探讨造纸工业常用湿强剂

摘要：本文论述了目前造纸工业常用湿强剂的种类，简单介绍了各种湿强剂的优缺点，并对各种湿强剂的作用机理进行了探讨，展望了它的发展趋势。

关键词：湿强剂，作用机理，发展趋势

添加各种聚合物增加纸业强度是当今造纸工业的一大热点。我国近年来造纸工业发展迅速，但是由于我国木材资源短缺，不得不大量利用草类和废纸原料以及填料，这样一来其纸张强度会有较大的损失，加之人们对高档次、低定量纸张强度的要求越来越迫切，因此使用造纸增强剂解决强度问题是首选方法之一。用以增强纸及纸板强度的一类精细化学品称为增强剂。纸张增强的方法有两种，一种是浆内添加增强剂，一种是抄纸时添加表面增强剂。表面增强剂可归于表面处理剂。本文主要介绍了浆内增强剂里面的湿强剂及其增强机理[1-3]。

1湿强剂

一般纸张被水浸透后或者是被水饱和时，其强度损失90%～96%，余下的4%～10%的强度就是湿强度，往纸内加入化学试剂，湿强度可以达到15%以上，这样的纸就是湿强纸，加入的化学试剂也就是湿强剂。

1.1湿强剂的作用机理

湿强剂在纤维表面能够形成交联网络，这种交联网络的组成十分复杂，既有加入的聚合物分子间的交联，又有加入的聚合物分子与纤维的交联。后一种也就是共交联作用。共交联可以分为：共价键合（如湿强剂与纤维素、半纤维素、木素残留物羟基发生化学键和）配位络合（如加入的高分子中的极性键与纤维素通过金属离子形成配位络合）以及氢键及分子间相互作用的加强。

1.2常用湿强剂及新型环保湿强剂

湿强剂在不同的应用环境中，产生的效果不一样，一般加入量在0.5%～1.0%（对绝干纤维）。用于造纸工业的湿强剂通常分为两大类，即甲醛树脂（又可分为脲-甲醛和三聚氢胺-甲醛树脂）和聚酰胺环氧氯丙烷树脂。而聚乙烯亚胺、二醛淀粉、带有乙二醛取代基的聚丙烯酰胺和其他物质，在特殊情况下也被应用。还可以使用乙二醛，但不用于湿部。1.2.1聚酰胺环氧氯丙烷（PAE）聚酰胺环氧氯丙烷树脂是热固性的，可通过加热聚合成水溶性的，所以贮存温度应低于30℃，PAE必须在酸性条件下存放，使其不形成环氧基，而在使用时应加碱。一关环形成环氧基并和纤维羟基形成交联结构，产生所需要的湿强性，当溶液的pH大于5时，稀溶液发生了凝胶，为了保持树脂的稳定，树脂在制备最后要酸化到pH为3.5～6。PAE作为湿强剂有很多优点，如无毒、中碱性条件熟化、成纸湿强度高、吸水性好、兼有助留助滤效果等。PAE树脂可选择一种阴离子性的增强剂与之共用易产生增强作用，有效的阴离子树脂是APAM和羧甲基纤维素或阴离子性胶乳。1.2.2脲醛树脂（UF）脲醛树脂是由脲与甲醛缩聚而成的树脂性物质，在缩聚过程中分子量增大，反应介质的黏度不断增加，反应继续进行，树脂变得不溶于水，故缩聚反应根据控制的条件，可得到水溶性和有机溶剂性的产品。这些产品外观为无色到浅色液体或白色固体，无味，耐光性 好。脲醛树脂作增强剂一般用于照相原纸、海图纸、地图纸、多层纸袋纸和招贴纸等。工业上大量应用甲醛及密胺的是脲-甲醛树脂，除赋予纸张强度以外，还能增加纸张的耐磨性、耐折度、伸长率、湿纸撕力及纸幅收缩稳定性。实验证明，在槽内使用密胺树脂，树脂熟化时间越短，则湿强度越高，湿强度的差值是随树脂加入量的增加而增加。在槽内使用树脂，氨基与醛的比值对湿强度的效率有响，甲醛含量高，则湿强度效也高。1.2.3聚乙烯亚胺（PEI）制造乙烯亚胺单体的原始方法是将乙醇胺与硫酸作用生成氨基乙基硫酸，然后加碱转化为乙烯亚胺，控制聚合反应，用各种不同的酸性催化剂实现。其单体的毒性很强，但聚合物是安全物质。聚乙烯亚胺的作用机理与阳离子UF和MF树脂相似但所得湿强度水平小于热固树脂。1.2.4三聚氰胺-甲醛树脂（MF）三聚氰胺-甲醛树脂由脲-甲醛发展而来，它们能被制成阳离子、阴离子或非离子的树脂，但仅阳离子树脂被用于纸机湿部，阴离子和非离子树脂被用于胺涂布。MF是由三聚氰胺同甲醛在酸性条件下缩合而成的水溶性树脂。MF树脂作为湿强剂，主要用于钞票纸、海图纸等纸张的生产。1.2.5新型环保湿强剂上述常用的湿强剂增强效果较好，但是这些湿强剂或多或少地还存在一些缺点，如氨基树脂需在酸性条件下贮存，且产品的稳定性较差，常常在贮存过程中发生凝胶现象，其中还含有残余甲醛，同样在生产和使用过程中会释放出来，对人体和环境造成危害[9]；PAE则与阴离子不相溶，在纸机上加入点要远离阴离子（如松香施胶剂）的添加点，否则PAE与松香反应会形成泡沫并沉淀，同时使用时还会在产品与白水系统中测出AOX[10]。鉴于环保的要求，并考虑到湿部化学因素，如纸浆的接受性固化值、与其它助剂的相溶性、单程留着率、均匀分布性和抗干扰物的能力等，开发新一代无污染高效湿强剂是今后势在必行的发展趋势。壳聚糖和聚羧酸就是适应这种趋势的新型环保型湿强剂。壳聚糖是现在研究最为活跃的一种造纸湿强剂，是甲壳素脱去乙酰基形成的衍生物。它是高分子线形聚合物，对纤维有足够的黏结强度和在纤维间架桥的能力，而且它是一种天然的阳离子生成聚合物，分子链上具有许多正电荷中心和氢键中心，易和纤维上的负电荷形成离子键，和纤维上非离子表面形成氢键。因此，可作湿强剂。如将适量的壳聚糖加到纸浆中，抄造的新闻纸、书写纸、地图纸、卷烟纸湿强度都有显著的提高。同时，许多研究表明，壳聚糖接枝聚丙烯酰胺增强剂效果优于壳聚糖，尤其适合用来抄造低定量的纸张。在抄造瓦楞纸板芯层的半化学浆中，同时添加壳聚糖和PAE，可同时增加纸的干强度和湿强度。有文献报道[11-12]，纸页经过某些多官能羧酸后处理，其湿强度/干强度可超过60%。用其处理过的纸板也显示了更好的尺寸稳定性和挺度。而且处理过的纸页中的酯交联在室温条件下可水解，因而该湿强纸易回收。该方法的主要缺点是处理后纸页耐折度和抗张能力显著下降。目前，多官能羧酸主要有两类：一类是低分子质量的马来酸的均聚物（PMA）和三元共聚物（TPMA）湿强剂，另一类是高分子质量羧酸-多亚乙基马来酸（EMA）湿强剂。壳聚糖和多官能羧酸作为新型环保型湿强剂，其对纸张的增强效果已得到肯定，但仍然存在一些不足，还需进一步研究使其尽早实现工业化生产，成为广泛使用的新型高效环保型湿强剂。

2结束语

进入21世纪，环境保护已成为世界各国的共识，严格的环保立法要求造纸助剂必须是低污染的化学品，且应具有生物降解性，从而减少造纸厂废水的毒性和BOD5、COD等各项指标。从整个湿强剂的研究发展来看，其发展方向是开发成本低，效果好，环境友好型的新型湿强剂，开发新一代无污染的湿强剂成为今后势在必行的发展趋势。

参考文献：

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作者:孙浩 徐清凉 朱勋辉 单位:浙江景兴纸业有限公司