聚酰胺环氧氯丙烷树脂起皱剂在生活用纸中的应用

1 前言

生活用纸作为生活必需品已渗透到人们的日常生活中，是一种受经济景气度影响小、预期需求稳定的消费品。生活用纸行业中，品牌差异化趋势不断增强，在进口纸品对策方面，一方面投入通用产品，另一方面为提高传统产品的使用感觉，正在进行高品质化和高附加值化，具体就是：改善生活用纸的手感（体感）；赋予香味和除臭功能；提高温水洗涤坐便器用纸的强度和吸水性；加长型卫生纸。由于生活用纸是与皮肤直接接触的纸种，因此手感是受到特别重视的品质之一。

为了提高生活用纸的手感，一般对纸进行了起皱（细小皱纹）——起皱工艺。起皱工艺的皱纹质量是左右生活用纸手感好坏的重要因素（图1）。

图1 生活用纸的不同质量的皱纹放大照片

在杨克烘缸起皱过程中使用的起皱剂是稳定操作并获得良好皱纹不可或缺的化学品。起皱工艺的操作性和皱纹品质随包括纸机状况和抄纸环境的改变而变化，针对这些变化，起皱剂进行了各种改良使其能更好地发挥效果。

本文介绍了以聚酰胺环氧氯丙烷（PAE）树脂为主剂的起皱剂中PAE贴缸剂（图2）的功能、效果及技术动向。

图2 起皱用贴缸剂的模型图

2 起皱剂的功能和效果

起皱工艺一般采用干式起皱法：（1）在高速状态下使抄造的低定量湿纸粘贴在杨克烘缸表面上进行烘干；（2）在烘干的同时，用烘缸刮刀刀片在纸机运行方向压缩纸页；（3）剥离压缩后的纸页，使纸页产生皱纹（图3）。

图3 生活用纸的干式起皱工艺

起皱剂大体由发挥贴缸（涂层）作用的化学品（即“贴缸剂”）和发挥剥离剂作用的化学品（即“剥离剂”）二大类化学品组成。起皱剂喷涂到烘缸表面后，起皱剂中的贴缸剂在杨克烘缸上形成涂层薄膜，使湿纸贴在烘缸上，同时也保护杨克烘缸不受刮刀损伤；而起皱剂中的剥离剂在涂层中形成油点，缓和涂层对湿纸的黏性。

毫无疑问，起皱过程的操作性和皱纹质量，与以下因素影响有关：毛布状况、烘缸材质及表面状态、抄速等，以及纤维原料、抄造系统pH和导电度、浆内添加化学品的种类和数量等抄造条件的变化。为了应对这些纸机状况和抄造条件的变化，对起皱剂进行过各种改良，尤其是其中的贴缸剂，因为它是构成起皱工艺基础的涂层形成的化学品。下面介绍由PAE为主剂制备的起皱剂中的贴缸剂（PAE贴缸剂）的技术动向。

3 非反应型贴缸剂和反应型贴缸剂的特征

PAE树脂拥有AZR基（图2），具有通过分子间架桥反应，使其高相对分子质量化的特征。由于PAE树脂可以根据AZR基的数量任意调节架桥反应程度，因此可以选择适用于不同纸机和抄造条件的贴缸剂。

表2数据显示，参与调研的燃气轮机发电机组在未安装任何脱硫除尘环保设施的情况下，其SO2 和烟尘实际排放水平均远低于国家标准规定的排放限值，也远优于实施超低排放燃煤机组的污染物排放水平。

因为PAE贴缸剂是一种可通过AZR基使PAE树脂高相对分子质量化的产品，所以根据高相对分子质量化后的PAE树脂中有无AZR基残留，大体可分为反应型贴缸剂和非反应型贴缸剂。

非反应型贴缸剂是没有AZR基的贴缸剂，具有在杨克烘缸上喷涂后不产生相对分子质量变化的特征。反应型贴缸剂是有AZR基的贴缸剂，在杨克烘缸上喷涂后可以通过AZR基发生架桥反应，具有高相对分子质量化的特征（图2）。

反应型贴缸剂按其AZR基的数量在杨克烘缸上可以提高非反应型贴缸剂无法达到的架桥程度，形成高相对分子质量化后的涂层。反应型贴缸剂比非反应型贴缸剂的涂层耐水性高，对湿纸水分高的纸机能形成稳定的涂层薄膜。因此，非反应型贴缸剂适合烘缸入口水分低的中高速圆网纸机，反应型贴缸剂适合湿纸水分高的新月形成型器等高速纸机。

4 PAE贴缸剂的技术动向

20世纪70年代以来起皱用贴缸剂的技术动向如表1所示。

表1 20世纪70年代以来起皱用贴缸剂的技术动向

20世纪70年代起皱剂开始在日本市场销售。销售初期，浆内添加反应型贴缸剂的例子较多，到了20世纪80年代，开始普及在杨克烘缸上使用喷涂装置，用于喷涂的湿纸贴缸性能优越的非反应型PAE贴缸剂开发完成并开始在杨克烘缸上喷涂，喷涂工艺与浆内添加工艺相比，前者极易形成涂层薄膜。

20世纪90年代，由于圆网纸机的改良和新月形成型器的投产，纸机进入高速化，并且杨克烘缸开始采用熔射加工。纸机的高速化使得湿纸在烘缸入口的水分升高，因而涂层薄膜较难形成，增加了维持均一涂层的难度。而且熔射加工造成了杨克烘缸表面粗糙度增加，从而湿纸与烘缸粘贴可能变得更加困难。为了形成对湿纸水分稳定的涂层，及提高涂层的耐水性，并且提高湿纸的贴缸性，非反应型PAE贴缸剂通过高相对分子质量化提高了其性能，因而对改良圆网纸机和熔射加工烘缸显示了良好效果。而通过高相对分子质量化和增加AZR基数量，耐水性的反应型贴缸剂对速度较高的新月形成型器纸机显示了较好的效果。

进入21世纪后，为了改善生活用纸的手感（接触肌肤时的感觉），开始使用改善手感的化学品（柔软剂）。一般来说，改善手感的化学品含有疏水性物质，定着在湿纸中起着剥离剂的作用，使得湿纸贴缸性能下降。

为了追求PAE贴缸剂的高性能化，通过引入具有氢键结合能的官能基，提高了聚合物之间的氢键结合,抑制了涂层对水的耐受性。该技术的导入可以提高非反应型贴缸剂和反应型贴缸剂2种贴缸剂的湿纸贴缸性和耐水性。

20世纪70年代以来，通过PAE贴缸剂高相对分子质量化的改良——增加AZR基数量和提高氢键结合能，推进了非反应型贴缸剂（以下简称“非反应型”）及反应型贴缸剂（以下简称“反应型”）的高性能化，分别见图4和图5。图5中：“耐水性”的评价方法是，将在培养皿上干燥的贴缸剂薄膜浸渍在温度为50℃的水中，评价未被溶解的残存的薄膜比例，数值越大表示耐水性越好；“湿纸贴缸性”是指在定位测试仪（tacking tester）的探头上（温度为110℃）涂上贴缸剂后，将涂布面贴到湿纸上后拉开时的抵抗力。

5 新型PAE贴缸剂CA6003和CA6006

2010年以后由于下述原因提高PAE树脂相对分子质量的趋势仍在延续：用于改善生活用纸手感的化学品用量的增加；纸机速度提升和造纸纤维原料的多样化。为了形成稳定的涂层薄膜，以及提高湿纸贴缸性，出现了起皱剂中贴缸剂成分的比例高于剥离剂的倾向。提高起皱剂中贴缸剂使用比例后，涂层薄膜变得容易在杨克烘缸两端等位置堆积。如果硬化涂层薄膜在杨克烘缸两端等部位过度堆积，将加大与之接触的烘缸刮刀刀片的负荷，结果造成刀片磨耗加速，寿命缩短，而且因为刀片振动（咔哒声）还会增加产生针眼和断纸，还可能引起烘缸受损。正如在PAE贴缸剂的技术动向中所述的那样，PAE树脂的高相对分子质量化、AZR基数量的增加及提高氢键结合能的改良方法在提高涂层薄膜耐水性和湿纸贴缸性方面具有效果；但是，如果进一步强化这些方法，将出现涂层薄膜玻璃化温度上升，涂层薄膜硬化的问题，见图6。图6中的“涂层薄膜硬度”的评价方法是，用铅笔硬度测试法评价在培养皿上干燥的贴缸剂涂层薄膜硬度，数值越高代表涂层薄膜硬度越大。

图4 20世纪70年代以来PAE贴缸剂相对分子质量的变化

图5 20世纪70年代以来PAE贴缸剂效果的变化

图6 20世纪70年代以来PAE贴缸剂的玻璃化温度和铅笔硬度实验结果的变化

以前发现PAE树脂聚合物之间的氢键结合越强，越容易造成涂层薄膜的硬化。根据这一发现，采用聚合物间氢键结合较缓慢的官能基置换氢键结合能较强的官能基，并且利用最新的技术，推进高相对分子质量化和AZR基数量增加，可以在使涂层薄膜软化的同时，提高耐水性和湿纸贴缸性。

应用了上述技术的新型PAE贴缸剂CA6003（非反应型）和CA6006（反应型）的湿纸贴缸性和涂层薄膜耐水性评价结果如图7所示。玻璃化温度和涂层薄膜硬度的关系如图8所示。

图7 新型PAE贴缸剂的湿纸贴缸性和耐水性的评价结果

图8 新型PAE贴缸剂的玻璃化温度和涂层薄膜硬度的关系

由图7和图8可见，与传统产品相比，新型PAE贴缸剂CA6003和CA6006具有形成较低玻璃化温度、较软的涂层薄膜、湿纸贴缸性及耐水性较佳的特征。

6 新型PAE贴缸剂CA6003，CA6006应用实例

6.1 CA6006在卫生纸纸机上的应用实例

关于CA6006的操作性，与传统产品相比，容易形成涂层薄膜，贴缸剂用量可以减少10%；另一方面由于贴缸剂用量减少，用刮刀剥离纸页变得容易，剥离剂用量减少了20%以上。另外，刮刀磨耗减轻，刮刀刀片寿命延长了2倍以上，见表2。

表2 CA6006和传统产品的用量和起皱刮刀磨耗的比较

品质方面，传统产品在驱动侧不能形成皱纹或皱纹质量变差，而使用CA6006时，在驱动侧也能与中间和控制侧一样取得质量良好的皱纹，横向全幅起皱均匀，见表3。

表3 形成的皱纹质量比较

使用传统产品时，横向温度分布不均匀，特别是驱动侧温度较低。估计这与驱动侧的起皱质量不良有关。在使用CA6006时，可以看到横向温度分布均匀。表4为用放射温度计测量的刚出杨克烘缸出口后卷取的纸温。

6.2 CA6003在面巾纸中的应用实例

关于CA6003的操作性，与传统产品相比，在杨克烘缸端部的PAE树脂堆积（残渣）减少，纸张针眼和断纸发生频率改善。另外CA6003使涂层薄膜形成变得容易，抄造速度可以提高1.2倍。

表4 烘缸出口后卷取的纸温比较

7总结

最近开发的提高聚合物间氢键结合能的新型PAE贴缸剂具有降低涂层薄膜硬度的同时，拥有优良耐水性和湿纸贴缸性的特征，与传统产品相比，新型PAE贴缸剂不仅能够较好地适应纸机和抄造条件的变化，而且在改善操作条件和产品质量方面有如下优势：操作方面能延长刮刀刀片使用寿命，提高了烘干效率，提高了抄造速度和减少了起皱剂用量；质量方面减少了针眼，纸机横向全幅起皱均匀，皱纹质量优良。