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造纸表面施胶的作用及表面施胶剂的种类和特点

      表面施胶是纸张加工过程中的一个工序,通常位于纸机的烘干部末端,使纸页在未完全干燥却具有一定的强度时喷涂一层胶液,经后续的干燥后在纸张表面形成一层胶膜,从而达到改变纸张表面性能的目的。随着造纸工业技术水平的提高,纸张的表面施胶已经成为一种常规的纸张处理工序,尤其是近年来因印刷、复印、传真的普及对文化纸、包装纸和瓦楞纸的表面性能、强度及抗水性提出了更高的要求,因此造纸工业在不断的探求新的表面施胶技术。

       表面施胶剂在功能上通常有增加抗水性和增强纸张强度。提高抗水性的表面施胶剂可选用烷基烯酮二聚体(AKD)、苯乙烯马来酸酐共聚物等;增强类胶剂可选用淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯(PVA)醇等。让我们看看这些常用的表面施胶剂的种类和特点。

       1、淀粉及其改性物。

       淀粉是一种天然高分子化合物,它是一种重要的表面施胶剂和纸张增强剂。玉米淀粉使用比较广泛,薯类淀粉使用效果较好。天然原淀粉粘度高,流动性差,容易凝聚,用水稀释后容易沉淀,在粘结性、成膜性方面还存在很大的局限性,所以在施胶系统中多使用的是改性淀粉。使用淀粉改性物作为表面施胶剂最大的优点就是原料丰富,价格便宜,非常适合中国的国情,另外表面增强效果明显,又可改善印刷效果。但淀粉是高分子水溶性物质,结构中含有亲水基,在成膜后难以阻隔液体的渗透,这就需要用变性淀粉和其它的表面施胶剂配合使用来达到纸张的要求。

       2、聚丙烯酰胺(PAM)。

       PAM作为表面施胶剂,在使用时和乙二醛混合,两者在于燥过程中可形成交联网络。由于纸页中存在三价铝离子和钙离子等,PAM分子中的部分-CONH:基团又水解成-COOH,这些金属多价离子会与PAM中的-COOH产生离子交联键,从而使纸而产生抗水性。PAM价格高,质量好,适合和价格便宜的淀粉配合使用。

       3、 聚乙烯醇(PVA)。

       聚乙烯醇按聚合度和水解度不同分为多种规格,一般用作表面施胶的PVA聚合度为l000~2000,醇解度为98%~99%。经PVA表面施胶的纸张,干燥后纤维有很好的黏合力,表面强度好,PVA所形成的覆膜有很好的抗油脂性,但缺点是粘度高,涂布性差,易渗透到纸层内部(仅起到提高表面强度的作用),通常为了达到所需的表面施胶效果,不免要加大用量。为解决这一问题,可采用硼酸预处理技术,其原理是经硼酸处理后的纸张在涂布PVA时,硼酸和PVA可发生交联反应而形成凝胶体,抑制了PVA向纸层内部的过量渗透。达到相同表面强度,如果只用PVA可能要用3%溶液,但采用1%~1.5 %的硼酸溶液处理,浓度只要1%就够了。现在淀粉聚乙烯醇作为表面施剂的应用纸种及纸厂不断减少。

       4、羧甲基纤维素CMC。

       CMC是一种白色的粉末状、粒状或纤维状物质,无臭、无味、无毒,是一种很好的表面施胶剂。CMC一般粘度在300mPa.S以下,取代度在0.6~0.75时,比较适合用作表面施胶剂。与PVA相比,羧甲基纤维素(CMC)用作表面施胶剂具有更高的优越性,它具有优秀的成膜性和整膜转移性能,能在纸张表面形成很好的封闭性和抗油性;由于变性淀粉的成膜性差,不可能在纸表面形成连续完整的膜,且会在纸张表面形成“积聚物”而堵塞孔隙,致使印刷时产生斑点,因此,淀粉与CMC配合后,可以很大程度上克服这种缺点;CMC具有很好的分散性,它可以将其它胶料粒子充分分散而形成均一稳定的体系;如果采用适量配有CMC的胶料表面施胶,可以在纸张表面形成一层连续完整而柔韧的薄膜,这层膜有调湿功能,可以防止纸张在印刷过程中的翘曲形变并消除套印时的尺寸误差;由于CMC出色的粘结能力,加强了板纸表面纤维与纤维之间、纤维与填料之间的结合,从而有效地提高了纸张的表面强度,而且使纸张表面获得很好的油墨接受性,提高了纸张的光泽度,使印刷出来的文字图像既光泽靓丽,又能减少墨耗。

       5、共聚物类,又可根据聚合物的不同进一步细分。

      (1) 苯乙烯-马来酸酐聚合物(SMA)。SMA是苯乙烯和马来酸酐的交替共聚物,为浅琥珀色粘液,固含量为25%~40%,在水中可无限稀释。主要用于涂布,证券纸、防油纸、复写纸、复印纸等,可提高纸张的耐磨性能、强度、吸油性。

      (2) 苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(SAE)。苯乙烯与丙烯酸酯单体通过乳液聚合物制备的共聚物(SAE),通常是以胶乳形式使用。目前使用的SAE类表面施胶剂多为水溶液性的阴离子聚合物,在使用过程中由于水中含有AB+、Ca2+等,会引起乳液沉淀,对施胶有不利影响。为了提高乳液成膜后的抗水性,一般要加少量表面活性剂,如效果较好的氧化淀粉,或是直接添加少量硫酸铝来提高其施胶性能。

      (3) 苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐单酯共聚物(SAM)。作为表面施胶剂的苯乙烯—丙烯酸酯-马来酸酐单酯共聚物(SAM)是苯乙烯与丙烯酸酸 及马来酸单酯无规则共聚的具有中等分子量的产品,效果优于SMA,这将是板纸表面施胶的技术发展方向。

      (4)  聚氨酯水分散液(PU)。聚氨酯(PU)水分散液是一种新型的表面施胶剂,它能以较少用量产生较高的施胶度,改善纸张性能。主要用于涂布纸和胶版纸,应用成本较高。


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