摘要：在中性条件下，利用松香胶对漂白麦草浆进行施胶，研究聚合氯化铝（PAC）作为施胶沉淀剂的施胶效果，通过考察阴离子分散松香胶、聚合氯化铝、阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺等对施胶效果的影响，得出较佳的工艺条件：阴离子分散松香胶用量1%，聚合氯化铝用量4%，阳离子聚丙烯酰胺用量0.03%，填料15%，在pH值7.0时的施胶度为1.00mm。
1、前言
中性施胶是中性抄纸的关键所在。目前在我国中性抄纸中，施胶基本都采用AKD、ASA，随着AKD以及ASA制备技术的发展，其稳定性、水解都得到较高程度的提高，使AKD、ASA在造纸厂的使用量逐年增加，松香胶由于其施胶pH值较低，其在造纸厂的使用逐渐减少。但是，由于松香胶施胶的简单易行、施胶成本较低、施胶效果可靠等优点，使得造纸厂家还愿意使用松香胶施胶，而随着中碱性抄纸的要求，松香胶的施胶需要向着高pH值发展才能使之不会退出施胶剂的市场；同时，由于AKD、ASA在使用上对技术的要求较高，对于缺乏专业技术人员的中小企业来说，在使用AKD、ASA时非常容易出现胶料用量大的问题，主要是由于胶料的留着效果低，为留着的AKD、ASA在白水中循环使用时，会导致其水解程度较高，从而使纸张出现黄点或透明点等纸病，严重的会出现纸张的打滑现象，因此，目前一些生产厂家也在寻找一种可以替代AKD、ASA作为中性施胶的施胶剂。
中国是世界松香一大生产国，如果能充分利用这一资源，在对原有施胶工艺稍作改动的情况下实现中性施胶，不仅可以大大降低中性施胶成本，还无疑会加速我国造纸企业由过去的酸性抄纸过渡为中性抄纸的步伐。阴离子松香胶是一种集通用性和可靠性为一体的优良施胶剂，所以希望在中性或偏碱性条件下找一种沉淀剂来实现阴离子分散松香胶的中性施胶。在中性或近中性条件下，能够预水解的聚合氯化铝（PAC）水解成分子量较大得多的络合物，其带有大量的正电荷即阳离子聚集体，保持着较高的正电性。所以聚合氯化铝与阴离子分散松香胶通过阴离子络合成网络分子，并于填料一起沉积在纤维的表面，受到纤维素负电荷的吸引，构成稳定的低自由能的膜，从而达到中性施胶的目的。
2、实验
2.1 实验原料
浆料 取自陕西某造纸厂干度为20%的漂白麦草浆，打浆度为37°SR。
辅料 阴离子分散松香胶（市售商品，固含量50%，游离松香胶含量大于90%）、聚合氯化铝PAC（市售，呈淡黄色粉末状，Al2O3含量为25%，碱化度为75%）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）（分子量为600万）。
2.2 实验工艺
2.2.1 施胶工艺
漂白麦草浆（浓度3%）→烧杯→阴离子分散松香胶→硫酸铝→聚合氯化铝→填料→助留剂（阳离子聚丙烯酰胺或阳离子淀粉）→稀释→抄片（70g/m2）
注：用量均以质量百分比计
2.2.2 纸张各项检测均按照国标进行
3、试验结果与讨论
3.1 聚合氯化铝和矾土作为沉淀剂对施胶效果影响的比较
阴离子分散松香胶用量为1%，聚合氯化铝用量为4%，矾土用量为5%，研究未加填纸页在不同pH值下的施胶效果，结果见图1。
由图1可以看出：在pH值＜6.0时，使用矾土作为沉淀剂的施胶效果好于聚合氯化铝；在pH值＞6.0，聚合氯化铝作为沉淀剂的施胶效果优于矾土，且矾土的施胶效果明显下降，在pH值=6.0时，采用矾土时，纸张的施胶度只有0.5mm，已不能满足纸张施胶的基本要求。当pH值＞6.0，聚合氯化铝的施胶效果同样也在下降，但下降的幅度小于矾土，在pH值6.5-7.0时施胶度为1.0mm，能够满足纸张的正常施胶。所以矾土在中碱性条件下不能满足施胶要求，而聚合氯化铝作为阴离子松香胶的沉淀剂时，在中性条件下能够满足施胶的要求。其主要原因是由于阴离子松香胶的施胶需要通过阳离子的物质来达到与纤维结合的目的，然而在中性条件下，矾土中的铝由于发生水解丧失其正电性，不能满足留着松香的要求，而聚合氯化铝在中性条件下仍有大量的正电荷即保持有一定数量对施胶有利的阳电荷聚集体，它与分散松香胶的颗粒通过阴离子络合成网络分子，并与填料一起沉积在纤维的表面，与纤维负电荷产生吸引，构成稳定的低自由能的膜，从而达到在中性条件下的施胶。
3.2 聚合氯化铝的用量对施胶度的影响
聚合氯化铝作为分散松香胶的沉淀剂，其用量对施胶效果影响非常大。用量过低，则会使正电性不足，不能满足留着松香的要求，严重影响施胶效果；而过高则会使施胶成本上升太多。在阴离子分散松香胶用量1%，pH值7.0，15% CaCO3加填，聚合氯化铝在不同用量对施胶效果的影响见图2。
由图2中可以看出，要达到较好的施胶效果，聚合氯化铝的用量至少应达到4%。聚合氯化铝的用量低于4%时，随着用量的增加，施胶度在明显上升，用量达到4%时，施胶度达到正常施胶的要求，聚合氯化铝用量超过4%以后，虽然施胶效果更高，但对成本不利。同时聚合氯化铝的用量不能太高，这是由于当用量过高，系统出现了阳电荷过剩，会使纤维的表面电荷由负变为正，从而影响纸张的匀度，以致降低施胶效果。
3.3 阴离子分散松香胶用量对施胶效果的影响
松香胶的加入量是施胶过程的重要环节，是保证施胶效果的重要因素。在聚合氯化铝用量4%，pH值7.0，填料CaCO3用量为15%下，研究不同松香胶用量对施胶效果的影响，结果见图3。
由图3可以看出，随着松香胶用量的增加，手抄片的施胶度不断上升，当阴离子分散松香胶的加入量＜1.2%时，施胶度上升比较快；之后随着阴离子分散松香胶用量的增加，施胶度上升的趋势并不是很明显，当阴离子分散松香胶的加入量为1%时，施胶度达到一般纸张的施胶要求。这说明一定量的纸浆需要吸附一定量的阴离子分散松香胶才能达到一定的憎液性，所以选择阴离子分散松香胶的用量为1%。
综上所述：我们确定聚合氯化铝用于阴离子分散松香胶的施胶工艺为分散松香胶用量1%，聚合氯化铝用量为4%，施胶pH值7.0，填料用量（CaCO3）为15号。
3.4 助留剂的选择与用量
在分散胶-聚合氯化铝施胶体系中，只有合理选择和应用助留剂才能得到更佳的施胶效果。由于助留剂的种类与用量与聚合氯化铝的合理搭配非常重要，因此我们对助留剂的种类与用量进行了探索。
3.4.1 阳离子聚丙烯酰胺与聚合氯化铝配合的施胶效果
CPAM是水溶性高分子助留剂，也可以用作水处理剂和表面施胶剂，它可直接与纤维和填料形成静电吸附，使之留着，同时亦可通过桥联作用与纤维结合达到助留的目的，对于中高相对分子量的CPAM主要通过架桥絮凝作用达到助留效果，所以CPAM在造纸工业中有着广泛的应用。我们在分散松香胶用量1%，聚合氯化铝用量为4%，施胶pH值7.0，填料用量（CaCO3）为15%下研究阳离子聚丙烯酰胺用量对施胶效果的影响，结果见图4。
由图4可知：当CPAM用量为0.03%-0.04%时，施胶效果能够满足一般文化用纸施胶要求。当用量较小，助留效果不足，当用量过大，则由于过度絮凝降低纸页匀度，使施胶效果降低。因此当使用CPAM作为施胶助留剂时，选择用量为0.03号。
3.4.2 阳离子淀粉对施胶度的影响
阳离子淀粉在淀粉及其改性物中具有明显的助留效果，能与浆料中的负电性的纤维和填料以静电力结合，减少纤维和填料的流失，同时保证松香胶更好的留着。一般添加量增加时，可改善其助留效果，使得施胶度有明显的提高，所以各种品级的纸张都要采用它。我们在分散松香胶用量1%，聚合氯化铝用量为4%，施胶pH值6.5，填料用量（CaCO3）为15%下研究阳离子淀粉用量对施胶效果的影响，结果见图5。
由图5可知：当淀粉加入量＜0.6%时，随着淀粉加入量的增加，手抄片的施胶度基本不变，加入量＞0.6%时，施胶度随CS用量增加而增加。说明阳离子淀粉的添加可以促进施胶度的提高，因为阳离子淀粉与纤维静电力结合，使得阳离子淀粉被吸附在纤维表面，吸附产生的附加氢键力又导致纤维之间的结合增强，并把细小纤维，填料连接在一起形成网状结构，使其具有助留作用。
从以上实验结果可知：CPAM、CS对阴离子分散松香胶的中型施胶具有较强的增强作用，但考虑到施胶成本，选择CPAM作为阴离子分散松香胶中型施胶的增强剂，用量为0.03%。
综上所述，阴离子分散松香胶中性施胶较佳工艺为：分散松香胶用量1%，聚合氯化铝用量为4%，施胶pH值7.0，填料用量（CaCO3）为15%，助留剂CPAM用量0.03%。
3.5 阴离子分散松香胶中性施胶对纸页强度的影响
表1 聚合氯化铝与矾土施胶后纸页强度比较
| 定量（g/m2） | 松香胶用量（%） | 沉淀剂 | 填料用量（%） | pH值 | 施胶度（mm） | 断裂长（km） | 撕裂指数（mN·M2/g） |
| 70 | 1 | 4%PAC | 15%CaCO3 | 7.0 | 1.00 | 4.8 | 6.53 |
| 69 | 1 | 5%矾土 | 15%CaCO3 | 5.0 | 0.75 | 4.3 | 6.5 |
从表1可知：使用聚合氯化铝施胶后纸页的裂断长比使用Al2(SO4)3施胶后纸页的裂断长略有增加，两者撕裂指数相差不大。这主要是聚合氯化铝施胶的pH值接近中性，在中性条件下，纤维更易吸水润涨，这样有利于纤维之间的结合，从而使纸张的裂断长增加，同时由于聚合氯化铝具有一定的絮凝、助留作用，可以提高细小纤维的留着率，也可以使纸张强度增加。撕裂指数主要取决于纤维的平均长度，所以在试验中变化不大。
4、总结
（1）聚合氯化铝在一定的施胶工艺下，可以用于阴离子分散松香胶的中性施胶。
（2）聚合氯化铝用于中性施胶的较佳工艺条件：分散松香胶用量1%，聚合氯化铝用量为4%，施胶pH值7.0，填料用量（CaCO3）为15号，助留剂阳离子聚丙烯酰胺用量0.03%，施胶度（划线法）1.00mm。
（3） 用聚合氯化铝在中性条件下施胶纸页的裂断长较酸性施胶纸页的裂断长有所提高。
