PAE树脂工艺改进及其在壁纸原纸中的应用

储蒙蒙，薛国新，周建恩

（1.浙江理工大学，浙江杭州 310018；2.浙江龙游富田造纸精华有限公司，浙江衢州 324400）

参考文献：

PAE树脂工艺改进及其在壁纸原纸中的应用

储蒙蒙1，薛国新1，周建恩2

（1.浙江理工大学，浙江杭州 310018；2.浙江龙游富田造纸精华有限公司，浙江衢州 324400）

该文对浙江龙游富田造纸精华有限公司聚酰胺多胺环氧氯丙烷（PAE）树脂的生产情况进行了跟踪，研究合成PAE树脂适宜的改进工艺，以期提高PAE树脂增强效果；并通过在壁纸原纸上生产性试验发现，工艺改进后合成的PAE树脂应用效果得到提高。

聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂；工艺改进；生产性试验；壁纸原纸

一般未经增强处理的纸张在被水浸透后，强度只能保留原始强度的2%～10%。在造纸过程中添加湿强剂，使得成纸在被水浸透后仍有满足使用要求的强度，这种成纸称为湿强纸。聚酰胺多胺环氧氯丙烷（PAE）树脂是一种水溶性、阳离子型、热固性树脂，最初由美国赫克力士公司推出，20世纪60年代被应用于造纸工业，如今，PAE树脂已经成为应用最为广泛的湿强剂[1]25。PAE树脂作为湿强剂优点明显：可在较宽pH范围使用，具有强阳离子性及高相对分子质量等[2]。

壁纸原纸是定量一般在80～120 g/m2的卷筒纸，具有一定的抗张强度、湿强度及伸缩率等性能[3]。壁纸原纸性能好坏直接影响壁纸的后期加工和使用。在使用过程中，壁纸的强度差不多完全依赖壁纸原纸的强度，所以干、湿强度也是壁纸原纸重要的性能指标[4]。浙江龙游富田造纸精华有限公司生产的PAE树脂应用于壁纸原纸，提供了壁纸原纸所需的抗张强度和湿强度。

本文对浙江龙游富田造纸精华有限公司的PAE树脂的生产工艺进行跟踪，寻找合成PAE树脂适宜的改进工艺，期望达到提高PAE树脂增强效果的目的，并通过在壁纸原纸上的生产性试验，对比工艺改进前、后合成的PAE树脂应用效果，发现延长聚酰胺多胺预聚物合成保温时间可操作性较强，在其他条件不变的情况下，通过增加预聚物合成保温时间，以期达到提高PAE树脂应用效果的目的[5]53。

1 作用机理

纤维本身带有亲水基团，在被水润胀后纤维间结合力变弱，纸页强度随之降低。Dunlop-Jones N认为当纸张在被水浸透后为了保留部分初始强度，一般有以下4种方法：加强原有的纤维结合；保护已有的纤维间结合；形成具有疏水性的新键；形成一个对纤维物理包覆的网状结构[6]。

PAE树脂添加到纸机上与纤维接触，所带正电荷与带负电荷的纤维相互吸引，同时树脂上的羟基与纤维上的羟基发生氢键作用，PAE树脂被吸附在纤维表面，在经过干燥部后，二者之间发生化学反应结合成键，在纤维表面交织形成不易被水破坏的网状结构，使纸具有湿强度[7]2。当成纸再次被水或其他液体浸透时，由于网状结构作用，PAE树脂定着在纤维之间阻止水分子渗入纤维的孔隙中，避免出现纤维因吸水润胀而导致纤维结合的破环，从而使纸张具有了一定的湿强度[8]。

2 试验部分

2.1 试验原料

PAE树脂合成所需主要原料和主要检测仪器分别如表1和表2所示。

表1 主要原料

表2 主要检测仪器

2.2 制备工艺

PAE树脂的制备方法是通过二元酸和三元胺的缩聚反应生成聚酰胺多胺预聚物，然后用环氧氯丙烷对预聚物进行体型交联处理。在实际工业生产过程中，二元酸一般使用己二酸，三元胺一般使用二乙烯三胺[1]26。

（1）合成聚酰胺多胺预聚物：向反应釜投入已二酸和一定量的水，开启搅拌，再缓慢加入二乙烯三胺，开启低速搅拌，注意温度变化（当反应釜内温度达到120℃时，回收小分子水），升温到165℃后保温反应10 h左右，反应趋于完成，将反应釜内温度降到160℃以下时，缓慢加入一定量的自来水冷却，搅拌均匀，得到预聚物。

（2）合成PAE树脂：将预聚物投入反应釜中，开启搅拌，缓慢滴加环氧氯丙烷，滴加时间控制在25～35 min，滴加完成后，控制反应釜内温度在60～65℃保温反应约2 h，取样并检测其黏度，当黏度达标时，加水并开启循环泵。当反应釜内温度降到40℃以下，将稀硫酸溶液加入反应釜，终止反应并调节pH，搅拌均匀，得到PAE树脂。

2.3 试验方法

在一定程度上PAE树脂的黏度越高，增强效果越好。其中，预聚物的黏度主要影响抗张强度，而PAE树脂的黏度主要影响湿强度[5]53。PAE树脂的主链是由预聚物的分子链长度决定的，因此预聚物的黏度对PAE树脂的性能具有显著影响。为了提高PAE树脂的增强效果，根据查阅的文献总结，通过延长预聚物的合成保温时间可操作性较强。

第1步：通过延长保温时间合成预聚物，再进一步合成PAE树脂，并跟踪分析确定最适宜的工艺改进方式。

第2步：跟踪工艺改进前、后合成的PAE树脂在壁纸原纸上的应用，验证工艺改进对PAE树脂应用效果。

2.4 性能测试

固含量，参照《PAE树脂技术指标的测定》（QB/ FT PAE—2014）检测，在温度105℃下干燥4 h。黏度，采用 NDJ-5S型旋转黏度计检测。pH，采用PHS-25型Model pH计检测。抗张强度，参照《纸和纸板抗张强度的测定》（GB/T 12914—2008）检测。

3 结果与讨论

3.1 PAE树脂制备工艺改进

在其他条件不变的情况下，通过延长保温时间提高预聚物黏度，而预聚物黏度提高也会促进PAE树脂黏度的提高。

3.1.1 保温时间对预聚物黏度的影响

跟踪检测保温时间在10～14 h之间合成的预聚物，以保温时间为横坐标，预聚物黏度为纵坐标作图，研究保温时间对预聚物黏度的影响，结果见图1。

由图1可见，预聚物的黏度随着保温时间的延长而上升，这表明预聚物的黏度与保温时间有正相关性。当保温时间达到14 h时，预聚物的黏度达到201.0 mPa·s。这表明延长保温时间的方法可以提高预聚物的黏度。这主要是因为预聚物的合成是缩聚反应，相对分子质量会随着反应时间逐渐增大，黏度也就越高。

图1 保温时间对预聚物黏度的影响

3.1.2 预聚物黏度对PAE树脂黏度的影响

PAE树脂的主链长由预聚物的分子链长决定的，因此预聚物的黏度对PAE树脂的黏度有显著的影响，跟踪检测不同黏度预聚物合成的PAE树脂的黏度并分析。以预聚物黏度为横坐标，PAE树脂黏度为纵坐标作图，研究预聚物黏度对PAE树脂黏度的影响，结果见图2。

由图2可见，PAE树脂黏度随着预聚物的黏度上升而逐渐增加。当预聚物黏度为201.0 mPa·s时，合成的PAE树脂的黏度为39.7 mPa·s。这表明PAE树脂黏度与预聚物的黏度也有正相关性。

综合图1和图2分析，通过延长保温时间改进工艺，提高了PAE树脂的黏度。但是，预聚物黏度过大，会造成后一步PAE树脂合成黏度上升速度过快，交联反应程度不够，且容易出现凝胶现象，导致产品的报废[9]。通过分析总结，并结合浙江龙游富田造纸精华有限公司的设备条件，在实际生产中将保温时间控制在14 h。

图2 预聚物黏度对PAE树脂黏度的影响

3.2 PAE树脂在壁纸原纸上的应用

为研究工艺改进后合成PAE树脂的应用效果，通过与其他厂家PAE树脂在浙江龙游富田造纸精华有限公司壁纸原纸上的应用试验对比，分析其应用效果。该企业生产壁纸原纸时采用AKD作为浆内施胶剂，而PAE树脂带有一定量的阳电荷，对带负电荷的填料、施胶剂胶料和细小纤维等有强烈的吸附能力[7]2，是一种较好的施胶沉淀剂和固着剂，故PAE树脂是一种适用于该企业生产壁纸原纸的湿强剂[10]。

（1）试验纸种：定量分别为80、90和100 g/m2的壁纸原纸。

（2）试验方法：在其他工艺条件相同的情况下，比较其他公司生产的PAE树脂（以下简称“其他公司”）以及浙江龙游富田造纸精华有限公司工艺改进前、后生产的PAE树脂（以下分别简称“工艺改进前”和“工艺改进后”）的增强效果。其中，“工艺改进前”保温时间为10 h，“工艺改进后”保温时间为14 h。应用前对上述3种PAE树脂的技术指标进行检测，其技术指标如表3所示。

表3 PAE树脂技术指标

（3）试验结果：鉴于本次试验的纸机生产的壁纸原纸都是其客户的订单合同，都严格规定了成纸的物理指标，其中PAE树脂的添加量未能做出调整，而是固定在20 kg/t（纸）。壁纸原纸使用方向为纵向，故主要检测的是纵向的强度，试验检测结果见表4。

表4 不同PAE树脂对壁纸原纸强度的影响 kN/m

由表4可见，浙江龙游富田造纸精华有限公司工艺改进前的PAE树脂应用在壁纸原纸上的抗张强度和湿强度都低于其他公司产品，而工艺改进后合成的PAE树脂增强效果得到提高，略好于其他公司合成的PAE树脂。

通过工艺改进达到了改善PAE树脂应用效果的目的，提高了PAE树脂的市场竞争力。

4 总结

由实验发现，通过延长合成预聚物的保温时间达到了提高PAE树脂增强效果的目的。这主要是因为PAE树脂的主链长度是由聚酰胺多胺预聚物的分子链长度决定的，因此，预聚物的黏度对PAE树脂的性能具有显著的影响[11]，故预聚物黏度的上升对于应用PAE树脂后成纸的抗张强度和湿强度都有一定程度的提高。

从PAE树脂的生产性试验来看，取得了比较好的效果，但其他方面的试验由于没有开展小试研究而无法进一步比较，只能通过与其他厂家PAE树脂以及工艺改进前合成的PAE树脂就其应用后成纸的抗张强度进行横向比较，验证了工艺改进的效果，也提高了产品的市场竞争力。

参考文献：

［1］ 王治艳.常用造纸湿强剂的作用机理及研究现状［J］.黑龙江造纸，2009，37（1）.

［2］ 黄六莲.PAE湿强剂的研制［J］.江苏造纸，2008（3）：32-35.

［3］ 李芬，陈港.壁纸的生产工艺特性及应用［J］.上海造纸，2008，39（1）：42-43.

［4］ 陈继伟.壁纸原纸的研制［J］.造纸科学与技术，2003，22（6）：90-92.

［5］ 胡娜，王志杰，王建.聚酰胺环氧氯丙烷树脂品质控制研究［J］.纸和造纸，2014，33（9）.

［6］ Dunlop-Jones N.Wet strength chemistry paper［M］.New York：Chap-man and Hall，1991：76-96.

［7］ 何裔鑫，薛国新，陈金龙，等.造纸湿强剂PAE的改性研究进展［J］.造纸化学品，2011，23（5）.

［8］ 杨子实，周泽.常用的造纸湿强剂作用及现状分析［J］.湖北造纸，2014（1）：27-29.

［9］ 许洪正，赵传山，秦培云.探讨湿强剂PAE的合成与应用效果的影响因素［J］.湖南造纸，2006，13（1）：16-18.

［10］ 孙振海，宋晓明，陈夫山.PAE湿强树脂的合成及增强效果的研究［J］.造纸科学与技术，2015，34（2）：60-63.

［11］ 隋艳霞.湿强剂在造纸工业中的应用与发展［J］.天津造纸，2014，36（4）：19.

Process Improvement of PAE Resin and It’s Application in Base Paper of Wallpaper

CHU Meng-meng1，XUE Guo-xin1，ZHOU Jian-en2
（1.Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310018，China；2.Zhejiang Longyou Futian Paper Chemical Co.，Ltd.，Quzhou 324400，China）

In this paper，the production of PAE resin in Zhejiang Longyou Futian chemical Paper Co.，Ltd.was tracked，and the appropriateprocess improvement of PAE resin was studied in order to enhance the effect of PAE resin.Through the production test on the base paper of wallpaper，it was found that the application effect of PAE resin synthesized after the process improvement was improved.

polyamideepichlorohydrin（PAE）resin；processimprovement；productiontest；thebasepaperofwallpaper

TS761.6

A

1007-2225（2017）01-0010-04

储蒙蒙女士（1990-），在读研究生；研究方向：制浆造纸工程。

薛国新先生，农学博士（日本东京大学授予），教授 （江苏省评聘），博士生导师（南京林业大学评聘、浙江理工大学评聘），浙江理工大学材纺学院制浆造纸研究所所长，制浆造纸工程学科带头人，轻工技术与工程学科带头人，轻工科学与工程实验教学中心主任；长期从事制浆造纸科学与工程领域的教学、科研工作；E-mail：guoxin@zstu.edu.cn.

2017-02-08（修回）

本文文献格式：储蒙蒙，薛国新，周建恩．PAE树脂工艺改进及其在壁纸原纸中的应用[J]．造纸化学品，2017，29（1）∶10-13．