抗水型紙張濕紙力增強(qiáng)乳液的研制

周思耀 蔡建泉 翁景崢 柯金煉 吳宗華

（福建師范大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 福建 福州 350117）

抗水型紙張濕紙力增強(qiáng)乳液的研制

周思耀 蔡建泉 翁景崢 柯金煉 吳宗華

（福建師范大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 福建 福州 350117）

通過濕紙力增強(qiáng)乳液（SQR）與松香乳液的共混，開發(fā)了抗水型濕紙力增強(qiáng)乳液（SQJ），并研究了乳液的質(zhì)量比，使用濃度和助劑等對SQJ濕紙力增強(qiáng)和抗水作用的影響。結(jié)果表明：當(dāng)SQR與松香乳液的質(zhì)量比為4∶6、共混乳液的使用量為1.2%、和添加10%的硫酸鋁作為助劑時(shí)，紙張的濕強(qiáng)度和Cobb值分別提高了30.8%和73%，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)濕強(qiáng)劑PAE

乳液共混 Cobb值 濕強(qiáng)度

紙張是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中必不可少的物資。隨著人們生活質(zhì)量的提高，紙張和紙品的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣[1]，其中一些特種紙要求在水中加工或者在水下使用,比如照相原紙、茶葉濾紙和擦手紙等[2]。這就要求紙張具有一定的濕強(qiáng)性和抗水性。目前工業(yè)上主要是通過添加濕紙力增強(qiáng)劑和施膠劑來提高紙張的濕強(qiáng)度和抗水性[3-4]。濕紙力增強(qiáng)劑主要有 PAE 樹脂、三聚氰胺甲醛（MF）樹脂、 脲醛（UF）樹脂等，由于MF樹脂和UF樹脂只能在酸性條件下使用，且都含有致癌的游離甲醛,所以使其應(yīng)用受到較大的限制。相對于MF和UF樹脂，PAE樹脂具有濕紙力增強(qiáng)效果大、不含甲醛等優(yōu)點(diǎn)。但其也存在固含量較低、運(yùn)輸成本高、不具有抗水性，且含有害元素氯等問題[5]。針對上述問題，在研究前期工作中開發(fā)了一種乳液型低成本的濕強(qiáng)劑，解決了PAE濃度低、價(jià)格高等問題。在此基礎(chǔ)上利用共混技術(shù)，進(jìn)一步開發(fā)了具有抗水性的乳液型濕強(qiáng)劑。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

濕紙力增強(qiáng)乳液（SQR）為蛋白質(zhì)接枝共聚物乳液，固含量為40%，實(shí)驗(yàn)室自制；松香乳液（SXR）、PAE溶液和陽離子淀粉（取代度0.02）均為工業(yè)品；硫酸鋁，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

可勃吸收性測定儀，PN-COBB，杭州輕通儀器開發(fā)公司；臥式電腦拉力儀WZL-300，杭州輕通儀器開發(fā)公司。

1.3 抗水型濕紙力增強(qiáng)乳液的制備

將試驗(yàn)室制得的濕強(qiáng)乳液SQR與松香乳液按一定比例混合均勻之后，并加入助劑，攪拌均勻，即得到抗水型濕紙力增強(qiáng)乳液，命名為SQJ。

1.4 測試與表征

濕強(qiáng)度測定:先將紙張切成 18 cm ×20 cm 的規(guī)格， 再將SQJ稀釋到一定濃度后均勻的涂布在紙張的表面，每張紙涂布量為3.0 g，放置于105℃的烘箱里烘6～8 min，烘干后置于干燥箱中備用[6]。再將待測紙張裁成1.5 cm×20 cm規(guī)格的長紙條，室溫條件下置于自來水中浸泡30 min，用濾紙吸去紙條表面的液體，采用WZL-300臥式電腦拉力儀測定其濕強(qiáng)度，依照國標(biāo)GB/T 12914—2008，以測定恒速加荷法來測定紙張抗張強(qiáng)度。 紙張的抗水性則通過測定紙張的Cobb值來衡量。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗水劑與蛋白質(zhì)接枝共聚物乳液的共混

SQR與SXR的質(zhì)量比對濕強(qiáng)度和抗水性的影響見圖1。

圖1 SQR與SXR的質(zhì)量比對濕強(qiáng)度和抗水性的影響

通過前期試驗(yàn)得知，具有抗水作用的松香乳液（SXR）、AKD乳液、石蠟乳液及其他的組合中，SXR與蛋白質(zhì)接枝共聚物乳液(SQR)具有良好的相容性，且抗水效果顯著。因此，本研究進(jìn)一步探討了不同質(zhì)量比的SQR與SXR共混乳液的濕強(qiáng)度增加率和Cobb值，結(jié)果也如圖1所示。在本研究的實(shí)驗(yàn)條件下，SQJ的施膠濃度為1.0%，作為對比的PAE樹脂對紙張的濕強(qiáng)度增加率為8.0%，Cobb值為115 g/m2。由圖1可知，隨著SXR的增大紙張的濕強(qiáng)度增加率逐漸下降，抗水性逐漸增大，當(dāng)m（SQR）∶m（SXR）=4∶6時(shí)，紙張的濕強(qiáng)度增加率為9.0%，Cobb值為72 g/m2。 其后，繼續(xù)增大共混乳液SXR的量，紙張的濕強(qiáng)度增加率急劇減小，因此，考慮到抗水型濕紙力增強(qiáng)乳液的綜合作用，選定SQR與SXR的質(zhì)量比為4∶6。

2.2 共混乳液使用濃度的影響

濃度對濕強(qiáng)度和抗水性的影響見圖2、圖3。

圖3 SQJ的濃度對抗水性的影響

由圖2和圖3可知，對SQR與SXR的質(zhì)量比為4∶6的SQJ進(jìn)行測試。隨著SQJ濃度的增大，紙張的濕強(qiáng)度呈上升的趨勢，但是紙張的抗水性先提高后降低，在SQJ濃度在1.2%時(shí)，紙張的抗水性最好。這可能是由于隨著SQJ濃度增加，SQR的量也增多，SQR中會(huì)反應(yīng)的基團(tuán)能優(yōu)先于纖維的羧基反應(yīng)，使得SXR與纖維的結(jié)合減少，抗水基團(tuán)的定向排列程度下降，抗水性也減弱。所以，后面的實(shí)驗(yàn)濃度選用1.2%。

2.3 化學(xué)助劑的作用

不同助劑對濕強(qiáng)度和抗水性的影響見圖4、圖5。

圖4 不同助劑對濕強(qiáng)度的影響

由圖4和圖5可知，在SQR與SXR的質(zhì)量比為4∶6的SQJ中添加10%的硫酸鋁作為助劑時(shí)，SQJ的抗水性作用變化不大，但其對紙張的濕強(qiáng)度增加顯著，增加率為30.8%。添加20%的硫酸鋁或者10%的陽離子淀粉時(shí)，SQJ對于紙張的抗水性是小于未加助劑的SQJ。綜上考慮，助劑選用硫酸鋁，其量是相對SQJ用量的10%，此時(shí)紙張的Cobb值與空白（115 g/m2）相比減小73%。

圖5 不同助劑對抗水性的影響

2.4 抗水型濕紙力增強(qiáng)乳液在不同紙張中的應(yīng)用

SQJ對不同紙張濕強(qiáng)度和抗水性的影響見圖6、圖7。

圖6 SQJ對不同紙張濕強(qiáng)度的影響

圖7 SQJ對不同紙張的抗水性的影響

由圖6和圖7可知，為了進(jìn)一步考察所研制的SQJ的適用性，選用SQR與松香乳液的質(zhì)量比為4:6、共混乳液的使用量為1.2%、再添加10%的硫酸鋁作為助劑時(shí)的SQJ，分別對商品牛皮紙、書刊紙、新聞紙和箱板紙進(jìn)行測試，測定了SQJ對其濕強(qiáng)度和抗水作用效果。結(jié)果如圖6所示，添加SQJ乳液的紙張對于紙張的濕紙力強(qiáng)度都比空白來的高。其中牛皮紙的濕強(qiáng)度提高率達(dá)到45.5%。表明SQJ如可以提高不同紙種的紙張的濕強(qiáng)度，運(yùn)用性廣。由圖7可知，SQJ還可以顯著提高不同紙種紙張的抗水性，其中牛皮紙的Cobb值減少了44%，箱板紙的Cobb值減少了61%。

3 結(jié)束語

（1）隨著松香乳液在SQJ中的質(zhì)量比增加，紙張的濕強(qiáng)度呈下降趨勢，抗水性提高，綜合考慮濕強(qiáng)度和抗水性，當(dāng)SQR與SXR的質(zhì)量比為4∶6時(shí)，SQJ對紙張的濕強(qiáng)度和抗水性能最佳。

（2）隨著SQJ濃度的增大，紙張的濕強(qiáng)度呈上升趨勢，但抗水性先提高后下降。當(dāng)SQJ濃度為1.2%時(shí)，綜合效果最佳。

（3）當(dāng)SQR與SXR的質(zhì)量比為4∶6，SQJ濃度為1.2%時(shí)。添加相對SQJ用量10%的硫酸鋁助劑比無添加時(shí)的濕紙力和抗水性能得到了提高，其中紙力強(qiáng)度提高30.8%。

（4）SQJ均能顯著提高商品牛皮紙、書刊紙、新聞紙和箱板紙等4種商品特種紙張的濕強(qiáng)度和抗水性，適用性較廣。

[1]桑益洲，劉忠. 造紙工業(yè)中濕強(qiáng)劑的研究與進(jìn)展［J］.天津造紙，2007， 29（1）：13-16.

[2]TAKAO O， AKIRA I. Characterization of polyamideamine-epichlorohydrin（PAE ）resin ： roles of azetidinium groupsand molec-ular mass of PAE in wet strength development of paper prepared with PAE［J］.Journal of Applied Polymer Science，2005.

[3]周景輝， 吳星娥. 造紙濕強(qiáng)劑的進(jìn)展[J].中國造紙，2003，22(9)：49-52.

[4]黃家莉.果蔬包裝材料研究進(jìn)展[J].包裝工程，2010，31(1)：111-115.

[5]張國運(yùn)， 楊秀芳， 程芳玲. 改性 PAE 濕強(qiáng)劑的合成與應(yīng)用［J］. 中華紙業(yè)， 2006，27（9 ）： 68-71.

[6]鄭燕玲.淀粉接枝共聚物的結(jié)構(gòu)與表面施膠性能[D].福州:福建師范大學(xué)，2014.