抗水型纸张湿纸力增强乳液的研制

周思耀 蔡建泉 翁景峥 柯金炼 吴宗华

（福建师范大学 材料科学与工程学院， 福建 福州 350117）

抗水型纸张湿纸力增强乳液的研制

周思耀 蔡建泉 翁景峥 柯金炼 吴宗华

（福建师范大学 材料科学与工程学院， 福建 福州 350117）

通过湿纸力增强乳液（SQR）与松香乳液的共混，开发了抗水型湿纸力增强乳液（SQJ），并研究了乳液的质量比，使用浓度和助剂等对SQJ湿纸力增强和抗水作用的影响。结果表明：当SQR与松香乳液的质量比为4∶6、共混乳液的使用量为1.2%、和添加10%的硫酸铝作为助剂时，纸张的湿强度和Cobb值分别提高了30.8%和73%，明显优于传统湿强剂PAE

乳液共混 Cobb值 湿强度

纸张是社会经济发展和人民生活中必不可少的物资。随着人们生活质量的提高，纸张和纸品的应用领域越来越广[1]，其中一些特种纸要求在水中加工或者在水下使用,比如照相原纸、茶叶滤纸和擦手纸等[2]。这就要求纸张具有一定的湿强性和抗水性。目前工业上主要是通过添加湿纸力增强剂和施胶剂来提高纸张的湿强度和抗水性[3-4]。湿纸力增强剂主要有 PAE 树脂、三聚氰胺甲醛（MF）树脂、 脲醛（UF）树脂等，由于MF树脂和UF树脂只能在酸性条件下使用，且都含有致癌的游离甲醛,所以使其应用受到较大的限制。相对于MF和UF树脂，PAE树脂具有湿纸力增强效果大、不含甲醛等优点。但其也存在固含量较低、运输成本高、不具有抗水性，且含有害元素氯等问题[5]。针对上述问题，在研究前期工作中开发了一种乳液型低成本的湿强剂，解决了PAE浓度低、价格高等问题。在此基础上利用共混技术，进一步开发了具有抗水性的乳液型湿强剂。

1 试验

1.1 原料

湿纸力增强乳液（SQR）为蛋白质接枝共聚物乳液，固含量为40%，实验室自制；松香乳液（SXR）、PAE溶液和阳离子淀粉（取代度0.02）均为工业品；硫酸铝，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 试验仪器

可勃吸收性测定仪，PN-COBB，杭州轻通仪器开发公司；卧式电脑拉力仪WZL-300，杭州轻通仪器开发公司。

1.3 抗水型湿纸力增强乳液的制备

将试验室制得的湿强乳液SQR与松香乳液按一定比例混合均匀之后，并加入助剂，搅拌均匀，即得到抗水型湿纸力增强乳液，命名为SQJ。

1.4 测试与表征

湿强度测定:先将纸张切成 18 cm ×20 cm 的规格， 再将SQJ稀释到一定浓度后均匀的涂布在纸张的表面，每张纸涂布量为3.0 g，放置于105℃的烘箱里烘6～8 min，烘干后置于干燥箱中备用[6]。再将待测纸张裁成1.5 cm×20 cm规格的长纸条，室温条件下置于自来水中浸泡30 min，用滤纸吸去纸条表面的液体，采用WZL-300卧式电脑拉力仪测定其湿强度，依照国标GB/T 12914—2008，以测定恒速加荷法来测定纸张抗张强度。 纸张的抗水性则通过测定纸张的Cobb值来衡量。

2 结果与讨论

2.1 抗水剂与蛋白质接枝共聚物乳液的共混

SQR与SXR的质量比对湿强度和抗水性的影响见图1。

图1 SQR与SXR的质量比对湿强度和抗水性的影响

通过前期试验得知，具有抗水作用的松香乳液（SXR）、AKD乳液、石蜡乳液及其他的组合中，SXR与蛋白质接枝共聚物乳液(SQR)具有良好的相容性，且抗水效果显著。因此，本研究进一步探讨了不同质量比的SQR与SXR共混乳液的湿强度增加率和Cobb值，结果也如图1所示。在本研究的实验条件下，SQJ的施胶浓度为1.0%，作为对比的PAE树脂对纸张的湿强度增加率为8.0%，Cobb值为115 g/m2。由图1可知，随着SXR的增大纸张的湿强度增加率逐渐下降，抗水性逐渐增大，当m（SQR）∶m（SXR）=4∶6时，纸张的湿强度增加率为9.0%，Cobb值为72 g/m2。 其后，继续增大共混乳液SXR的量，纸张的湿强度增加率急剧减小，因此，考虑到抗水型湿纸力增强乳液的综合作用，选定SQR与SXR的质量比为4∶6。

2.2 共混乳液使用浓度的影响

浓度对湿强度和抗水性的影响见图2、图3。

图3 SQJ的浓度对抗水性的影响

由图2和图3可知，对SQR与SXR的质量比为4∶6的SQJ进行测试。随着SQJ浓度的增大，纸张的湿强度呈上升的趋势，但是纸张的抗水性先提高后降低，在SQJ浓度在1.2%时，纸张的抗水性最好。这可能是由于随着SQJ浓度增加，SQR的量也增多，SQR中会反应的基团能优先于纤维的羧基反应，使得SXR与纤维的结合减少，抗水基团的定向排列程度下降，抗水性也减弱。所以，后面的实验浓度选用1.2%。

2.3 化学助剂的作用

不同助剂对湿强度和抗水性的影响见图4、图5。

图4 不同助剂对湿强度的影响

由图4和图5可知，在SQR与SXR的质量比为4∶6的SQJ中添加10%的硫酸铝作为助剂时，SQJ的抗水性作用变化不大，但其对纸张的湿强度增加显著，增加率为30.8%。添加20%的硫酸铝或者10%的阳离子淀粉时，SQJ对于纸张的抗水性是小于未加助剂的SQJ。综上考虑，助剂选用硫酸铝，其量是相对SQJ用量的10%，此时纸张的Cobb值与空白（115 g/m2）相比减小73%。

图5 不同助剂对抗水性的影响

2.4 抗水型湿纸力增强乳液在不同纸张中的应用

SQJ对不同纸张湿强度和抗水性的影响见图6、图7。

图6 SQJ对不同纸张湿强度的影响

图7 SQJ对不同纸张的抗水性的影响

由图6和图7可知，为了进一步考察所研制的SQJ的适用性，选用SQR与松香乳液的质量比为4:6、共混乳液的使用量为1.2%、再添加10%的硫酸铝作为助剂时的SQJ，分别对商品牛皮纸、书刊纸、新闻纸和箱板纸进行测试，测定了SQJ对其湿强度和抗水作用效果。结果如图6所示，添加SQJ乳液的纸张对于纸张的湿纸力强度都比空白来的高。其中牛皮纸的湿强度提高率达到45.5%。表明SQJ如可以提高不同纸种的纸张的湿强度，运用性广。由图7可知，SQJ还可以显著提高不同纸种纸张的抗水性，其中牛皮纸的Cobb值减少了44%，箱板纸的Cobb值减少了61%。

3 结束语

（1）随着松香乳液在SQJ中的质量比增加，纸张的湿强度呈下降趋势，抗水性提高，综合考虑湿强度和抗水性，当SQR与SXR的质量比为4∶6时，SQJ对纸张的湿强度和抗水性能最佳。

（2）随着SQJ浓度的增大，纸张的湿强度呈上升趋势，但抗水性先提高后下降。当SQJ浓度为1.2%时，综合效果最佳。

（3）当SQR与SXR的质量比为4∶6，SQJ浓度为1.2%时。添加相对SQJ用量10%的硫酸铝助剂比无添加时的湿纸力和抗水性能得到了提高，其中纸力强度提高30.8%。

（4）SQJ均能显著提高商品牛皮纸、书刊纸、新闻纸和箱板纸等4种商品特种纸张的湿强度和抗水性，适用性较广。

[1]桑益洲，刘忠. 造纸工业中湿强剂的研究与进展［J］.天津造纸，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]周景辉， 吴星娥. 造纸湿强剂的进展[J].中国造纸，2003，22(9)：49-52.

[4]黄家莉.果蔬包装材料研究进展[J].包装工程，2010，31(1)：111-115.

[5]张国运， 杨秀芳， 程芳玲. 改性 PAE 湿强剂的合成与应用［J］. 中华纸业， 2006，27（9 ）： 68-71.

[6]郑燕玲.淀粉接枝共聚物的结构与表面施胶性能[D].福州:福建师范大学，2014.