一種新型涂料抗水劑在造紙涂料行業(yè)中的應(yīng)用

隋曉飛，張德合，高海明，施立才，葉 洲

（九洲生物技術(shù)（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215000）

一種新型涂料抗水劑在造紙涂料行業(yè)中的應(yīng)用

隋曉飛，張德合，高海明，施立才，葉 洲

（九洲生物技術(shù)（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215000）

涂料抗水劑能夠改善紙張的抗水性能和印刷性能，在造紙涂料體系的應(yīng)用中占據(jù)著重要地位。九洲生物技術(shù)有限公司通過對(duì)造紙涂料生產(chǎn)工藝、抗水劑作用機(jī)理的深入研究，開發(fā)出一種新型涂料抗水劑，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室和工廠的應(yīng)用表明，該涂料抗水劑能顯著提高涂布紙表面抗水性能、濕摩擦性能、干摩擦性能和防潮防凍性能等，對(duì)于提高我國(guó)特種涂布紙市場(chǎng)的品質(zhì)具有十分積極的意義。

抗水劑；表面吸水性能；濕摩擦性能；干摩擦性能；防潮；防凍

我國(guó)是造紙大國(guó)，雖然涂布紙張占據(jù)了造紙市場(chǎng)、印刷市場(chǎng)和包裝市場(chǎng)的高份額，但是高質(zhì)量的涂布紙和特種涂布紙較少，使我國(guó)涂布紙張競(jìng)爭(zhēng)力面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2015年，某紙廠提出了較大改善、提高涂布紙張抗水、耐濕摩擦、防潮和防凍性能等方面的要求。涂布紙的這些性能主要是通過涂料配方中的膠粘劑和抗水助劑來實(shí)現(xiàn)的。膠粘劑成膜性較好，能夠賦予紙張較高的強(qiáng)度、表觀物性、印刷適性和較好的抗水性能?？顾鷦┮惨辛己玫某赡ば裕瑫r(shí)要求能夠與膠粘劑進(jìn)行高度網(wǎng)絡(luò)化、致密的交聯(lián)，提供高強(qiáng)度、持久的抗水性能；這些抗水性能可以延展到包裝紙張、食品紙張、特種需求紙張等領(lǐng)域?qū)Ρ砻婵顾?、耐濕摩擦、耐干摩擦和防潮防凍等高端性能的需求，滿足包裝和應(yīng)用要求，并成為一種市場(chǎng)大趨勢(shì)[1]。

目前抗水劑主要包括：（1）氨基樹脂類的脲醛（UF樹脂）、三聚氰胺樹脂（MF樹脂），此類抗水劑已被淘汰使用；（2）改性乙二醛類；（3）金屬鹽類，某些金屬鹽類作為抗水劑，如以鋅、鋯等價(jià)金屬鹽為代表的不溶金屬鹽，但應(yīng)用最廣泛的是碳酸鋯銨（AZC）抗水劑；（4）聚酞胺環(huán)氧樹脂，以及對(duì)它們改性后得到的產(chǎn)品，如聚酰胺聚脲樹脂（PAPU）和聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂（PAPE）。

抗水劑的抗水機(jī)理可以分為3種：（1）抗水劑分子中的活性羥基與膠粘劑中的羥基交聯(lián)固化，形成網(wǎng)狀的固化膜，從而達(dá)到抗水的作用，如氨基樹脂類抗水劑[2]；（2）用某種物質(zhì)來阻止膠粘劑中的親水基團(tuán)與水親和來達(dá)到抗水的目的，如碳酸鋯銨抗水劑[3]；（3）利用抗水助劑分子內(nèi)較多的活性基團(tuán)與涂料中的組分進(jìn)行立體交聯(lián)和成膜，達(dá)到抗水的最終目的。

九洲生物技術(shù)有限公司依據(jù)水性涂料體系的特點(diǎn)和高分子聚合物的抗水機(jī)理特性，成功開發(fā)出一種新型的多活性官能團(tuán)聚合物類涂料抗水劑NCC?NA。NCC?NA與市場(chǎng)上其他現(xiàn)用的3種類型的抗水劑作用基團(tuán)的對(duì)比見表1。

表1 各種類型的抗水劑作用基團(tuán)

通過以上4種類型抗水劑的作用方式可以看出，抗水劑NCC?NA不僅擁有像PAPU類抗水劑與涂料組分形成共價(jià)基團(tuán)，更兼具有AZC類抗水劑的離子基團(tuán)以及形成的絡(luò)合物。該新型涂料抗水劑結(jié)合了市場(chǎng)上其他抗水劑的優(yōu)點(diǎn)，不僅滿足了紙張的特種用途要求，而且還滿足了嚴(yán)格的食品法規(guī)要求，是一種綠色、環(huán)保、高效的特種涂料抗水劑。我們對(duì)該新型涂料抗水劑與市場(chǎng)上其他抗水劑的性能及應(yīng)用效果進(jìn)行了對(duì)比和研究。

1 實(shí)驗(yàn)室性能評(píng)估

1.1 涂料的配制

實(shí)驗(yàn)室條件下按照表2中的涂料配方配制涂料。

表2 涂料配方

1.2 涂料指標(biāo)

配制后及時(shí)檢測(cè)涂料的濃度、pH、保水值和高低剪切黏度等指標(biāo)，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 涂料指標(biāo)

按照設(shè)定的涂布配方進(jìn)行涂料配制，其中配方中NCC?NA的用量為其他3類抗水劑的1/3。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗水劑對(duì)涂布紙常規(guī)物理性能的影響

表4顯示了不同類型抗水劑對(duì)涂布紙常規(guī)物理性能的影響。

表4 抗水劑對(duì)涂布紙常規(guī)物理性能的影響

使用不同類型抗水劑的涂料涂布的成紙白度、光澤度和平滑度等指標(biāo)差異不大，說明不同成分的抗水劑對(duì)涂布紙的上述指標(biāo)影響不大。

2.2 抗水劑對(duì)涂布紙表面強(qiáng)度性能的影響

IGT干拉毛強(qiáng)度采用AIC-5T 2000型IGT印刷適性儀器參照GB/T 22365—2008檢測(cè)，結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，NCC?NA和PAPU抗水劑涂料涂布的成紙干拉毛強(qiáng)度明顯高于改性乙二醛和AZC抗水劑。這是NCC?NA組分中的環(huán)氧基和PAPU組分中的羥基可以迅速地與涂料中膠粘劑進(jìn)行交聯(lián)固化形成穩(wěn)定網(wǎng)狀固化膜，以達(dá)到提高涂布層表面強(qiáng)度的目的。

2.3 抗水劑對(duì)涂布紙濕摩擦性能的影響

濕摩擦儀通過固定的壓力在潤(rùn)濕的涂布紙紙面進(jìn)行穩(wěn)定的摩擦，通過測(cè)試摩擦后水的濁度，反映涂布紙涂層的耐濕摩擦性能，濁度越大，說明涂層在水的侵蝕下越容易瓦解。涂布紙的耐濕摩擦檢測(cè)按照TAPPI T476標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，測(cè)試參數(shù)設(shè)置：?jiǎn)蜗鹉z輪摩擦10圈。測(cè)試結(jié)果見圖2。

圖1 抗水劑對(duì)涂布紙IGT干拉毛強(qiáng)度的影響

圖2 抗水劑對(duì)涂布紙耐濕摩擦性能的影響

從圖2可以看出，抗水劑NCC?NA熟化速度以及涂布紙抗水性明顯好于其他3類抗水劑。這是NCC?NA中含有的多功能活性基團(tuán)可以較快地與涂料膠粘劑中的基團(tuán)交聯(lián)固化，提高了涂布紙的抗水性。

2.4 抗水劑對(duì)涂布紙抗水性能的影響

參照GB/T 1540—1989對(duì)不同抗水劑的涂布紙檢測(cè)紙張的抗水性，檢測(cè)結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，NCC?NA抗水劑涂料涂布的成紙的表面吸收性能略微優(yōu)于其他3類抗水劑。這是由于NCC?NA中多活性官能團(tuán)可以與膠粘劑的親水基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，成膜后憎水基團(tuán)也起到抵抗液體的原因。

3 產(chǎn)品應(yīng)用

3.1 工藝

圖3 抗水劑對(duì)涂布紙抗水性能的影響

某涂布紙廠使用我公司產(chǎn)品NCC?NA代替前期使用的碳酸鋯鹽類抗水劑，底/中涂以及面涂抗水劑用量情況見表5。

表5 某紙廠涂料中抗水劑用量1）

3.2 成紙指標(biāo)

使用抗水劑AZC和NCC?NA的涂料分別涂布后的成紙各項(xiàng)指標(biāo)見表6。

表6 使用不同抗水劑涂料涂布后的成紙各項(xiàng)指標(biāo)

從表6可以看出，NCC?NA抗水劑涂料涂布的成紙強(qiáng)度有較大幅度提升，特別是IGT干拉毛強(qiáng)度、耐濕摩擦性能、表面吸水性能等有較大改善。與AZC抗水劑相比，NCC?NA抗水劑能夠迅速熟化，疏水基團(tuán)緊密地排列在涂層表面形成疏水膜，多活性官能團(tuán)能夠同涂料其他組分形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，涂布層內(nèi)部緊密交聯(lián)，并與外部協(xié)同作用，有效改善了涂布紙張的耐濕摩擦性能和表面抗水性能。

客戶使用NCC?NA抗水劑后，客戶存在的掉毛掉粉等客訴情況明顯減少，對(duì)于此方面的質(zhì)量改善客戶非常滿意。

4 結(jié)論

（1）九洲生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的多活性官能團(tuán)聚合物類抗水劑NCC?NA是一種新型、優(yōu)良的抗水劑，具有優(yōu)良的防潮、抗水、抗凍效果，應(yīng)用效果好，使用量少，性價(jià)比高。

（2）NCC?NA抗水劑具有優(yōu)良的成膜性能，熟化速度快，能夠改善涂布紙張所需要的表面強(qiáng)度、表面抗水性能，耐濕摩擦性能等，減少涂布紙掉毛掉粉現(xiàn)象。

（3）NCC?NA抗水劑是符合GB 9685《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，符合食品、煙用、特種紙等紙張揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC標(biāo)準(zhǔn)的抗水劑類型，并已經(jīng)為相關(guān)食品級(jí)別紙張客戶和特種紙行業(yè)客戶大量供貨使用。

［1］ 李燕，胡開堂.紙張涂布抗水劑的應(yīng)用及其研究進(jìn)展［J］.造紙化學(xué)品，2003，15（2）：5-8.

［2］ 胡建修，韓恩山，常亮，等.紙張涂布抗水劑研究進(jìn)展［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2006，7（2）：48-51.

［3］ 林治憲，林躍梅.新型涂料抗水劑碳酸鋯銨的抗水機(jī)理及應(yīng)用［J］.造紙化學(xué)品，1998，10（2）；23-26.

Application of a New Water-resistance Agent Used for Paper Coating

SUI Xiao-fei，ZHANG De-he，GAO Hai-ming，SHI Li-cai，YE Zhou
（Nine Continent Biotechnology（Suzhou）Co.，Ltd.，Suzhou 215000，China）

Water-resistance agent can improve the paper’s water resistant and printing performance，it has an important position in the application of paper coating system.Through the deep study of the production processof paper coatings and the effect mechanismof water-resistanceagents，Nine Continent Biotechnology Company developed a new type water-resistance agent.Through the application in the laboratory and factory，it revealed that the water-resistance agent can significantly improve the coated paper surface’s water resistant property，wet friction property，dry friction property，moisture proof and anti-freezing performance.It has a great positive significance to improve the quality of the special coated paper market in our country.

water-resistance agent；surface’s water absorption property；wet friction property；dry friction property；moisture proof；anti-freezing

TS727+.3

A

1007-2225（2017）01-0014-04

隋曉飛先生（1982-），九洲生物技術(shù)（蘇州）有限公司技術(shù)經(jīng)理；主要從事涂料化學(xué)品的應(yīng)用和研發(fā)；E-mail：suixf@nccchina.cn。

2016-12-16（修回）

本文文獻(xiàn)格式：隋曉飛，張德合，高海明，等．一種新型涂料抗水劑在造紙涂料行業(yè)中的應(yīng)用[J]．造紙化學(xué)品，2017，29（1）∶14-17．