造紙濕強劑的作用機理及研究現狀

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

 

　　隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,紙的用途范圍越來(lái)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(yè)濾紙、照相原紙、茶葉濾紙等。這就必須給此類(lèi)紙賦予一定的濕強性能,即在紙的抄造過(guò)程中或后加工過(guò)程中加入濕強劑,使紙有一定的濕強度。

 

1、與濕強度有關(guān)的幾個(gè)概念

 

1.1濕強度

 

　　成品紙被水浸透飽和后一般會(huì )喪失絕大部分強度，余下的強度稱(chēng)為濕強度。對于紙張的濕強度，很難定義一個(gè)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(lái)的成品紙用水重新潤濕后的強度。通常說(shuō)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(guò)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(chēng)為濕強劑[3]。如果紙張的濕強度在其干強度的15%以上就稱(chēng)該紙為濕強紙。濕強紙通常以濕強持續的時(shí)間來(lái)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(shí)間,該種紙一般被稱(chēng)作“臨時(shí)”濕強紙,而有些濕強劑則能產(chǎn)生“持久”濕強度。

 

2濕強產(chǎn)生機理

 

　　紙張強度取決于纖維本身的強度和纖維間聯(lián)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(yè)中的纖維在沒(méi)有粘合劑的情況下相互結合給紙頁(yè)一定的強度。 D.Dunlop-Jone認為當紙濕的時(shí)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(chǎn)生一個(gè)對纖維進(jìn)行物理包覆的網(wǎng)絡(luò )。 增濕強劑增進(jìn)紙頁(yè)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?chē)鷷?huì )產(chǎn)生一個(gè)交錯鏈狀網(wǎng)絡(luò )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(chǎn)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(lián)結構,這種結合在其它自然產(chǎn)生的結合被水破壞后依然存在。通過(guò)纖維與濕強劑之間形成的新的抗水的結合鍵,如共價(jià)鍵、氫鍵以交聯(lián)方式來(lái)連接纖維,這種機理亦被稱(chēng)為“加固新鍵或相互交錯連接”機理。 當紙的抄造過(guò)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(jīng)干燥使它們之間發(fā)生化學(xué)變化結合成鍵。當紙頁(yè)再度潤濕時(shí),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(zhù)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(chǎn)生了濕強度。

 

3 造紙工業(yè)中常用的濕強劑

 

　　早期濕強紙的生產(chǎn)方式主要是在紙漿中加入抗水劑,使紙頁(yè)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(méi)有實(shí)質(zhì)上提高紙張的濕強度。后來(lái),在20世紀30年代,人們發(fā)現一些水溶性合成樹(shù)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(fā)展。濕強劑一般須具有下列四個(gè)特征[3]:必須是高聚物,并有一定的力學(xué)強度來(lái)保護纖維間結合不受潤脹和損壞;必須是陽(yáng)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(zhù);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(xué)網(wǎng)絡(luò )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(yè)中濕強劑的選用要以紙的最終用途、濕強劑的價(jià)格與特性等作為選擇依據。