裝飾原紙質(zhì)量控制初探

崔 暉

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心,北京，100190）

裝飾原紙是一種以優(yōu)質(zhì)木漿和鈦白粉等填料為主要原料經(jīng)特殊工藝加工而成的工業(yè)特種用紙。裝飾原紙經(jīng)印刷和浸膠后，用于各種人造板或木材的表面裝飾，如防火板、強(qiáng)化木地板、家具、墻面、車船內(nèi)部裝飾等[1,2]。裝飾原紙作為一種工業(yè)特種用紙，在國內(nèi)已經(jīng)有幾十年的歷史，特別是在中國這樣一個(gè)木材資源十分貧乏的國家中，裝飾原紙作為加工制作各種裝飾板材的原料，越來越受到行業(yè)的歡迎，其研究和生產(chǎn)成為行業(yè)的熱點(diǎn)[3]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國裝飾原紙的需求量每年以大約10%～15%的速度增長(zhǎng)，但高端原紙仍依賴進(jìn)口。中國林產(chǎn)工業(yè)協(xié)會(huì)2011年9月發(fā)布的 《中國裝飾紙產(chǎn)業(yè)報(bào)告》[4]中指出：國產(chǎn)裝飾原紙與歐美地區(qū)的產(chǎn)品相比，仍有一定的差距，主要體現(xiàn)在國內(nèi)的產(chǎn)品以中低檔產(chǎn)品為主。裝飾原紙的國家標(biāo)準(zhǔn)在2010年12月1日才開始實(shí)施，國產(chǎn)裝飾原紙與國外原紙存在主要差距：（1）國產(chǎn)原紙白度較低為85%，國外同類產(chǎn)品白度在90%～91%。（2）斷裂長(zhǎng)，國產(chǎn)紙斷裂長(zhǎng)＞2500 m，但國外同類產(chǎn)品日本為 2700～3490 m，德國為 5000 m。 （3）吸收性差，國產(chǎn)紙吸水性為24～30 mm/10min，國外同類產(chǎn)品34～36.6 mm/10min[5]。

國產(chǎn)裝飾原紙與進(jìn)口產(chǎn)品的差距使得對(duì)裝飾原紙質(zhì)量改善的研究變得尤為重要和緊迫。

1 裝飾原紙質(zhì)量控制的現(xiàn)狀

裝飾原紙的主要技術(shù)指標(biāo)包括吸收性和適印性，吸收性要求裝飾原紙具有良好的吸收性，經(jīng)浸漬能吸收三聚氰胺樹脂；適印性即良好的油墨轉(zhuǎn)移吸收性，有一定的平滑度、紙質(zhì)壓縮性和柔軟性好，同時(shí)要求遮蓋性，即能遮蓋人造板粗糙的表面和底層紙酚醛膠的棕褐色，以保證裝飾效果[6]。要獲得性能良好的裝飾原紙，需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)全過程的工藝條件，其中纖維配比、打漿方式、填料、助劑的選擇、抄造過程等因素均會(huì)影響到原紙的品質(zhì)。

1.1 原料

生產(chǎn)裝飾原紙用的纖維種類及纖維配比對(duì)裝飾原紙的吸收性、強(qiáng)度、平滑度及勻度有非常重要的影響。在裝飾原紙的生產(chǎn)過程中，選用漂白闊葉木漿為原料所抄造的紙張具有適印性好、平滑度高、透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，但闊葉木纖維短、細(xì)，導(dǎo)致紙張強(qiáng)度較差。原蘇聯(lián)專家C.H.米羅什尼欽科[7]指出，裝飾原紙的纖維組成：硫酸鹽針葉木紙漿和硫酸鹽闊葉木硫酸鹽紙漿各占50%。德國專家恩森斯克、奧地利專家維寧格爾[8]指出，裝飾原紙是由α-纖維素含量高的高強(qiáng)度紙漿抄造的。原林業(yè)部科技司研究的下達(dá)的“輕型裝飾紙生產(chǎn)性試驗(yàn)研究”課題的研究結(jié)果表明，漂白硫酸鹽闊葉木漿是生產(chǎn)裝飾原紙的很好漿種，而漂白預(yù)水解硫酸鹽樺木漿是生產(chǎn)輕型裝飾原紙的理想原料[9]。姜勇軍[10]等介紹了牡丹江木材綜合加工廠用硫酸鹽樺木漿抄造輕型裝飾原紙的情況，工廠試驗(yàn)結(jié)果表明，樺木漿是抄造裝飾原紙的理想原料，原紙的主要質(zhì)量指標(biāo)與德國產(chǎn)品不相上下。陳港[11]等人研究用巴西桉木和烏克蘭針葉木配抄，在不添加填料時(shí)，隨著長(zhǎng)纖維比例的增大，紙頁強(qiáng)度有所提高，不透明度先增大后減少，但對(duì)白度的影響較少；在添加鈦白粉填料時(shí)，隨著長(zhǎng)纖維含量的增加，紙頁的強(qiáng)度都有所提高，白度和不透明度的基本趨勢(shì)是先增加后降低，但變化較小，對(duì)紙頁的吸水度幾乎沒有影響。但綜合考慮生產(chǎn)效率和成本，綜合紙頁的強(qiáng)度和鈦白粉留著率，選擇桉木漿作為原料的比例為80%。

1.2 打漿工藝

打漿度對(duì)紙頁吸收性能的影響很大，生產(chǎn)中要小心控制打漿度以保證吸收性能的穩(wěn)定性。生產(chǎn)中一般采用游離狀打漿，但完全的游離狀打漿會(huì)降低紙的抗張強(qiáng)度，實(shí)際生產(chǎn)中采用近似半游離半粘狀打漿方式[12]。在保證紙張勻度和強(qiáng)度的前提下，采用較低的打漿度，不同漿料分別打漿，打漿度調(diào)整范圍一般是：針葉木 28～32 °SR，濕重 4.5～5.5 g；闊葉木27～35 °SR，濕重 2～3 g[13]。

1.3 造紙濕部

1.3.1 漿料的pH

由于在堿性條件下，纖維的潤脹能力增加，漿料抄造成紙頁的吸液度最大；在酸性條件下，吸水能力明顯下降，一般認(rèn)為pH在6.8～7.5時(shí)原紙的吸液性較佳。但陳港[11]通過研究，當(dāng)pH=5時(shí)，鈦白粉的留著率最高且成紙性能最好。

1.3.2 填料

裝飾原紙要求經(jīng)印刷浸膠后于面板壓合時(shí)不透出底層，因此，裝飾原紙要具有良好的覆蓋能力。為了提高裝飾原紙的覆蓋性能和白度，通常添加鈦白粉填料，鈦白粉能給裝飾原紙帶來較好的白度和亮度。并且使用二氧化鈦等無機(jī)填料進(jìn)行加填，加填粒子填補(bǔ)紙纖維間孔隙，會(huì)使成紙柔軟度提高、紙張的平滑度改善、可塑性和遮蓋力提高，成紙?jiān)谟∷r(shí)壓印轉(zhuǎn)移圖案效果提高，即裝飾原紙的適印性提高。但鈦白粉價(jià)格昂貴，梁德濤[14]等人發(fā)明了用煅燒高嶺土替代部分二氧化鈦，由于煅燒高嶺土是一種多孔無定形的微粒結(jié)構(gòu)，容重較二氧化鈦小，因此配用煅燒高嶺土的裝飾原紙，松厚度、透氣度明顯改善，并降低了成本。Hartmut Schulz[15]用0.1%～25%重量的滑石粉和鈦白粉混合作為填料，并且滑石粉中粒徑小于3 μm的占50%重量，該混合填料能提高紙張的強(qiáng)度和耐光性等性能。

而鈦白粉是金紅石型二氧化鈦具有光催化活性，在使用中，會(huì)使與之接觸的有機(jī)成分催化降解，嚴(yán)重降低裝飾紙的各種性能和使用壽命，這就要求使用的二氧化鈦經(jīng)過特殊的表面處理。Hartmut Schulz等人[16]發(fā)明了一種改性的二氧化鈦，改性的二氧化鈦包括Si和Al成分，以SiO2和Al2O3計(jì)，分別占TiO2總質(zhì)量的至少7%，它能提高紙張的強(qiáng)度和耐光性等性能。Siegfried Blumel等人[17]發(fā)明了一種裝飾紙用二氧化鈦顏料，顏料具有表面涂層，該涂層包含磷酸鋁、氧化鋁、氧化硅和氧化鈦。氧化硅以松散的沉淀形式存在，比表面積為至少15m2/g。Lydia Drews-Nicolai等人[18]發(fā)明了在二氧化鈦表面依次沉淀磷、鈦、鋁和鎂的化合物，能夠獲得較高的變灰穩(wěn)定性；其還發(fā)明了[19]在二氧化鈦顆粒上存在磷酸鋁、氧化鋁和空心體涂層，該改性的二氧化鈦使涂覆的紙張具有良好的不透明度。孫愛華等人[20]發(fā)明了在二氧化鈦表面依次包覆致密的二氧化硅、磷酸鋁化合物和氫氧化鋁，其能提高二氧化鈦顏料的耐光性和抗色變性。專用裝飾原紙的鈦白粉必能滿足裝飾原紙白度及覆蓋性的要求。

鈦白粉通常是添加到配料井中與漿料和其他顏料混合，這種添加方式需要在鈦白粉內(nèi)添加一定比例的分散劑，以有利于其分散均勻，不會(huì)造成抄成的紙張上呈現(xiàn)大大小小的白點(diǎn)，影響裝飾原紙的外觀質(zhì)量。鮑貽杰[21]提出了將鈦白粉加入到碎漿機(jī)的漿料中，與漿料一起進(jìn)行疏解，隨漿料從碎漿機(jī)出來后，進(jìn)入磨漿機(jī)進(jìn)行磨漿，隨漿料從磨漿機(jī)出來后，進(jìn)入配料井進(jìn)行配料，這種方法克服了鈦白粉在漿料中分散不均勻的問題，并顯著提高了鈦白粉在抄紙生產(chǎn)過程中的留著率。

1.3.3 濕部助劑

對(duì)于鈦白粉的留著性，在生產(chǎn)中通常要加入助留助濾劑來提高填料的留著率，王立軍[22]等人合成開發(fā)了一種陽離子聚丙烯酰胺反相乳液CPAM RT-1和一種陰離子聚丙烯酰胺反相乳液APAM RT-1組成的雙元聚合物助留體系，在實(shí)驗(yàn)室作用于二氧化鈦加填量高達(dá)46%的漿料體系中，在合理的添加量條件下，單程總留著率高達(dá)96.8%，單程灰分留著率高達(dá)85.6%，原紙灰分高達(dá)39.9%。

在裝飾原紙的應(yīng)用中須經(jīng)樹脂浸漬，原紙需要具備較高的濕強(qiáng)度，因而在原紙的生產(chǎn)過程中必須加入較大量的濕強(qiáng)劑，目前廣泛使用的濕強(qiáng)劑就是PAE，但PAE濕強(qiáng)劑在pH值9～10左右性能最佳，但配料池中pH值為6～7，呈中性偏酸，影響了濕強(qiáng)劑性能的發(fā)揮，王興彥等人[23]提出在配料池中不再添加濕強(qiáng)劑，在沖漿泵沖漿階段單獨(dú)連續(xù)加入濕強(qiáng)劑，并調(diào)整濕強(qiáng)劑pH值為9～10。段全義[24]發(fā)明了一種新的造紙用濕強(qiáng)劑，其采用甲醛溶液65份（含量為40%）。氫氧化鈉水溶液7份（含量為15%）、尿素晶體20份（含量為98%）、乙二胺2份、二甲基二烯丙基氯化銨2份、甲酸溶液4份（含量為90%）合成脲醛樹脂，其不僅能增加紙張濕強(qiáng)度，還能不同程度地增加干強(qiáng)度，但由于其是陽離子樹脂，要避免其與陰離子物質(zhì)直接混合。

1.4 抄造工藝

紙頁的成形條件對(duì)原紙的吸收性能及強(qiáng)度有很大影響?，F(xiàn)有抄造裝飾原紙的設(shè)備一般是長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)，在實(shí)際的生產(chǎn)中要合理調(diào)整流漿箱的上網(wǎng)條件。漿網(wǎng)速比可以調(diào)整纖維在紙頁上的分布，進(jìn)而可以影響紙張的強(qiáng)度性能，在生產(chǎn)中，網(wǎng)速略大于漿速時(shí)，可以增加纖維的橫向留著，有利于形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)部脫水快易形成多孔結(jié)構(gòu)，而壓榨部強(qiáng)烈脫水會(huì)增加紙頁的緊度[25]。壓榨部與壓光機(jī)壓力的大小直接影響裝飾原紙的緊度，而原紙的吸收性隨緊度的增加而降低。在生產(chǎn)中通過調(diào)節(jié)壓榨部與壓光機(jī)的壓力而改變成紙的緊度，使用軟輥壓光機(jī)替代普通機(jī)械壓光機(jī)，可使紙頁獲得較好的松軟性及適應(yīng)性[13]。裝飾原紙的緊度一般控制在0.75 g/cm3以下[26]。

在干燥時(shí)采用高溫強(qiáng)化干燥，將會(huì)增加紙頁的松軟性，氣孔率、透氣度，提高其吸收性。朱玉國[27]的發(fā)明中提出烘干裝置前增加預(yù)熱裝置，目的是為了降低原紙與烘缸的溫差，減少后續(xù)烘干工藝中的糊缸現(xiàn)象。

1.5 表面處理

在現(xiàn)代造紙技術(shù)中，用特定性能的化學(xué)品對(duì)紙張表面進(jìn)行處理在很多情況下對(duì)紙張的物理強(qiáng)度、印刷性能、表面性能起著改善作用。一般除寶麗紙外，裝飾原紙并不建議進(jìn)行表面處理，這是由于表面處理常使用高分子聚合物，這類物質(zhì)在紙張表面成膜后在改善紙張物理強(qiáng)度及表面性能的同時(shí)，會(huì)損失紙張的吸收性，這對(duì)需要經(jīng)過三聚氰胺浸漬處理的裝飾原紙來說是不利的。但采用特殊的表面處理方法能緩解這個(gè)矛盾，起到一定的效果。楊延昭[29]等使用 經(jīng)3.0%(相對(duì)于原淀粉)的 3-Cl-2-羥丙基三甲基氯化銨醚化處理的淀粉對(duì)裝飾原紙進(jìn)行表面施膠，裝飾原紙的干、濕抗張強(qiáng)度提高，但吸收性稍有下降。Jianfeng Xu[30]等在制備苯乙烯丙烯酸酯表面施膠劑時(shí)引入帶有親水性基團(tuán)——羧基的丙烯酸單體，丙烯酸反應(yīng)過程中與其他單體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，所制聚合物的成膜性能更好，紙張的平滑度顯著提高；羧基的存在使得經(jīng)表面處理后裝飾原紙的吸收性變化不大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

表1 表面處理前后裝飾原紙的物理性能

2 裝紙?jiān)堎|(zhì)量控制研究的發(fā)展方向和建議

裝飾原紙作為一種特種工業(yè)用紙，其質(zhì)量直接影響著造紙和人造板行業(yè)的發(fā)展，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行控制意義重大。影響裝飾原紙質(zhì)量的因素很多，國內(nèi)外的科研工作者和從業(yè)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的工作，但相關(guān)產(chǎn)品仍存在或多或少的缺陷。隨著人們對(duì)裝飾原紙質(zhì)量要求的不斷提高，相關(guān)的研究也需要不斷的更新。

根據(jù)現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，建議今后國內(nèi)對(duì)裝飾原紙質(zhì)量的改善可以從以下幾方面進(jìn)行研究：

（1）填料的優(yōu)選。裝飾原紙必須要有較好的白度和遮蓋度，現(xiàn)有的技術(shù)通常是添加二氧化鈦，但二氧化鈦填料昂貴，會(huì)增加企業(yè)的成本；單獨(dú)使用低成本的碳酸鈣等填料又不能達(dá)到二氧化鈦起到的效果。因此，應(yīng)將選擇合適的填料或者填料體系作為今后的一個(gè)研究方向。

（2）濕部助劑的優(yōu)選。二氧化鈦等填料的留著直接關(guān)系到裝飾原紙的性能，而填料的留著主要依靠助留助濾劑，目前大多數(shù)采用的仍是單組份助留助濾劑，開發(fā)多元助留體系或微粒助留體系來提高填料的留著是今后研究的一個(gè)方向。

（3）表面處理工藝的優(yōu)化。對(duì)紙張進(jìn)行表面處理，其效果明顯且成本較低。因此應(yīng)在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)表面處理劑的選擇及表面處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期在兼顧裝飾原紙吸收性的前提下提高裝飾原紙的物理強(qiáng)度、表面強(qiáng)度及適印性。

裝飾原紙作為一種廣泛應(yīng)用于木材、人造板行業(yè)的特種工業(yè)用紙，其作用及價(jià)值無需贅述。只有找對(duì)國產(chǎn)裝飾原紙與國外相關(guān)產(chǎn)品的差距及差距產(chǎn)生的原因，并有的放矢地進(jìn)行改進(jìn)，才能真正促進(jìn)中國裝飾原紙工業(yè)及相關(guān)專業(yè)的發(fā)展。

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