高档美纹纸层间剥离强度的研究

左建波 李鸿凯 刘洪斌 张清文 刘 文,

(1.天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457；2.中国制浆造纸研究院，北京，100102；3.中国制浆造纸研究院衢州分院，浙江衢州，324000)

·层间剥离强度·

高档美纹纸层间剥离强度的研究

左建波1,2李鸿凯3刘洪斌1张清文2刘 文2,3

(1.天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457；2.中国制浆造纸研究院，北京，100102；3.中国制浆造纸研究院衢州分院，浙江衢州，324000)

通过打浆处理、化学品的选择和使用对美纹纸层间剥离强度的影响进行探讨，寻找经济可行的方法来提升美纹纸层间剥离强度。实验结果表明，添加用量0.5%(相对于绝干浆)的环氧氯丙烷树脂(PAE)对美纹纸的层间剥离强度有一定的促进作用；阳离子淀粉可以显著提高美纹纸的层间剥离强度，但成纸较硬，对美纹纸的使用造成负面影响；在PAE用量0.5%的体系中，添加两性聚丙烯酰胺(ACPAM)或羧甲基纤维素(CMC)均有利于美纹纸层间剥离强度的提升，混合添加ACPAM和CMC比分别添加ACPAM或CMC更经济可行；适当调整打浆工艺，添加用量0.05%的ACPAM和用量0.05%的CMC，美纹纸的层间剥离强度可以提升34.8%；添加用量0.05%的ACPAM和用量0.10%的CMC，美纹纸的层间剥离强度可以提升50.6%。

美纹纸；抗张强度；层间剥离强度

(*E-mail: half_supernatural@126.com)

美纹纸经过加工后制成美纹胶带，广泛应用于各种工业和建筑装修等行业的粘贴、保护、固定及包装等。如在电子元器件、汽车等表面进行喷涂加工时，可以在不需要加工的被保护表面包覆一层美纹胶带，使其不受侵污，并且在喷涂结束后可以轻松清除而不会残留在被遮蔽物表面[1-3]。

美纹纸属于高技术含量、高附加值的特种纸产品。我国美纹纸经过多年研究开发，现已实现产业化，国内美纹纸年产量达4万t，平均售价约1.3万元/t纸，但产品质量仅仅局限于普通级别。每年仍需要从国外进口大量高档美纹纸，主要原因是国产高档美纹纸的层间剥离强度较进口同类产品的低[4-5]。根据国内某特种纸企业的经验数据以及实验验证结果来看，国产美纹纸层间剥离强度较国外进口高档美纹纸的低约35%。本课题主要研究的目的是在企业现用工艺基础上，寻求经济可行的方法来提升高档美纹纸层间剥离强度，力争通过采取相应措施使生产的美纹纸层间剥离强度在原有的基础上提升35%以上，以期为工厂实际生产提供技术支持，使国产美纹纸的层间剥离强度指标达到进口纸的水平，为企业在现有的基础上进一步优化美纹纸质量提供依据。

表2 实验仪器

表1 实验原料及化学品

1 实 验

1.1 原料

实验所用主要原料及化学品见表1。

1.2 实验仪器

实验所用主要仪器设备见表2。

1.3 实验方法

1.3.1 打浆

按GB/T 24325—2009《纸浆 实验室打浆 瓦利(Valley)打浆机法》打浆。打浆条件如下：浸泡时间4 h；预解离30 min；杠杆臂负荷(54±1) N；打浆浓度1.57%。

将浆料打浆至一定打浆度。

1.3.2 手抄片的制备及浸渍方法

本课题分别研究了PAE、CMC、阳离子淀粉、ACPAM以及ACPAM与CMC配合使用对美纹纸层间剥离强度的影响。采用浆内添加的方式将助剂加入纸浆，各组实验向浆内均添加用量0.1%的柔软剂、消泡剂(每吨浆添加20 g)；PAE组实验之外，其他各组实验均添加用量0.5%的PAE。

使用快速凯塞纸页成型器抄造定量为(40±2)g/m2的手抄片，将平衡24 h后的手抄片浸渍到一定浓度的浸渍液(主要成分为丁苯胶乳，用来提高美纹纸的成纸强度)中，浸渍30 s后，用表胶辊除去表面多余浸渍液，然后置于95℃缸面干燥。干燥后的手抄片上胶量应为(10±2)g/m2，经恒温恒湿处理后，待用。

1.3.3 抗张强度的测定

抗张强度是美纹纸的重要指标之一，美纹纸的抗张强度越大，制成的美纹胶带抗张强度越大，使用时不易发生断裂，有利于使用后的美纹胶带的清除。抗张强度与层间剥离强度反映的是纸张不同的强度性能，两者之间有一定的相关性。抗张强度按国家标准GB/T24323—2009进行测定

1.3.4 层间剥离强度的测定

层间剥离强度是美纹纸的关键指标之一，反映的是美纹纸纤维与纤维之间的结合强度。美纹纸的层间剥离强度越大，越有利于使用后的美纹胶带的清除。参照180°压敏胶粘带法(GB/T 2792—1998)[6]的方法，将抗张强度测定仪改装后测定层间剥离强度。将试样切成150 mm×15 mm尺寸，并将试样用标准双面胶带粘在特制的尺寸为125 mm×50 mm不锈钢板上。用特制专用单面胶带粘在试样上，并在一侧预先剥离开25 mm，把试样的自由端和不锈钢板分别夹于卧式电脑拉力仪的左、右夹头上，卧式电脑拉力仪以300 mm/min恒定拉伸速度使试样纤维与纤维之间发生层间剥离，在剥离开后的20～80 mm的范围内，每隔20 mm读1个数，共读4个数，取其平均值，每个样品测定3次，取3次的算术平均值作为该样品的层间剥离强度。

2 结果与讨论

2.1 打浆对层间剥离强度的影响

实验参照国内某特种纸企业在生产高档美纹纸时纤维原料配比，针叶木浆∶阔叶木浆=85∶15(该企业打浆处理采用的是针叶木浆打浆度为45°SR，阔叶木浆不打浆)。本实验在企业现用生产工艺基础上，采用Valley打浆机打浆的方式，针叶木浆打浆度由45°SR 调整为39°SR、阔叶木浆由不打浆调整为打浆至25°SR。实验结果见表3，其中编号4为企业现用工艺数据，编号7为本研究得出的最优实验数据。浸渍处理后美纹纸的层间剥离强度由企业现用工艺的2.21 N/15 mm提升至2.58 N/15 mm，提升了16.7%。可见，仅通过调整打浆工艺，还不足以使美纹纸的层间剥离强度达到要求。因此，有必要对采用添加助剂等方式进行进一步研究。

表3 打浆度对美纹纸层间剥离强度的影响

2.2 PAE用量对层间剥离强度的影响

实验研究了湿强剂PAE用量对美纹纸抗张强度和层间剥离强度的影响，实验结果见图1和图2。

从图1中可以看出，随着PAE用量的增加，美纹纸的抗张强度先显著增加后缓慢增加，抗张强度达到最大值后，随着PAE用量的继续增加，抗张强度有下降的趋势。出现这种现象的原因是：PAE与纤维形成交联作用，因此随着PAE用量的增加，抗张强度逐渐升高；当PAE用量过多时，浆料将会出现絮聚现象，影响纸张的匀度，对抗张强度造成负面影响[7- 8]。

图1 PAE用量对美纹纸抗张强度的影响

从图2可以看出，随着PAE用量的增加，美纹纸层间剥离强度先显著增加，PAE用量为0.5%时，层间剥离强度从2.37 N/15 mm上升到2.58 N/15 mm，提升幅度为8.9%；PAE用量为1.0%时，层间剥离强度为2.55 N/15 mm，此时，继续增加PAE的用量对层间剥离强度没有起到提升的作用。出于对生产成本和节约资源方面的考虑，后续实验PAE用量采用0.5%为宜。

图2 PAE用量对美纹纸层间剥离强度的影响

2.3 阳离子淀粉用量对层间剥离强度的影响

实验研究了阳离子淀粉用量对美纹纸抗张强度和层间剥离强度的影响，实验结果见图3和图4。

图3 阳离子淀粉用量对美纹纸抗张强度的影响

从图3中可以看出，随着阳离子淀粉用量的提高，美纹纸的抗张强度提高。

由图4可以看出，随着阳离子淀粉用量的增加，美纹纸层间剥离强度先快速上升，后缓慢上升。当淀粉用量为0.5%时，层间剥离强度从2.62 N/15 mm上升到3.10 N/15 mm，提升了18.3%。出现这种情况的原因是，阳离子淀粉对纤维表面氢键的形成有促进作用，增强了内部纤维的结合力，有利于提升浸渍后纸张纤维间的结合力。

图4 阳离子淀粉用量对层间剥离强度的影响

美纹胶带一般是用来包裹、包覆的，要做到与被粘表面良好粘合，基纸必须柔软，柔软性通过手感就能感觉出来[1]。但使用阳离子淀粉增强的美纹纸成纸较硬，会对美纹纸的使用造成负面影响。

2.4 ACPAM用量对层间剥离强度的影响

实验研究了ACPAM 用量对美纹纸抗张强度和层间剥离强度的影响，实验结果见图5和图6。从图5可以看出，随着ACPAM(型号CH1518)用量的增加，美纹纸抗张强度逐渐增加。

从图6可以看出，随着ACPAM用量的增加，美纹纸层间剥离强度先快速上升，后基本不变。在ACPAM用量为0.05%时，层间剥离强度从2.56 N/15 mm上升到2.80 N/15 mm，提升了9.4%。出现这种情况的原因是：ACPAM利用高分子链上的酰胺基与纤维上的羟基形成氢键，使纤维之间相互交织增强，同时高分子链上的阳离子官能团可以直接与纤维负电荷形成离子键，促使纤维间形成交联网络，提高纤维间的结合，进而有利于美纹纸层间剥离强度的提升。

ACPAM是两性助剂，既有阳离子基团又有阴离子基团，ACPAM在纸浆中产生协同效应。将ACPAM和PAE组成双元增强系统，不但具有良好的增强效果，同时能改善浆料的滤水速度，抵抗系统中高的剪切力，避免ACPAM分子链降低[9]。

图5 ACPAM用量对抗张强度的影响

图6 ACPAM用量对层间剥离强度的影响

2.5 不同种类CMC对层间剥离强度的影响

CMC是一种阴离子、直链、水溶性纤维素醚。在纸浆中添加CMC，能使纤维得到更好的润胀，使纤维之间的内聚力更易下降，增加纤维的柔软性，明显地增强纸张纤维间的结合强度[10]。实验选取了3种不同黏度的CMC进行研究，型号分别为NX200、NX400、NX600，其对应的黏度范围分别为101～200 mPa·s、201～400 mPa·s、401～600 mPa·s。3种CMC的用量均为1.0%，实验结果见图7。

图7 不同种类CMC对层间剥离强度的影响

从图7中可以看出，3种CMC均能提升美纹纸的层间剥离强度。出现这种情况的原因可能是：纸浆中加入PAE，纤维显正电性，再加入阴离子性的CMC后，CMC与纤维发生静电引力，从而提高CMC的吸附量，提高 CMC 在纤维间的交联作用，同时，CMC的加入增强了纤维与PAE间的静电作用，增强了纤维间的接触面积，进而提升美纹纸的层间剥离强度。添加型号为NX200的CMC，抄造的美纹纸具有较高的层间剥离强度，为3.29 N/15 mm，与对照组相比层间剥离强度提升了25.6%。

表4 ACPAM与CMC配合使用对美纹纸抗张强度和层间剥离强度的影响

表5 最优实验工艺与企业现用工艺生产美纹纸层间剥离强度对比

2.6 ACPAM与CMC配合使用对层间剥离强度的影响

表4所列为ACPAM与CMC配合使用对美纹纸抗张强度和层间剥离强度的影响。

由表4所列的实验结果可以看出，6组纸张的抗张强度均较高，可以保证纸张在使用过程中不断纸。当ACPAM用量为0.05%，CMC(NX200)用量分别为0.05%、0.10%时，层间剥离强度分别为2.98 N/15 mm和3.33 N/15 mm。综合考虑层间剥离强度和新增成本，将编号为4和5的两组作为实验最优组。

2.7 最优实验方案与企业现用工艺对比

表5所列为最优实验工艺与企业现用工艺生产美纹纸的层间剥离强度实验结果对比。

从表5的对比实验结果可以看出，在企业现有工艺基础上改变浆料的打浆处理，以降低针叶木浆打浆度、提高阔叶木浆打浆度的打浆方式处理浆料，PAE用量0.5%，使用用量0.5%的ACPAM，在CMC用量分别为0.05%和0.10%的情况下，可将美纹纸层间剥离强度分别提升34.8%和50.6%。

3 结 论

3.1 添加用量0.5%的环氧氯丙烷树脂(PAE)不但可以提高美纹纸的抗张强度，而且对美纹纸的层间剥离强度有一定的促进作用。

3.2 阳离子淀粉可以显著提高美纹纸的层间剥离强度，但成纸较硬，对美纹纸的使用造成负面影响。

3.3 在含有用量0.5%PAE的体系中添加两性聚丙烯酰胺(ACPAM)或羧甲基纤维素(CMC)均有利于美纹纸层间剥离强度的提升。从生产成本考虑，混合添加ACPAM和CMC比分别添加ACPAM或CMC更经济可行。

3.4 以85%针叶木浆、15%阔叶木浆为原料，将针叶木浆打浆至39°SR、阔叶木浆打浆至25°SR，在浆料中添加用量0.5%的PAE，同时添加用量0.05%的ACPAM和用量0.05%的CMC，生产出的美纹纸的层间剥离强度比企业现有工艺生产出的美纹纸提升了34.8%；添加0.05%的ACPAM和0.10%的CMC，美纹纸的层间剥离强度比企业现有工艺生产出的美纹纸提升50.6%。

[1] Chen Hui-wen.The Crepe Paper for Masking Tape and Its Choice[J].Paper Science & Technology， 2009， 28(6): 88.陈慧文.谈谈胶带涂布用的美纹纸及选择[J].造纸科学与技术， 2009， 28(6): 88.

[2] Huang Qing-gang， Jiang Zhen-xiong.Development and Application of the Coater for Making Masking Tape[J].Paper Science & Technology， 2009， 28(6): 145.黄庆刚， 江振雄.美纹纸涂布机的开发应用[J].造纸科学与技术， 2009， 28(6): 145.

[3] WANG Xiao-ping， CHEN Gang， TANG Ai-min， et al.The Characteristics and Manufacturing Process of High-grade Masking Tape[J].China Pulp & Paper， 2004， 23(4): 61.王小平， 陈 港， 唐爱民， 等.美纹胶带的特性及其生产工艺[J].中国造纸， 2004， 23(4): 61.

[4] Li Jian-ming.Immersion crepe paper and production method thereof： China, CN 200610048966.8[P].2016- 06-28.李建明.浸渍美纹原纸及生产工艺： 中国, CN 200610048966.8[P].2016- 06-28.

[5] Wang Bai-lang， Chen Wan-ping， Wang Xian-lu， et al.Abrasive tape and preparation method thereof： CN 200510048958.9[P].2009- 05-13.王白浪， 陈万平， 王贤炉， 等.一种胶带纸及其制备工艺： 中国, CN 200510048958.9[P].2009- 05-13.

[6] GB/T 2792—1998， Testmethodforpeel strength of pressure-sensitive tape at 180° angle[S].Beijing： Standards Press of China， 1998.GB/T 2792—1998， 压敏胶粘带180°剥离强度实验方法[S].北京： 中国标准出版社， 1998.

[7] Lin Ben-ping.Study on Fiber Properties and Paper Strength based on Lignin Content of Softwood Pulps[D].Guangzhou： South China University of Technology， 2014.林本平.基于木素含量变化的针叶木浆纤维性质和纸页强度的研究[D].广州： 华南理工大学， 2014.

[8] Ye Chun-hong.Study on the Adsorption and Mechanism of ACS for Calcium in Wet-end System[D].Nanjing： Nanjing Forestry University， 2008.叶春洪.ACS对造纸湿部系统钙离子络合作用及机理研究[D].南京： 南京林业大学， 2008.

[9] Xu Qing-lin， Hu Hui-ren， Chen Fu-shan.Application of Novel Constructional Amphoteric mide[J].Transactions of China Pulp and Paper， 2003， 18(1)： 88.徐青林， 胡惠仁， 陈夫山.新型结构两性聚丙烯酰胺增强、助留助滤性能的研究[J].中国造纸学报， 2003， 18(1)： 88.

[10] Li Jin-li， Liu Quan-xiao， Xu Li-juan， et al.The Application and Research Progress of Carboxymethyl Cellulose in Paper Printing & Packaging Materials[J].Packaging Engineering， 2010， 31(17)： 22.李金丽， 刘全校， 徐丽娟， 等.羧甲基纤维素在纸印刷包装材料中的应用研究进展[J].包装工程， 2010， 31(17)： 22.

(责任编辑：马 忻)

The Study on Improving Interlayer Peel Strength of High-Grade Masking Tape Paper

ZUO Jian-bo1,2,*LI Hong-kai3LIU Hong-bin1ZHANG Qing-wen2LIU Wen2,3

(1.TianjinKeyLabofPulp&Paper，TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin, 300457；2.ChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute，Beijing， 100102；3.QuzhouBranchofChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute，Quzhou，ZhejiangProvince, 324000)

The influences of beating process and chemicals on interlayer peel strength of masking tape paper were investigated.The results showed that adding 0.5% PAE had certain increase of interlayer peel strength of masking tape paper.Cationic starch application had a negative impact on the masking tape paper due to the paper became harder although the interlayer peel strength was improved significantly.ACPAM or CMC added in the system containing PAE was benefit to the raise of the interlayer peel strength adding ACPAM and CMC together was more economic compared with separately adding ACPAM or CMC.Based on properly adjusted beating process, adding 0.05% ACPAM and 0.05% CMC, the interlayer peel strength of masking tape paper increased by 34.8%, achieved the average quality level of imported high-grade masking tape paper; Adding 0.05% ACPAM and 0.10% CMC, the interlayer peel strength of masking tape paper increased by 50.6%, more than part of the imported high-grade masking tape paper.

masking tape paper; tensile strength; interlayer peel strength

左建波先生，在职硕士研究生，工程师；研究方向：纸张分析与检测。

2017- 04- 17(修改稿)

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.05.006