苯乙烯-丙烯酸(SAE)聚合物表面施胶剂与AKD表面施胶剂的区别

苯乙烯-丙烯酸（SAE）聚合物表面施胶剂与AKD表面施胶剂的区别

2010年4月19日

一、前言：

在生产、储存和使用的过程中，纸张纤维都会吸收空气和环境中的水蒸气因而导致纸张水分增加、强度降低，进而影响纸张的使用性能。尤其是包装纸箱所用的牛皮纸、瓦楞纸和箱板纸，吸潮后会导致纸板、纸箱变软；在贮存、使用和运输过程中，纸箱变形，影响包装箱的外观质量、影响包装物的储存和码垛；甚至还会损坏包装箱内的商品。

为了解决纸张吸水和返潮的问题，通常要在造纸过程中添加抗水性能的化学品，即术语所称“施胶剂”。最初的施胶工艺，主要是在纸浆的制浆过程中，直接在浆内添加胶体材料，即“浆内施胶”，这样可以提高纸张的抗水性，避免包装纸吸潮后影响其使用性能。但是，经过多年的实践后发现，“浆内施胶”存在两个问题，一是浆内施胶会影响纸张纤维之间的结合力，会降低包装纸的强度；二是浆内施胶量较大，额外增加了过多的成本。另外，包装纸在印刷过程中，经常会出现掉粉、掉渣（纤维脱落）以及油墨吸收不均匀和渗透等现象，影响包装纸的印刷质量，浆内施胶无法改善这种现象。为此，开始尝试在纸张的表面涂覆一层胶体材料，可以起到防止掉粉、掉渣以及提高纸张印刷质量的作用，同时还能阻止水蒸气渗透到纸张内部，起到了浆内施胶的作用，因此，“表面施胶剂”应运而生。

表面施胶剂（简称表胶）是指在纸张表面涂加的旨在增加纸张抗水性的一种化学胶剂，既可以提高纸张的印刷性能，同时还可以防止纸张吸水返潮而导致强度降低。相对于浆内施胶，表面施胶剂的成本只是浆内施胶的15-30%，具有很好的性价比，自2002年以后，发展迅速。

长期以来，低档包装纸例如普通瓦楞纸、箱板纸均不施胶，随着越来越多的大型纸机投产，产能相对过剩，大型纸机生产的低克重表胶纸能够取代小厂生产的高克重无表胶的普通纸，例如75克表胶高强瓦楞纸可以取代90-100克的无表胶普通瓦楞纸。因此从金融危机之后，低速纸机生产的未表胶的低档纸正陆续被替代，一些小厂在先进产能淘汰落后产能的客观规律作用下而相继倒闭。近年来新上的中速纸机大多增加了表面施胶的装置，因此表面施胶是包装纸施胶的发展趋势。同时，由于浆内施胶量大成本高，正在逐步被表面施胶剂取代。总体而言，表面施胶剂市场前景广阔。

二、表面施胶剂的简要介绍：

表面施胶剂的种类很多，大体可分为天然高分子和化学合成高分子两大类。淀粉及改性淀粉是典型的天然高分子，但其性能有很大的局限性；目前将淀粉及改性淀粉与化学合成高分子配合起来使用，已取得了良好的效果。从离子型方面，表面施胶剂又分为阳离子型、阴离子型和非离子型表面施胶剂。

实践表明，用于包装纸的表面施胶剂，阳离子型效果最好。目前最为普及的是阳离子型苯乙烯丙烯酸酯聚合物乳液（简称苯丙乳液）；这类产品合成工艺稳定、操作简便，在表面施胶后成膜性和抗水性好，是应用和发展最快的品种。

在表面施胶的机理方面，业内人士已普遍达成了如下共识：

1）阳离子表面施胶剂，要与配合施胶的大量淀粉链状分子进行交联反应，形成以聚合物高分子为核心节点的网状结构覆盖在纸张的表面，并形成一个致密的抗水薄膜，从而阻止水蒸气进入与纸张内部与纤维结合，防止纸张返潮；同时还可以防止纸张掉粉掉渣提高印刷质量。2）表面施胶剂的聚合物高分子还需要与纸张纤维有良好的结合，减少表面施胶剂向纸张内

部的渗透，减少表面施胶剂的用量，降低成本。

3）根据以上两个特性，苯乙烯丙烯酸类的阳离子聚合物，其高分子自带的正电荷与淀粉链分子的负电荷以及纤维的负电荷结合，可以形成紧密的链接，起到了良好的表面施胶抗水作用。

4）由于纸浆抄造过程中，会携带大量的负电荷的干扰离子，而这些干扰离子会与阳离子表面施胶剂结合而降低施胶作用，因此，为了配合阳离子表面施胶剂的使用，还需要添加硫酸铝增加正电荷，来中和带负电荷的干扰离子。因此硫酸铝是表面施胶的一个重要助剂。

三、苯乙烯丙烯酸类（SAE）表面施胶剂的特点：

SAE类表面施胶剂是当前发展最快、应用最广的聚合物表面施胶剂，主要由苯乙烯、丙烯酸酯和各种功能单体共聚而成，其合成工艺简单、黏度低、泡沫少、使用方便，抗水效果好，目前应用最普及。根据其合成工艺，SAE类又可分成两种：

第一种，微乳液聚合型（也称为纳米乳液——是指粒径在1-100 nm的乳液）：典型代表：BK-532。我公司的PSC-330和PSC-430属于同类产品，通过仪器分析发现，微乳液聚合型表胶的性能特点表现如下：

a）阳离子性强，电荷强度（Zeta电位）达到45以上；

b）平均粒径小于100纳米；其中含有大量20-40纳米的粒子；

c）玻璃化温度高，Tg值在40 C°以上；

第二种，普通乳液聚合型：代表产品为汽巴表胶；清正合成PSC-100；国内大多数厂家均采用这种工艺，其物理性能如下：

a）阳离子性（Zeta电位）比微乳液聚合型的要弱，大约是25左右：

b）没有50纳米以下的粒子，平均粒径大于100纳米；

c）玻璃化温度在40 C°左右；

SAE表胶的施胶机理和物理性能的影响：

A）SAE类表面施胶剂的施胶机理：具有阳电荷的SAE聚合物分子，通过与淀粉的交联反应，形成网状的抗水薄膜，同时SAE阳离子高分子还余纤维负离子结合，主要附着在纸张的表面，从而形成了SAE抗水高分子+淀粉链交联+纤维链交联的网状结构而成为一种致密的薄膜。

B）Zeta电位的强弱是阳离子表胶的一项重要指标，直接关系到表胶与淀粉的结合力，两者之间的结合力强，则在纸张表面上形成的薄膜强度就高；同时也关系到表胶与纤维的结合力，两者之间的结合力强，则施胶时表胶渗透到纸张内部的溶液就少，因此添加量就少；

C）粒径大小影响到两个方面：第一，粒径小，乳液中的高分子粒子数就多，涂覆在纸张表面形成的网膜就更致密；第二，粒径小，意味着同等加量的情况下，抗水粒子的比表面积更大；因此如果要求达到同样的抗水性，粒径小，就意味着可以添加量减少。通常来说，在同等固含的情况下，纳米乳液的表面施胶剂添加量要少得多。

D）玻璃化温度的高低（Tg值）对与表胶在实际应用中会否粘缸有影响，实践证明，Tg值大于5 ºC以上，一般不会出现粘缸现象，因此两种乳液均远远超出，不存在粘缸问题。

四、