造纸常用表面施胶剂种类、性质及其使用

表面施胶是纸张或纸板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，经后续的干燥在纸和纸板表面形成一层胶膜，从而达到改变纸或纸板表面性能的目的。

通过表面施胶可加人改善纸页性能或增加纸或纸板抗水性的表面添加剂。原先，由于技术水平及纸种要求的限制，表面施胶剂只能用在特殊纸种上，例如：钞票纸、证券纸、海图纸等。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设计、复印、传真的普及对文化纸、包装印刷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。

1. 现行的表面施胶有如下优势

1) 提高纸和纸板的印刷设计性能；

2) 可通过选用不同的表面施胶剂种类，提高纸张的表面强度或抗水性；

3) 提高纸和纸板的物理强度；

4) 表面施胶可减少纸张的两面差；

5) 不受抄纸水质和水温的影响，施胶效果比较稳定；

6) 胶料留着效果好，施胶成本低；

7) 和内施胶同时使用，可弥补内施胶的一些缺陷。

2. 表面施胶剂的分类及其作用

根据表面施胶剂的功能，分成抗水类和增强类。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；增强类的可选用淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯(PVA)醇等。

下面介绍说明目前纸厂常用的表面施胶剂类型及基特点。

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，可改善印刷设计效果。但淀粉是高分子水溶性物质，结构中含有亲水基，在成膜后难以抵挡液体的渗透。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。表面施胶中最常用的是氧化淀粉。

PAM作为表面施胶剂，应和乙二醛混合，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。

聚乙烯醇按聚合度和水解度不同，分为许多牌号。一般用作表面施胶的PVA聚合度为l000~2000，醇解度为98％~99％。我国生产的PVA，用于表面施胶的主要是1798，即聚合度为l700，醇解度为98％。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l％~l.5％的硼酸溶液处理，浓度只要l％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。

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：

(1) 它具有优秀的成膜性和整膜转移性能，能在纸或纸板表面形成很好的封闭性和抗油性。

(2) 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，致使印刷设计时产生斑点，因此，淀粉与CMC配合后，可以很大程度上克服这种缺点。

(3) 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无一和稳定的体系，并能在一定时期内有效凝聚沉淀。

(4) 如果采用适量配有CMC的胶料进表面施胶，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，可以攻为守防止纸或纸板在印刷设计过程中的翘曲形变并消除套印时的尺寸误差。

(5) 由于CMC出色的粘结能力，加强了纸或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(板)表面获得很好的油墨接受性，提高了纸张的光泽度，使印刷设计出来的文字图像既光泽靓丽，又能减少墨耗。CMC薄膜强度大，抗油性，但粘度高，故多采用中等相对分子质量、替代度为0.5~0.7mol／g的CMC，涂布后纸的破裂强度和印刷设计光泽度好。

改性AKD主要和淀粉配合在纸板上使用，可在用量比较少的情况下提高纸板的抗水性能，还能大大降低纸的成本。以前担心的AKD熟化问题也基本上已经解决，像普通的高强瓦楞或是牛皮箱板纸，完全熟化期也可以在2个小时内完成。这种改性AKD加表面施胶淀粉的方法也应用在普通的文化用纸上，用来完全取代浆内施胶。加在纸的表面，这样不但可降低AKD的用量，还能缩短AKD的熟化时间。

(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休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。

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，改善纸张陛能。主要用于涂布纸和胶版纸，应用成本较高。

动物胶是从动物的骨头、皮或筋中提炼出来的一种蛋白质。上等的皮胶和骨胶色浅而透明，又称明胶。皮胶和骨胶都可用于表面施胶，但最适合高级纸张的还是皮胶，与骨胶相比，皮胶的粘度、覆盖能力和成膜性均好于骨胶，能产生更强韧的膜，因而能赋于纸张更大的强度。由于动物胶价格昂贵，故多限用于高级纸张的表面施胶。使用动物胶时，先将其在冷水中充分溶胀，再置于50~60度左右的热水中溶解，在搅拌中制成4％~l0％浓度的胶料。如有必要，可加少量有机酸或碱来提高溶解度。为降低其粘度，可加入适量硫酸铝。在动物胶中添加2％~3％肥皂(对动物胶量)，可以提高纸张色泽、不透明度和光泽度；加入少量氯化钠、甘油、不干性油、醋酸钠等，还能改善纸张的耐揉性。动物胶与淀粉混合时，加入0.25％~l.0％肥皂(对动物胶量)，可以防止动物胶淀粉的离散。

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