多活性官能團(tuán)抗水劑在特種紙領(lǐng)域的應(yīng)用

隋曉飛，戴 玲，高海明

（九洲生物技術(shù)（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215000）

特種紙是在加工紙基礎(chǔ)上擴(kuò)展出來(lái)的一個(gè)新紙種，其具有的特殊性能及適應(yīng)某種特殊用途的作用令使用者刮目相看。由于特種紙的制造涉及的學(xué)科比較多 ，與熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等物理過(guò)程、化學(xué)原理及生物機(jī)制等關(guān)系密切，因此，特種紙的生產(chǎn)難度也較大。不過(guò)特種紙的產(chǎn)值較高、應(yīng)用范圍較廣，其生命力較強(qiáng) ，發(fā)展前景令人鼓舞[1]13-19。

特種紙的原料五花八門(mén)，不拘泥一種原料，可以是纖維原料，也是可以其他材料，同時(shí)還可能添加了很多優(yōu)勢(shì)特別明顯的化學(xué)品來(lái)達(dá)到某種特殊性能。普通紙多是采用植物纖維，如木材、草類(lèi)等。而特種紙的原料除了植物纖維之外，還可配有其他各種非植物纖維，如化學(xué)纖維、碳素纖維和金屬纖維等。這樣就能夠彌補(bǔ)原來(lái)天然纖維的某些弱點(diǎn)，有利于提高成紙的品質(zhì)，以達(dá)到“優(yōu)化組合”之目的。特種紙可以通過(guò)不同的加工方法和添加不同的化學(xué)品（助劑），使成紙具有某種突出的性能。例如，普通紙遇明火立即燃燒，而某種阻燃紙卻是不怕火、也不會(huì)燃燒。特種紙的品種日益增多，有人認(rèn)為可能占紙種總數(shù)的80%，在文化教育、工業(yè)生產(chǎn)、軍事科技和日常生活中有著眾多的用途[1]13-19。

目前市場(chǎng)上的特種紙按照加工方法不同分為涂布加工紙、復(fù)合加工紙、變性加工紙、浸漬加工紙、和機(jī)械加工紙等。具體的特種紙包括裝飾紙、壁紙、防油紙、玻璃卡紙、壓感記錄紙、熱感記錄紙、防電記錄紙、無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙、熱敏紙、羊皮紙和鋼紙等等[2]。

2015年我國(guó)特種紙及紙板生產(chǎn)量265萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)6.00%；消費(fèi)量217萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)5.85%[3]。特種紙應(yīng)用領(lǐng)域遍布生活、工業(yè)、軍事、科研、藝術(shù)、交通、航天等，特殊的性能和優(yōu)異的構(gòu)造滿(mǎn)足了應(yīng)用的要求，未來(lái)發(fā)展?jié)撃茉絹?lái)越大，國(guó)內(nèi)很多特種紙生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始重視特種紙新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

依據(jù)涂料體系的特點(diǎn)、高分子聚合物的抗水機(jī)理和特種紙?zhí)厥庑阅芤?，九洲生物技術(shù)（蘇州）有限公司成功開(kāi)發(fā)出多活性官能團(tuán)聚合物類(lèi)涂料抗水劑。該抗水劑能夠同涂料體系中膠乳、重質(zhì)碳酸鈣等成分進(jìn)行全方位、立體化的化學(xué)交聯(lián)作用，形成一個(gè)微觀空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和宏觀抗水涂層，提高涂布層的抗水、防潮、防凍，耐濕摩擦的性能，達(dá)到特種紙所需求的特種性能。

本文采用九洲生物技術(shù)（蘇州）有限公司開(kāi)發(fā)的多活性官能團(tuán)聚合物類(lèi)涂料抗水劑對(duì)涂布紙的抗水性能、印刷性能和耐濕摩擦性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，并在客戶(hù)中將新開(kāi)發(fā)的多活性官能團(tuán)抗水劑產(chǎn)品與替代前使用的AZC類(lèi)抗水劑作了應(yīng)用對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)室研究

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

高速分散機(jī)、IKA HB10恒溫水浴鍋、FD115電熱恒溫干燥箱、XS625M電子天平、L-3D烘干機(jī)、NYG300壓光機(jī)、耐磨耗儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)原料

丁苯膠乳（巴斯夫 牌號(hào)7128/516，固含量50%，巴斯夫上海公司提供）；高嶺土（粉末），粒度≤2 μm的達(dá)92%以上，茂名石化礦業(yè)有限公司提供；重質(zhì)碳酸鈣（GCC，分散液），粒度≤2 μm的達(dá)95%以上和粒度≤2 μm的達(dá)65%以上，富陽(yáng)某造紙廠提供；分散劑、潤(rùn)滑劑以及抗水劑等涂料助劑，為九洲生物技術(shù)（蘇州）有限公司自產(chǎn)；涂布淀粉、羧甲基纖維素（CMC）及未涂白紙板原紙均取自富陽(yáng)某造紙廠。

1.3 檢測(cè)方法

IGT干拉毛和濕拉毛強(qiáng)度檢測(cè)方法參照GB/T 22365—2008《紙和紙板 印刷表面強(qiáng)度的測(cè)定》。紙張的濕摩擦檢測(cè)方法參照TAPPI T 476標(biāo)準(zhǔn)《紙和紙板的磨耗》。表面吸收性能檢測(cè)方法參照GB/T 1540—1989《紙和紙板吸水性的測(cè)定法》。干摩擦測(cè)試：1 000 g負(fù)荷情況下，用紙的表面與表面摩擦，記錄紙的表面產(chǎn)生紙粉時(shí)的摩擦次數(shù)。手指濕摩擦：在涂布紙表面滴上水，用指頭面摩擦涂布紙面，直到產(chǎn)生掉粉的時(shí)間。防潮防凍時(shí)間：放于冰箱冷藏，溫度4℃，查看涂布紙水珠透點(diǎn)的時(shí)間。

1.4 配制涂料

實(shí)驗(yàn)室條件下按照表1中的涂料配方配制涂料。

表1 涂料配方

將表1的各組分按一定順序在高速分散機(jī)上進(jìn)行分散制備涂料，然后使用棒式涂布機(jī)進(jìn)行紙張涂布，接著使用烘干式烘干機(jī)進(jìn)行烘干，最后進(jìn)行壓光機(jī)壓光處理。

1.5 抗水劑用量對(duì)涂布紙抗水性能的影響

圖1顯示了抗水劑用量對(duì)涂布紙抗水性能的影響（以下圖、表中將“多活性官能團(tuán)抗水劑”簡(jiǎn)稱(chēng)為“多活性官能團(tuán)”，將“AZC類(lèi)抗水劑”簡(jiǎn)稱(chēng)為“AZC”）。

圖1 抗水劑用量對(duì)抗水性能的影響

從圖1可以看出，多活性官能團(tuán)抗水劑用量（原液添加）同碳酸鋯銨（AZC）類(lèi)抗水劑用量保持一致的情況下，涂布紙張的表面吸水性能隨著抗水劑用量的增加呈降低趨勢(shì)，AZC抗水劑用量增加到一定程度后，抗水效果趨于平緩，效果維持不變，而多活性官能團(tuán)抗水劑效果顯著，能夠在AZC產(chǎn)品效果的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)揮作用，紙面抗水效果趨勢(shì)繼續(xù)延續(xù)，整體抗水效果好。

1.6 抗水劑用量對(duì)涂布紙印刷濕強(qiáng)性能的影響

圖2顯示了抗水劑用量對(duì)涂布紙印刷濕強(qiáng)性能的影響。

圖2 抗水劑用量對(duì)涂布紙印刷濕強(qiáng)性能的影響

從圖2可以看出，多活性官能團(tuán)抗水劑用量（原液添加）同AZC類(lèi)抗水劑用量保持一致的情況下，涂布紙張的印刷濕強(qiáng)性能隨著抗水劑用量的增加印刷效果等級(jí)提高。該印刷濕強(qiáng)性能表征的是一次印刷時(shí)的濕拉毛強(qiáng)度，防止在印刷時(shí)潤(rùn)版液存在的情況下掉毛掉粉。多活性官能團(tuán)抗水劑對(duì)于印刷濕強(qiáng)性能效果好，比AZC類(lèi)抗水劑更能夠提高其印刷濕拉毛強(qiáng)度。

1.7 抗水劑用量對(duì)耐濕摩擦性能的影響

圖3顯示了抗水劑用量對(duì)涂布紙耐濕摩擦性能的影響。

圖3 抗水劑用量對(duì)涂布紙耐濕摩擦性能的影響

從圖3可以看出，該試驗(yàn)測(cè)試為紙張的濕摩擦檢測(cè)，按照TAPPI T 476標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)：濕摩擦儀通過(guò)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(guò)測(cè)試摩擦后水的濁度來(lái)反映涂布紙涂層的耐濕摩擦性能；濁度越大，說(shuō)明涂層在水的侵蝕下越容易瓦解。測(cè)試參數(shù)設(shè)置：?jiǎn)蜗鹉z輪摩擦10圈。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，多活性官能團(tuán)抗水劑用量（原液添加）同AZC類(lèi)抗水劑用量保持一致的情況下，涂布紙張的耐濕摩擦性能隨著抗水劑用量的增加呈濁度逐漸降低的趨勢(shì)，濁度越低表征耐濕摩擦效果越好。該涂布紙耐濕摩擦性能表征的是多次印刷摩擦?xí)r的濕強(qiáng)度，防止在重復(fù)印刷時(shí)紙面掉毛掉粉。多活性官能團(tuán)抗水劑比AZC類(lèi)抗水劑能夠更好地提供耐濕摩擦性能。

2 客戶(hù)應(yīng)用

2.1 涂料配方

某客戶(hù)使用九洲生物技術(shù)（蘇州）有限公司多活性官能團(tuán)抗水劑產(chǎn)品代替前期使用的AZC類(lèi)抗水劑，中/底涂以及面涂抗水劑的用量情況見(jiàn)表2。

表2 某客戶(hù)抗水劑用量

2.2 成紙指標(biāo)

使用2種不同抗水劑的食品涂布紙各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示。

表3 使用2種抗水劑的食品紙各項(xiàng)指標(biāo)

從表3的數(shù)據(jù)可以看出：多活性官能團(tuán)抗水劑在食品涂布紙中作用比較顯著，紙張表面的抗水性能得到了提高，印刷的干、濕強(qiáng)度較好；紙張的耐干摩擦效果非常明顯，能夠達(dá)到質(zhì)量要求，同時(shí)減少了涂布紙張生產(chǎn)、貯存和分切過(guò)程的摩擦掉毛掉粉現(xiàn)象。同時(shí)，紙張的耐濕摩擦效果也非常顯著，我們提供便利的現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)檢測(cè)方法同樣也能夠驗(yàn)證耐濕摩擦的效果，提高紙張?jiān)诙啻斡∷⑦^(guò)程中的耐濕摩擦和印刷濕強(qiáng)度。食品紙張所需要的防潮效果，通過(guò)模擬現(xiàn)實(shí)生活冰箱貯存條件得到了驗(yàn)證。綜合以上指標(biāo)可以看出，多活性官能團(tuán)抗水劑能夠立體化、高密度地交聯(lián)涂料各組分，形成致密的涂層結(jié)構(gòu)，提高表面抗水、耐摩擦和防潮效果，能夠滿(mǎn)足涂布紙張的使用要求。

3 結(jié)論

（1）九洲生物技術(shù)(蘇州)有限公司生產(chǎn)的多活性官能團(tuán)抗水劑是一種新型、優(yōu)良的抗水劑，具有優(yōu)良的防潮、抗水、耐摩擦和抗潮效果。

（2）多活性官能團(tuán)抗水劑具有優(yōu)良的成膜性能，熟化速度快，能夠發(fā)揮立體化、高度交聯(lián)化的作用機(jī)理，形成良好的抗水涂層。

（3）多活性官能團(tuán)抗水劑有良好耐干摩擦效果，能夠減少生產(chǎn)、貯存、分切過(guò)程的摩擦掉毛掉粉現(xiàn)象。

（4）多活性官能團(tuán)抗水劑符合食品GB 9685標(biāo)準(zhǔn)，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)，已經(jīng)在相關(guān)食品級(jí)紙張和特種紙行業(yè)大量推廣使用。