造紙濕強劑的作用機理及研究現狀

　　濕強劑在造紙業中得到廣泛的應用,其重要性被越來越多的人們所關注,對各種濕強劑主要包括 脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚酰胺環氧氯丙烷等的作用機理和研究現狀進行了綜述。并簡要介紹了現存濕強劑的不足,對我國濕強劑的發展做了展望。

 

　　隨著現代科學技術的發展,紙的用途范圍越來越廣,其中有些紙要求在水的作用下,或者在水中應用和加工。如海圖紙、特種地圖紙、鈔票紙、廣告招貼紙、藥棉紙、臺布紙、工業濾紙、照相原紙、茶葉濾紙等。這就必須給此類紙賦予一定的濕強性能,即在紙的抄造過程中或后加工過程中加入濕強劑,使紙有一定的濕強度。

 

1、與濕強度有關的幾個概念

 

1.1濕強度

 

　　成品紙被水浸透飽和后一般會喪失絕大部分強度，余下的強度稱為濕強度。對于紙張的濕強度，很難定義一個絕對值，通常把紙的濕強度表示為濕2干強度比,用百分比表示,這里的強度通常指抗張強度。紙的濕強度有初始濕強度和再濕濕強度之分。初始濕強度是指從紙機上下來的成品紙用水重新潤濕后的強度。通常說的濕強度指再濕濕強度。一般非濕強紙被水飽和后,只能保留其干強度的2%~10%左右。加入濕增強劑后紙張的濕強度可達到原紙干強度的20%~40%?，F在已能抄造出濕強度超過50%的紙品。

 

1.2濕強劑與濕強紙

 

　　一般把能使紙張用水充分潤濕后仍能保持原紙干強度15%以上強度的增強劑稱為濕強劑[3]。如果紙張的濕強度在其干強度的15%以上就稱該紙為濕強紙。濕強紙通常以濕強持續的時間來區分,非濕強紙當被水飽和后幾秒鐘內將失去其強度。有些濕強紙僅僅是縮短了強度喪失的時間,該種紙一般被稱作“臨時”濕強紙,而有些濕強劑則能產生“持久”濕強度。

 

2濕強產生機理

 

　　紙張強度取決于纖維本身的強度和纖維間聯結的強度以及紙中纖維的排列和分布,即紙中纖維間的結合力和纖維本身,其中最主要的是纖維間結合力。這種結合力主要是氫鍵的結合力,纖維素纖維形成氫鍵的能力在于纖維素羥基的存在,纖維之間氫鍵的結合使紙頁中的纖維在沒有粘合劑的情況下相互結合給紙頁一定的強度。 D.Dunlop-Jone認為當紙濕的時候為了保留它 的部分初始干強度,一般有以下一種或幾種方法:加強原有的纖維結合;保護已有的纖維間結合;形成對水不敏感的新鍵;產生一個對纖維進行物理包覆的網絡。 增濕強劑增進紙頁的濕強機理,一般認為有兩種:一種叫作“保護”機理,即保護已有的纖維間結合機理,該機理認為濕強劑在纖維周圍會產生一個交錯鏈狀網絡結構,可以阻止纖維的潤脹和吸水,以保持現有的纖維間氫鍵,這種機理被認為是同心交叉鏈機理。另一種是“增強”機理,即產生新的、抗水的纖維間鍵和機理,該機理認為纖維與濕強劑之間存在交聯結構,這種結合在其它自然產生的結合被水破壞后依然存在。通過纖維與濕強劑之間形成的新的抗水的結合鍵,如共價鍵、氫鍵以交聯方式來連接纖維,這種機理亦被稱為“加固新鍵或相互交錯連接”機理。 當紙的抄造過程中加入濕強劑后,在濕強劑與纖維間接觸的混合漿料中,既有相互交錯的纖維,又有加入的濕強劑分子,經干燥使它們之間發生化學變化結合成鍵。當紙頁再度潤濕時,由于物理的交織作用和濕強劑干燥后的難溶性、不潤脹的硬化作用,從而使濕強劑定著在纖維之間,以阻止水分子滲入纖維孔隙中,避免纖維因吸水潤脹而破壞纖維結合,從而產生了濕強度。

 

3 造紙工業中常用的濕強劑

 

　　早期濕強紙的生產方式主要是在紙漿中加入抗水劑,使紙頁具有抗水性保護層適應其用途,如加入石蠟、聚偏二氯乙烯等。它并沒有實質上提高紙張的濕強度。后來,在20世紀30年代,人們發現一些水溶性合成樹脂加到造紙漿料中并在紙機上固化后能賦予紙張濕強度,此后濕強劑的應用得到了飛快的發展。濕強劑一般須具有下列四個特征[3]:必須是高聚物,并有一定的力學強度來保護纖維間結合不受潤脹和損壞;必須是陽離子型的,可吸附在帶負電荷的纖維上,并達到快速完全地留著;必須是水溶性的或水分散型的,以保證在漿料中分布均勻;必須能形成化學網絡結構,反應為熱固型,使紙張對水的潤脹有一定的抵抗力。造紙工業中濕強劑的選用要以紙的最終用途、濕強劑的價格與特性等作為選擇依據。