶,电荷得到部分中和,阳离子松香胶在纸浆上的留着率可随其Zeta电位值的提高而增加,到达最大值后,又趋向下降,成纸的施胶度基本与纸浆中的Zeta电位值变化同步。因此,控制网前箱纸浆Zeta电位值也是提高阳离子松香胶施胶效率的另一关键因素。
3、施胶顺序
阳离子松香胶施胶的最佳顺序是逆向施胶,即先加硫酸铝后加胶料。实验表明,在其他工艺条件相同的情况下,逆向施胶均优于正向施胶。阳离松香胶在中性条件下施胶时,明矾水解物更有效地留着于纤维表面,此时,铝盐并不起留着松香的作用,因为阳离子松香胶能借助静电引力自行留着于纤维表面,铝盐所起作用只是消除施胶体系中阴离子杂质的干扰,以及在干燥部固着胶料的作用,从而大量减少其用量。如果先加入松香胶,其易和浆料中的阴离子干扰物质作用而产生絮凝,使施胶效果不理想。但将硫酸铝和胶料在纸机高位箱出同时加入,也不损害其施胶效率。
4、明矾用量
在阳离子松香胶施胶体系中,明矾的作用在于减少甚至消除阴离子杂质的干扰、加快网部滤水并控制pH,因此对明矾的需求量较低。在高硬度水质系统中,明矾的加入地点应尽量靠近流浆箱,这样可以减少其与硬水中Ca2+、Mg2+接触的时间,以避免硫酸铝消耗过多。
5、助留剂
阳离子松香胶施胶时的留着是非常重要,随着纸机向大型化、高速化发展以及中碱性抄纸技术的使用,对施胶的留着提出了更高的要求。由于白水中细小纤维、填料和药品浓度的增加,不仅增加白水回用的负荷,而且还污染纸机,易产生腐浆,造成断头。这对大型高速纸机的抄造性能具有严重影响,特别是中性抄纸时纸料留着率本来就低,因此助留剂是中性施胶增效的关键。
中性抄纸常用的助留剂有变性淀粉和聚丙烯酰胺(PAM)及其衍生物,两者可单独使用或并用,而使用阳离子淀粉或两性淀粉效果更好。其他中性抄纸助留剂有聚乙烯亚胺、聚酰胺等化合物。这些助留剂的作用原理为架桥絮凝作用。
6、填料
造纸用填料中,碳酸钙有较高的白度、较佳的光散射系数、良好的油墨吸收性和可塑性等优点,是造纸工业理想的填料。但在传统的松香-明矾酸性施胶系统中,碳酸钙会水解释放出CO2,产生泡沫,而且松香皂会与Ca2+反应产生沉淀,严重影响施胶效果和纸机的正常运行。在阳离子松香胶施胶体系中,碳酸钙填料虽然可以使用,但考虑到总碱度的影响,CaCO3填料量不能过多。
对于阳离子松香胶施胶而言,在滑石粉或碳酸钙的加入量小于5%时,两者对施胶度的影响较小,加填量超过5%时,随加填量的增加施胶度显著下降。这是因为,加入填料较多时,部分胶料会吸附到填料上,填料量越大,有效吸附到纤维上的胶料越少。
7、浆料种类
纸浆是由长短不一、形态各异的纤维组成的,不同类型的纤维对施胶剂的吸附性能不一样,因此施胶效果也不一样。