湿强剂在造纸工业中的应用与发展

隋艳霞

（黑龙江省造纸工业研究所，黑龙江牡丹江，157013）

由于纸浆纤维具有高度的亲水性，水分子能参与广泛的氢键结合，当纸与水接触时纤维—纤维结合被纤维—水键合取代，因此，纸和纸板被水浸透后，其机械强度几乎全部丧失，一般只能保持干纸强度的4%～10%。[1]而在工农业技术、日常生活的实际应用中，很多纸张如照相纸、钞票纸、育苗纸等都要求纸张具有较高的湿强度。因此，常通过添加化学助剂（湿强剂）提高纸的湿强度。此外，在纸浆中加湿强剂，又可给高速纸机的操作创造更为有利的条件。

1 湿强剂的作用机理[2]

加入纸桨中的湿强剂通过纸的干燥处理发生化学变化，使纸张在水中不易膨胀，从而产生湿强度，其作用机理主要包括以下几个方面：

（1）加入纸浆中的湿强树脂一般为低分子且溶于水的初期缩合物，加入纸浆能渗透到纤维的表面和内部，并缩聚成高分子聚合物，使得树脂与相邻纤维间的部分羟基结合，形成抗水的亚甲基醚键等共价键，因而使纸张产生一定的湿强度。

（2）湿强树脂的部分高分子聚合物沉积于纤维间，与相邻纤维间树脂分子构成网状结构的无定形交织，限制了纤维彼此间的活动，相应地就减少了纤维的润胀和纸页伸缩变形等性能，从而增加了纸的湿强度。

（3）部分湿强树脂分布于纤维表面，由于树脂成熟后具有持久不变且溶于水的性质，从而阻止了水分子深入纤维空隙中，避免纤维因吸水膨胀而破坏纤维结合，因而增加了湿强度。

（4）加热或其它化学条件下，能自身聚合固化或与纤维素反应形成共价键。

2 影响留着率和效果的因素[3]

湿强剂的作用效果受很多因素的影响，掌握和了解这些因素，对今后更好地使用湿强剂会有很大的帮助。

2.1 纸浆打浆的影响

一般来说，纸浆的打浆度越高，纤维表面积越大，纤维对湿强树脂吸附能力就越大。因此，在一定的打浆度范围内，纸的湿强度随打浆度的提高而增加。

2.2 硫酸铝的影响

在纸浆中，一方面存在适量的硫酸铝，可以改进各种类型树脂的留着率和湿强度，另一方面，阴离子树脂必须在硫酸铝帮助下才能强烈地吸附在纤维上，从而起到湿强作用。

2.3 pH值的影响

pH值对树脂的成熟和在纸张中的留着率有很重要的影响。如脲醛树脂在贮存和配置树脂液时，为保持其良好的稳定性和避免树脂分子过早迅速聚合，必须控制pH值在7以上，但为使树脂迅速凝聚而存留在纸浆上，在加入树脂前，纸浆的pH值应控制在4.0～4.5左右，并应加入一定量的硫酸铝以使树脂留着充分，又如在使用三聚氰胺甲醛树脂液前，纸浆的pH值也应控制在4.0～4.5左右。

2.4 纤维原料的影响

对不同种类的浆料，同一湿强剂的湿强效果有所不同。如聚酰胺环氧氯丙烷对纸浆的湿增强效果有所不同，它对木浆的湿增强效果明显高于草浆和棉浆。

2.5 残余化学物质的影响

纸浆在施加树脂前必须充分洗净，浆料中即使含有少量蒸煮溶液，未洗净氯化物或残氯等都会影响湿强树脂的使用效果。

3 常用造纸湿强剂

3.1 改性脲甲醛树脂

传统脲甲醛树脂（UF）由于有游离甲醛的危害，近年来国外已经开始禁用，而一些不含甲醛的湿强剂成本大多较高，因此人们开始对改性脲甲醛树脂进行研究。李晓宣等[4]研究了以乙二醛部分或全部代替甲醛合成脲醛树脂的合成条件以及产物对纸产生的湿增强效果。结果表明，产物无甲醛污染，固含量和粘度适中，贮存稳定性好且湿强效果明显，适于用作纸张湿强剂。

3.2 改性三聚氰胺甲醛树脂

由甲醛和三聚氰胺反应生成的三聚氰胺甲醛树脂（MF），其酸性胶只有在浓度较低（<6%）时才是稳定的，另外树脂液中的游离甲醛含量较高，固化要求的pH值（4～4.5）较低，故应用时比较麻烦，并对纸张白度及耐久性都有不良影响，而改性MF树脂改善了MF树脂的某些性能，在造纸工业上应用更为广泛。

沈一丁等[5]在合成MF树脂时加入足够量的甲醇或其它醇类作为改性剂制成改性MF树脂，改性MF树脂在涂布中可作为抗水剂，另外与聚酰胺环氧氯丙烷配合可作为中性抄纸用湿增强剂。

3.3 聚酰胺环氧氯丙烷树脂（PAE）

作为湿强剂，PAE树脂主要用于一次性的生活用纸和医疗用纸，如手巾纸、药棉纸等。另外也用于照相原纸、液体包装用纸和食品包装用纸中。

PAE树脂特点：A无毒无味，不含甲醛类的湿强剂；B可在pH值4～10的范围内广泛使用；C具有高效湿强效果，当用量在0.5～1.0时，相对湿强度可达14%左右，因而用量少；D其损纸回收容易，可在pH值10条件下进行打浆；E具有良好的吸附性能，较高的干强度和暂时的湿强度；F含PAE的纸页刚度低。

由于含PAE树脂的纸页刚度低，成纸接页困难，人们对其进行改性，主要改性产品是由已二酸、二乙烯三胺和乙醇胺组成的聚合物，用环氧氯丙烷进行环氧化后所得。这种改性产品，贮存时间加长，使纸张的相对湿强度增加（当加入量为1%时，相对湿强度达到35%左右），而且还可使纸张具有良好的韧度和塑性。

PAE树脂及其改性产品在中性、弱碱性条件下固化，可减轻废水污染，减弱对造纸设备的腐蚀，同时，生产出的纸中不含游离甲醛，避免了纸张日久泛黄的特点，也对人无害，因此被广泛应用。但该类产品成本较高。

3.4 聚乙烯亚胺树脂（PEI）

PEI是一种多支链聚合物，应用于造纸工业始于二十世纪四十年代末的欧洲，是由乙烯亚胺单体在酸催化下聚合成的，其分子中存在伯、仲、叔三种胺基基团，在pH值8以下胺基大量质子化，而使树脂成为带高阳离子电荷的聚合物电解质。

PEI树脂特点：A分子内没有形成共价交联的基团，故不需经固化或聚合便可获得湿强度，但湿强效果较热固性树脂差；B普遍用于碱性抄纸中；C当浆料中留着率为1%时，相对湿度达到20%左右。

3.5 壳聚糖

壳聚糖是现在研究最为活跃的一种造纸湿强剂，是甲壳素脱去乙酰基形成的衍生物。它是高分子线形聚合物，对纤维有足够的粘结强度和在纤维间聚桥的能力，而且它是一种天然的阳离子聚合物，分子链上具有许多正电荷中心和氢键中心，易和纤维上的负电荷形成离子键，和纤维上非离子表面形成氢键。因此，可用作造纸湿强剂。

3.6 二醛淀粉（DAS）

二醛淀粉（DAS）由高碘酸氧化玉米淀粉制得。一般在pH值4.5左右使用。当它在浆料中的留着率为2%时，相对湿强度达27%。其湿强效果持续时间短。易被生物降解。可用它作卫生巾、尿布用纸的湿强剂。

3.7 新型湿强剂—多官能羧酸

由于传统的许多湿强树脂对环境的不良影响日益引起人们的关注，造纸工业正在努力寻找一些对环境无害的替代湿强剂。聚羧酸便是其中的一种。有文献报道，纸页经过某些多官能羧酸如：马来酸的均聚物（PMA）、三元共聚物（TPMA），多亚乙基马来酸（EMA）等处理后，其湿强度与干强度比值可超过60%，而且其湿强纸回收容易。但处理后的纸页耐折度和抗张能力显著下降。

4 结束语

随着世界经济的不断发展，纸的用途越来越广。湿强剂对某些纸和纸板产品具有重要的作用。进入21世纪，环境保护已成为世界各国的共识，严格的环保立法要求造纸助剂必须是低污染的化学品，且应具有生物降解性。因此，开发新一代无污染的湿强剂将成为造纸工业今后的发展趋势。

[1]吴翠玲,李新平,王建勇.造纸工业常用湿强剂及其发展趋势[J].纸和造纸,2005(6)：35-38.

[2]张巧真,冀玲芳.造纸湿强剂[J].湖北造纸,2003(1)：29-31

[3]刘远华.浅谈造纸湿强剂的应用[J].浙江造纸,2000(3)：57-58.

[4]李晓宣,李星纬,蒋鹏举.乙二醛/尿素树脂的合成及在造纸上的应用[J].南京理工大学学报,1999,23(2)：162.

[5]沈一丁,陈玉群,田德卿.改性氨基树脂增强剂的制备及稳定性研究[J].造纸化学品,200,12(2)：19