聚乙烯醇17-99作为表面施胶剂在薄型印刷纸中的应用

马 强，曹天才，罗凯文

（牡丹江恒丰纸业股份有限公司，黑龙江牡丹江 157013）

聚乙烯醇17-99又称施胶树脂（sizing resin），简称PVA 17-99，为白色或微黄色粉末或絮状物固体，玻璃化温度为85℃，皂化值为3～12 mg KOH/g。溶于90～95℃热水，几乎不溶于冷水；其质量分数大于10%的水溶液在室温下就会凝胶成冻，高温下会恢复流动性；加热至100℃以上逐渐变色，150℃以上时很快变色，200℃以上时将分解。聚乙烯醇17-99耐光性好，不受光照的影响，具有长链多元醇的酯化、醚化、缩醛化等化学反应性，通明火会燃烧，有特殊气味，无毒，对人体皮肤无刺激性。由于其分子链上含有大量羟基，因而它具有良好的水溶性，同时还具有良好的成膜性、黏结力和乳化性，有卓越的耐油脂和耐溶剂性能[1]，因此聚乙烯醇17-99在国外造纸行业中作为表面施胶剂得到了广泛的应用。

本文研究了聚乙烯醇17-99作为表面施胶剂在薄型印刷纸产品中的应用，在同等条件下，将涂布聚乙烯醇17-99施胶液与涂布氧化淀粉施胶液进行对比分析，验证其在造纸涂布中对成纸指标的影响。

1 实验室小试

1.1 设计方案

在实验室分别对选取的定量为32 g/m2未涂布原纸正面进行涂布质量分数为6%的氧化淀粉施胶液和质量分数为6%的聚乙烯醇17-99施胶液，并检测它们成纸的动态接触角、表面强度和抗张强度等指标。

实验室小试中所有分析项目的检测方法均采用相关国家标准检测。

1.2 试验仪器

HH-2型恒温水浴锅，B11-3型恒温磁力搅拌器，K303半自动刮棒式涂布器，L-3D鼓式干燥器。

1.3 施胶液的制备

淀粉糊化:将6 g淀粉放入反应器中，加入94 g水，升温至95℃，缓慢搅拌40 min，得到质量分数为6%的淀粉糊化液，降温至60℃后恒温备用。

聚乙烯醇17-99溶解:将6 g聚乙烯醇17-99放入反应器中，加入94 g水，在室温下浸泡1 h，使其完全膨胀，后放入水浴锅中升温至95℃，缓慢搅拌40 min，得到质量分数为6%的聚乙烯醇17-99溶液[2]。降温至60℃后恒温备用。

1.4 涂布试验

采用手工涂布的方式对定量为32 g/m2的未涂布原纸正面进行表面涂布（表1为定量为32 g/m2的未涂布原纸主要参数），将涂布后的纸张放在温度为105℃的鼓式干燥器中干燥1～2 min，每种施胶液涂布20张（图1和图2分别为定量32 g/m2未涂布原纸正、反面纤维状态扫描电镜照片）。检测成纸中动态接触角、表面强度和抗张强度等指标。检测同一物理指标时，进行平行样检测，以保证实验的准确性（表2为涂布后的成纸基本性能检测数据）。

1.5 小结

（1）从涂布面表面强度检测数据分析，涂布质量分数为6%聚乙烯醇17-99施胶液明显优于涂布质量分数为6%的氧化淀粉施胶液。说明涂布聚乙烯醇17-99可以大幅度提高纸张表面纤维、填料之间的结合强度，既可以预防纸页掉粉等情况，又可以改善在印刷油墨过程中，因纸页表面强度低，被油墨拉下的纤维、填料脏污印版的状况。

（2）从纵向抗张强度检测数据分析，涂布质量分数为6%的聚乙烯醇17-99施胶液优于涂布质量分数为6%的氧化淀粉施胶液。纵向抗张强度的提高，可以避免在印刷油墨过程中造成的断纸等情况。

表1 定量为32 g/m2的未涂布原纸主要参数

图1 定量为32 g/m2未涂布原纸正面纤维状态扫描电镜照片（×100倍）

图2 定量为32 g/m2未涂布原纸反面纤维状态扫描电镜照片（×100倍）

表2 实验室涂布后的成纸基本性能的检测

（3）从吸收性能方面，涂布质量分数为6%聚乙烯醇17-99施胶液的吸水性明显降低，抗水性提高，对印刷过程中油墨的流平有益。不过，对油墨印刷效果的影响因素较多，例如:油墨的黏度、流平、渗透和印刷机的车速等。所以，并不能单从吸收性能方面即判断表涂聚乙烯醇17-99对印刷效果有影响。

2 机台中试

通过在实验室使用聚乙烯醇17-99施胶液与氧化淀粉施胶液在同条件下进行涂布对比，聚乙烯醇在提高纵向抗张强度、表面强度等方面均有明显优势。为准确对比2种表面涂布施胶剂的作用，需要在机台进行中试试验，对实验室小试的结果进行验证。

机台中试的所有分析项目的检测方法均采用相关国家标准检测。

2.1 试验

试验仅对2种不同的表面涂布施胶剂在相同条件下涂布后成纸的纵向抗张强度、表面强度检测数据进行对比。采用连续配浆方式，通过调整浆内施胶剂的流量来控制成纸的正面可勃值（60 s），真空系统及干燥过程根据实际情况调整，其他助剂及纸机各部参数保持不变。首先涂布质量分数为6%聚乙烯醇17-99施胶液，成纸定量设定为35 g/m2，正面可勃值（60 s）控制在（26.0±2.0）g/m2，纸机运行稳定后取样进行检测；然后更换涂布质量分数为6%氧化淀粉施胶液，操作同上，为保证试验的准确性，制备质量分数为6%氧化淀粉施胶液前，对表面施胶剂罐体进行了清水洗刷，并且待纸机稳定运行1 h后，取样进行检测。中试过程的检测设备、人员、环境完全相同。

表3、图3、表4、图4和表5分别显示了浆料主要参数、混合浆纤维形态扫描电镜照片、混合浆纤维分析数据、纤维匀整度和涂布后成纸基本性能的检测数据。

表3 浆料主要参数

表4 混合浆纤维分析数据

图3 混合浆纤维形态扫描电镜照片（×100倍）

图4 纤维匀整度

表5 中试涂布后成纸基本性能的检测

2.2 小结

由表5分析，涂布聚乙烯醇17-99施胶液的成纸纵向抗张强度、表面强度指标均优于涂布氧化淀粉施胶液的成纸，与实验室小试结果相同。

3 结论

薄型印刷纸在印刷过程中，因其纸页表面强度低导致油墨的分离力大于纸面粒子间的结合力，纸面产生破裂现象，被油墨拉下的纸面纤维、填料或涂料堆积在印版表面，脏污印版，印刷操作人员必须及时进行擦洗，这将极大地降低印刷机的生产效率，并对产品的质量也造成隐患；再者，薄型印刷纸因定量较低，故而纵向抗张强度低于普通印刷纸。在印刷机生产过程中，断纸接头的过程将会影响印刷机的生产效率。

而薄型印刷纸涂布聚乙烯醇17-99后，其纵向抗张强度及表面强度指标均有明显的提高，这将解决其在印刷过程中存在的上述问题。