抗水型紙張濕紙力增強乳液的研制

周思耀 蔡建泉 翁景崢 柯金煉 吳宗華

（福建師范大學 材料科學與工程學院， 福建 福州 350117）

抗水型紙張濕紙力增強乳液的研制

周思耀 蔡建泉 翁景崢 柯金煉 吳宗華

（福建師范大學 材料科學與工程學院， 福建 福州 350117）

通過濕紙力增強乳液（SQR）與松香乳液的共混，開發了抗水型濕紙力增強乳液（SQJ），并研究了乳液的質量比，使用濃度和助劑等對SQJ濕紙力增強和抗水作用的影響。結果表明：當SQR與松香乳液的質量比為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，紙張的濕強度和Cobb值分別提高了30.8%和73%，明顯優于傳統濕強劑PAE

乳液共混 Cobb值 濕強度

紙張是社會經濟發展和人民生活中必不可少的物資。隨著人們生活質量的提高，紙張和紙品的應用領域越來越廣[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性和抗水性。目前工業上主要是通過添加濕紙力增強劑和施膠劑來提高紙張的濕強度和抗水性[3-4]。濕紙力增強劑主要有 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效果大、不含甲醛等優點。但其也存在固含量較低、運輸成本高、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了一種乳液型低成本的濕強劑，解決了PAE濃度低、價格高等問題。在此基礎上利用共混技術，進一步開發了具有抗水性的乳液型濕強劑。

1 試驗

1.1 原料

濕紙力增強乳液（SQR）為蛋白質接枝共聚物乳液，固含量為40%，實驗室自制；松香乳液（SXR）、PAE溶液和陽離子淀粉（取代度0.02）均為工業品；硫酸鋁，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 試驗儀器

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

1.3 抗水型濕紙力增強乳液的制備

將試驗室制得的濕強乳液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乳液，命名為SQJ。

1.4 測試與表征

濕強度測定:先將紙張切成 18 cm ×20 cm 的規格， 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度，依照國標GB/T 12914—2008，以測定恒速加荷法來測定紙張抗張強度。 紙張的抗水性則通過測定紙張的Cobb值來衡量。

2 結果與討論

2.1 抗水劑與蛋白質接枝共聚物乳液的共混

SQR與SXR的質量比對濕強度和抗水性的影響見圖1。

圖1 SQR與SXR的質量比對濕強度和抗水性的影響

通過前期試驗得知，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，本研究進一步探討了不同質量比的SQR與SXR共混乳液的濕強度增加率和Cobb值，結果也如圖1所示。在本研究的實驗條件下，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的增大紙張的濕強度增加率逐漸下降，抗水性逐漸增大，當m（SQR）∶m（SXR）=4∶6時，紙張的濕強度增加率為9.0%，Cobb值為72 g/m2。 其后，繼續增大共混乳液SXR的量，紙張的濕強度增加率急劇減小，因此，考慮到抗水型濕紙力增強乳液的綜合作用，選定SQR與SXR的質量比為4∶6。

2.2 共混乳液使用濃度的影響

濃度對濕強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的質量比為4∶6的SQJ進行測試。隨著SQJ濃度的增大，紙張的濕強度呈上升的趨勢，但是紙張的抗水性先提高后降低，在SQJ濃度在1.2%時，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中會反應的基團能優先于纖維的羧基反應，使得SXR與纖維的結合減少，抗水基團的定向排列程度下降，抗水性也減弱。所以，后面的實驗濃度選用1.2%。

2.3 化學助劑的作用

不同助劑對濕強度和抗水性的影響見圖4、圖5。

圖4 不同助劑對濕強度的影響

由圖4和圖5可知，在SQR與SXR的質量比為4∶6的SQJ中添加10%的硫酸鋁作為助劑時，SQJ的抗水性作用變化不大，但其對紙張的濕強度增加顯著，增加率為30.8%。添加20%的硫酸鋁或者10%的陽離子淀粉時，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 抗水型濕紙力增強乳液在不同紙張中的應用

SQJ對不同紙張濕強度和抗水性的影響見圖6、圖7。

圖6 SQJ對不同紙張濕強度的影響

圖7 SQJ對不同紙張的抗水性的影響

由圖6和圖7可知，為了進一步考察所研制的SQJ的適用性，選用SQR與松香乳液的質量比為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的SQJ，分別對商品牛皮紙、書刊紙、新聞紙和箱板紙進行測試，測定了SQJ對其濕強度和抗水作用效果。結果如圖6所示，添加SQJ乳液的紙張對于紙張的濕紙力強度都比空白來的高。其中牛皮紙的濕強度提高率達到45.5%。表明SQJ如可以提高不同紙種的紙張的濕強度，運用性廣。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 結束語

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

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

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

[1]桑益洲，劉忠. 造紙工業中濕強劑的研究與進展［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. 造紙濕強劑的進展[J].中國造紙，2003，22(9)：49-52.

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

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

[6]鄭燕玲.淀粉接枝共聚物的結構與表面施膠性能[D].福州:福建師范大學，2014.