新型纸张湿纸力增强剂的研制

周思耀 蔡建泉 翁景峥 吴宗华

（福建师范大学 材料科学与工程学院， 福建 福州 35007）

新型纸张湿纸力增强剂的研制

周思耀 蔡建泉 翁景峥 吴宗华

（福建师范大学 材料科学与工程学院， 福建 福州 35007）

为了提高蛋白质接枝共聚物（DJG）的湿纸力增强效果，对其进行阳离子改性。考察了改性剂用量、改性时间、共聚物中蛋白质与单体的质量以及环氧氯丙烷含量共聚物等中对阳离子蛋白质接枝共聚物（YDJG）纸力增强效果的影响。结果表明改性剂用量对YDJG的作用效果影响大。在改性剂用量为30%时，YDJG的湿强度增加率为12.8%，干强度增加率为10.3%，YDJG表面阳离子基团量为0.145 mmol/L；改性时间为0.5 h时，YDJG对纸张的作用效果最大；DJG中蛋白质与单体质量比为1:3、环氧氯丙烷含量为30%时，YDJG对纸张的增强效果最大。

蛋白质接枝共聚物 阳离子改性 湿强度

0 前 言

由于纸浆纤维素具有高亲水性，不经处理的纸张被水湿透后将失去其大部分强度，但日常生活及生产中许多用纸, 如照相原纸、邮票纸、钞票用纸、农用育苗纸和擦手纸等都要求其具有一定的湿纸力强度[1]。通常通过添加湿强剂赋予纸张湿纸力强度[2]。湿强剂种类繁多,其中应用最广泛就是聚酰胺环氧氯丙烷树脂（PAE）树脂。作为一种水溶性、阳离子型、热固性的PAE树脂具有增湿强度效果好、无甲醛、成纸返黄小、损纸回收容易等特点，且可在中碱性抄纸条件下使用，兼具助留、助滤作用。但 PAE 树脂存在着固含量小、运输成本高、含有毒的元素氯和环氧氯丙烷等问题[3]。本研究前期工作结果表明，蛋白质接枝共聚物具有显著的湿纸力增强作用，且其固含量高、合成工艺简单、成本低。本研究通过对蛋白质接枝共聚物的阳离子化改性，研制出了低成本的新型纸张湿纸力增强剂。

1 试验

1.1 原料

蛋白质接枝共聚物（DJG）为透明黏稠液，固含量为30%，根据文献[4]的制备方法实验室自制；阳离子改性剂为实验室自制；挂面箱板纸为工业品；其他化学药品为试剂纯。

1.2 实验仪器

卧式电脑拉力仪WZL-300，杭州轻通仪器开发公司。

1.3 DJG的阳离子改性与表征

将DJG与阳离子改性剂按不同比例混合均匀，搅拌反应不同时间后加入终止剂，结束反应，得到阳离子球蛋白质接枝共聚物（YDJG）。将YDJG配制成质量浓度为0.05%的溶液，移取溶液体积为V0（mL）置于锥形瓶中，加入体积V1（mL）、浓度为C1（mmoL/L）的聚二甲基二烯丙基氯化铵（PD）标准液和2滴甲胺蓝指示剂，用浓度为C2（mmoL/L）的PVSK标准液滴定至终点（紫红色），记下所消耗的标准液体积V1（mL），计算YDJG的阳离子基团量[5-6]。

1.4 YDJG湿纸力增强效果的测定

先将纸裁成18 cm×20 cm规格的方形纸张，再将YDJG稀释后均匀的涂布在纸张的表面，每张纸涂布量为3 g，放置于105℃的烘箱里烘8 min，烘干后置于干燥箱中备用[7]。将施胶过的纸张裁成1.5 cm×20 cm格的长纸条，均分为两部分，一部分需用自来水浸泡30 min，其余不需浸泡，采用WZL-300卧式电脑拉力仪分别测定其干强度和湿强度，依照国标GB/T 12914—2008,采用测定恒速加荷法来测定纸张抗张强度。

2 结果与讨论

2.1 蛋白质接枝共聚物的改性

（1）改性剂用量与YDJG抗张增强效果的关系，见图1。

在室温下，添加不同量的改性剂对蛋白质接枝共聚物进行阳离子化改性，并考察了改性剂用量与改性蛋白质接枝共聚物（YDJG）的纸力增强效果的关系。

图1 改性剂用量与YDJG抗张增强效果的关系

由图1可知，阳离子化改性蛋白质接枝共聚物显著提高了纸张的干强度和湿强度。在本研究的条件下，YDJG的作用效果随改性剂的用量增加而增大，当改性剂为DJG的30%时，作用达到最大值，湿强度增加12.8%，干强度增加10.3%。其后继续增大改性剂用量，YDJG的湿纸力增强效果变化较小，但干纸力增强作用迅速减小，作用效果逐渐减小。这可能是过多的改性剂加剧蛋白质接枝共聚物的降解。因此其后研究中，改性剂用量选定为蛋白质接枝共聚物的30%。

（2）改性剂用量对改性YDJG的液化的影响，见图2。

采用胶体滴定法测定了YDJG的表面阳离子基团量，结果如图2所示。随着改性剂用量的加大，YDJG的阳离子基团数逐渐增大，当改性剂用量为90%时，阳离子基团数为0.145 mmol/g，大于改性剂用量为30%时阳离子基团数。但由图1可知，后者具有更大的纸力增强作用。这表明YDJG中的蛋白质接枝共聚物的相对分子量与阳离子基团数是决定纸力增强作用的主要因素，应优化反应条件，平衡两者的关系。

图2 改性剂用量对改性YDJG的液化的影响

（3）改性时间对YDJG纸力增强作用的影响，见图3。

图3 改性时间对YDJG纸力增强作用的影响

图3显示改性剂用量为30%时，反应时间与YDJG纸力增强作用的关系。当反应时间为0.5 h，YDJG的干强度和湿强度的增加都为最大，与图1中的结果一致。继续延长反应时间，YDJG的作用效果急剧减小，其后变化不大。这些结果表明应严格控制反应时间，及时终止反应。

2.2 共聚物中蛋白质与单体质量比的影响

在改性剂用量为30%、反应时间为0.5 h的条件下，对蛋白质与单体质量比不同的DJG进行改性，并测定其纸力增强效果，结果如图4所示。

随着共聚物中单体由m（蛋白质）：m（单体）从1∶2增加到1∶4，YDJG对纸张干强度增加作用不断提高。表明增加单体量有助于YDJG的干强度增大作用。但纸张的最大湿强度是在m（蛋白质）：m（单体）=1∶3时出现，表明蛋白质对湿纸力增强具有重要的作用。由于质量比在1∶2.5后，纸张的干强度变化不明显，因此本研究选定蛋白质与单体的质量比以1∶3为佳。

图4 蛋白质/单体的质量比与YDJG纸力增强的关系

2.3 DJG中环氧氯丙烷含量的影响

DJG分子中除单体外还含有一定量的环氧氯丙烷。在改性剂用量为30%、反应时间为0.5 h的条件下，对环氧氯丙烷含量不同的DJG进行阳离子改性，并测定其纸力增强效果，结果如表1所示。

表1 环氧氯丙烷含量与YDJG纸力增强作用的关系

随着DJG分子中环氧氯丙烷含量的增加，YDJG对纸张干强度的影响较小；而纸张的湿强度随着环氧氯丙烷含量而增大，在环氧氯丙烷含量为30%时达到最大值，此时湿强度为0.541 kN/m；进一步增大环氧氯丙烷含量为45%时， 湿强度并未进一步增强。

为了与商品PAE湿强剂进行比较，表1还列出空白纸样和PAE作用的纸张的干湿强度。在本研究条件下，商品PAE湿强剂的湿强度增加率为5.9%，而环氧氯丙烷含量为45%的YDJG的湿强度增加率为8.3%，表明所研制的湿强剂具有优良的纸力增强效果。由于商品PAE的固含量为15%，把环氧氯丙烷含量为45%*的YDG稀释成固含量为15%时，纸张的湿强度增强效果与PAE相近。

3 结束语

（1）改性剂用量对YDJG的作用效果影响大。本研究条件下改性剂用量为30%时，YDJG的湿强度增加率为12.8%，干强度增加率为10.3%，YDJG表面阳离子基团量为0.145 mmol/L。

（2）改性时间为0.5 h时，YDJG对纸张的作用效果最大。

（3）DJG中蛋白质与单体质量比为1∶3、环氧氯丙烷含量为30%时，YDJG对纸张的增强效果最大。

[1]周景辉, 吴星娥. 造纸湿强剂的进展[J] . 中国造纸, 2003, 9(22):49 - 52.

[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]林治宪.增湿强剂的强度呈现机理及其应用[J] .天津造纸,2002 , 4 :31- 36 .

[4]李远友,陈少平,孙淑秀,等.瓦楞原纸环压增强剂的合成与性能[J].中华纸业，2016,10 : 42-45.

[5]陈浩凡，潘仕荣，胡瑜，等.胶体滴定法测定羟甲基壳聚糖的取代度[J].分析测试学报，2003,22（6）70-73.

[6]LUO M H,EN X L.A new method for quantifying the begree of substitution of amphoteric starch with carboxylic group and quaternary ammonium group in paper-making:New Colloid Titration Method [J].Journal of Shaanxi University of Science ＆ Technology,2008.

[7]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.