造纸湿部化学与造纸助剂 第三章 纸张增强剂
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影响纤维间结合力的因素很多，主要有打浆、原料的种 类、半纤维素的含量、木素含量、纤维长度、添加剂和纸 页成形过程。 在原料种类和制浆方法一定的情况下，打浆、添加剂和 纸页成形过程对纸张强度的影响很大。
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3.1.3 打浆对纸张强度的影响 三种方法可增加纸页的强度（内部纤维结合的数量），即 打浆、干强剂、湿压榨，其中打浆是用得最多的一种方法。 打浆是对纤维的机械作用，通过打浆得到纸页或纸板成形 时所希望的纤维性能，打浆使纤维产生变形、润胀、压溃、 切断和细化等作用。 打浆影响纸的强度，在一定打浆度范围内，大多数强度指 标（如抗张强度、耐破度等）随打浆度的提高而增大，只有 撕裂度例外，轻微打浆会提高使撕裂度增大，随着打浆度增 加撕裂度逐渐下降。
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通过化学助剂来增加纸张度的方法有两种: 浆内添加增强剂， 抄纸时添加表面增强剂。
本章所介绍的增强剂主要是浆内增强剂。 根据效果不同，浆内增强剂又分为增干强剂和增湿强剂， 其增强机理亦有所不同。 加入各种增干强剂和增湿强剂，通过它们和纤维间发生 化学和物理作用，达到提高纸张强度的目的。
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3. 2纸张干强度、增干强剂的作用机理及常用的增干强剂 3.2.1纸张干强度性质
14
(3) 其也是纤维高效分散剂，能使浆中纤维分布更均匀， 导致纤维间及纤维与高分子间结合点增加，提高干强度。
(4) 干强剂增加了细小纤维留着和纸页脱水，改善了纸幅 的挺度。
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添加增强剂前后纸张表面状态SEM照片（放大50倍）
(a)空白纸张表面
(b)CPAM增强后纸张表面
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添加增强剂前后纸张抗张试样断口SEM照片（放大50倍）
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（5）范德华力 包括偶极力、诱导力和色散力。其中偶极 力是极性分子间作用力，诱导力是极性分子和非极性分子 间作用力，而色散力是非极性分子间作用力，由于产生分 子瞬时偶极，正负电中心不能完全重合而引起分子间的吸 附。色散力是高分子作用的主要形式，且具有加合性。
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（6）物理缠结 纤维素属于刚性分子，基本呈直链型构象。 长纤维之间不发生物理缠结，所以缠结主要是指加入的聚 合物分子间的缠结，即柔性分子链相互缠绕，作用点可以 滑移。当一条分子链运动时，可以带动其他的分子链发生 相应的运动，并将应力传递到整个网络上。
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3.2.2增干强剂的作用机理 其分子结构特点：含有可与纤维素分子中羟基形成氢键基团 的高分子聚合物，这是干强剂增加纸张干强的主要途径。 理想的增干增强剂应该是：
（1）线性大分子（合成高分子聚合物），使其极性基团可以 充分接近纤维表面。 （2）相对分子量要足够大，具有成膜能力，对纤维有足够的 粘合强度并能在纤维间架桥。 （3）分子链上有许多正电荷中心和羟基，便于和纤维形成静 电结合和氢键。
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（3）配位健 这种结合很少，且必须具备形成的条件。即 存在能给出电子的离子或分子与具有能接受电子空轨道的离 子或原子，通过配价键按一定组成和空间构型形成结合。 （4）氢键 已被证明氢键是纤维结合的主要作用力。因为 纤维素分子上带有大量的羟基，而分子间和分子内都可以发 生氢键键合。当从纤维层间脱除水分子时可导致纤维充分的 接触。当湿纤维层形成、湿压和干燥时，相邻的纤维形成紧 密接触，并且在脱水分子之后，在纤维表面间可产生氢键结 合。因为氢键具有加合性。每个纤维素结构单元有3个羟基， 故加合值远远大于其化学键能。
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纸张干强剂的增强机理认为有以下几种： (1) 纤维间氢键结合和静电吸附是纸张具有干强度的原因， 特别是氢键结合点多，结合力强，是干强度产生的主要原 因。加入干强剂后，这些高分子含有各种氢键形成基团与 纤维表面的羟基形成氢键，产生了强的分子间相互作用。 (2) 一些含有阴离子基的干强剂可以通过Al3+等和纤维形 成配位结合。如果纤维经特殊处理后含有羧基等，也不排 除存在离子键键合的可能性。长链高分子可同时贯穿若干 个纤维和颗粒，物理缠结和吸附也能够起到某种补强作用。
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打浆对纤维结合力的影响主要是打浆使得纤维的润胀和细 化增加，纤维的比表面积增大，游离出更多的羟基，促进 纤维间的氢键结合，纤维间的结合力增大。 打浆的基本矛盾是纤维的结合力和纤维长度间的矛盾，随 着打浆度的增加纤维结合力不断上升，而纤维长度不断下 降。最终的强度指标是二者共同贡献的结果。 通过打浆来提高纸张强度性能是有限的。改进的方法就是 在纸料中加入一定量的化学添加剂（称为增强剂），通过 它来保持纸的其它性能不变而改进纸的强度性能。
（a）空白纸张抗张试样断口
（b）CPAM增强后纸张抗张试样断口
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3.2.2常用的增干强剂 1、改性淀粉类干强剂
淀粉在化学结构上与纤维素相似，以线性和支链性分子 的混合物形式存在的。直链淀粉分子比支链淀粉有更强 的结晶聚集倾向，所以支链淀粉更适合用于作为湿部添 加。
Байду номын сангаас18
直 链 淀 粉 分 子 结 构 图 支 链 淀 粉 分 子 结 构 图
表示纸张干强度的指标多种，如抗张强度、裂断长、撕裂度、 耐破度、挺度、表面耐磨强度、表面抗拉毛性等。 造纸工业上主要用抗张强度、裂断长、撕裂度和耐破度。 抗张强度－单位宽度的纸或纸板所能承受最大张力。 抗张指数－由绝对抗张强度除以定量而求得。 裂断长－将一定宽度的试样一端固定，另一端自由下垂，纸 样所能承受本身重力至裂断时的计算长度。 撕裂度－已被切有切口试样至一定距离所需的力。 耐破度－试样破裂时所承受的最大压力。
第三章 纸张增强剂
3.1纸张强度及产生的原因 3.1.1纸张强度
纸页除有普通结构材料的所有力学性能之外，还有一些特 殊的力学特性。如抗张、撕裂、耐折度、弯曲性能、耐破、 表面强度、内部结合强度、抗压性能。 由于水对纸强度的影响很大，所以纸页的强度通常分别用 干强度和湿强度来表示。
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纸张强度受抄纸配料因素和过程因素的双重影响. 针叶木纤维生产出的纸强度明显高于阔叶木纤维； 填料会降低纸页的强度； 碱性pH值条件下生产的纸张强度要高于酸性pH值条件下 生产的纸张； 增加湿压和打浆度能增加纸的强度 。
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直链淀粉是一种线形多聚物，都是由a －D－葡萄糖通过 a－D－1，4糖苷键连接而成的链状分子。 直链淀粉没有一定的大小，不同来源的直链淀粉差别很 大。未经降解的直键淀粉非常庞大，其DP为几千。 不同种类直链淀粉的DP差别很大. 文献报道，禾谷类直链 淀粉的DP为300～1200，平均800；薯类直链淀粉的DP为 1000～6000，平均3000。 同一种天然淀粉所含直链淀粉的DP并不是均一的，而是 由一系列DP不等的分子混在一起。
影响纤维间结合力的因素很多，主要有打浆、原料的种 类、半纤维素的含量、木素含量、纤维长度、添加剂和纸 页成形过程。 在原料种类和制浆方法一定的情况下，打浆、添加剂和 纸页成形过程对纸张强度的影响很大。
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3.1.3 打浆对纸张强度的影响 三种方法可增加纸页的强度（内部纤维结合的数量），即 打浆、干强剂、湿压榨，其中打浆是用得最多的一种方法。 打浆是对纤维的机械作用，通过打浆得到纸页或纸板成形 时所希望的纤维性能，打浆使纤维产生变形、润胀、压溃、 切断和细化等作用。 打浆影响纸的强度，在一定打浆度范围内，大多数强度指 标（如抗张强度、耐破度等）随打浆度的提高而增大，只有 撕裂度例外，轻微打浆会提高使撕裂度增大，随着打浆度增 加撕裂度逐渐下降。
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通过化学助剂来增加纸张度的方法有两种: 浆内添加增强剂， 抄纸时添加表面增强剂。
本章所介绍的增强剂主要是浆内增强剂。 根据效果不同，浆内增强剂又分为增干强剂和增湿强剂， 其增强机理亦有所不同。 加入各种增干强剂和增湿强剂，通过它们和纤维间发生 化学和物理作用，达到提高纸张强度的目的。
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3. 2纸张干强度、增干强剂的作用机理及常用的增干强剂 3.2.1纸张干强度性质
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(3) 其也是纤维高效分散剂，能使浆中纤维分布更均匀， 导致纤维间及纤维与高分子间结合点增加，提高干强度。
(4) 干强剂增加了细小纤维留着和纸页脱水，改善了纸幅 的挺度。
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添加增强剂前后纸张表面状态SEM照片（放大50倍）
(a)空白纸张表面
(b)CPAM增强后纸张表面
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添加增强剂前后纸张抗张试样断口SEM照片（放大50倍）
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（5）范德华力 包括偶极力、诱导力和色散力。其中偶极 力是极性分子间作用力，诱导力是极性分子和非极性分子 间作用力，而色散力是非极性分子间作用力，由于产生分 子瞬时偶极，正负电中心不能完全重合而引起分子间的吸 附。色散力是高分子作用的主要形式，且具有加合性。
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（6）物理缠结 纤维素属于刚性分子，基本呈直链型构象。 长纤维之间不发生物理缠结，所以缠结主要是指加入的聚 合物分子间的缠结，即柔性分子链相互缠绕，作用点可以 滑移。当一条分子链运动时，可以带动其他的分子链发生 相应的运动，并将应力传递到整个网络上。
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3.2.2增干强剂的作用机理 其分子结构特点：含有可与纤维素分子中羟基形成氢键基团 的高分子聚合物，这是干强剂增加纸张干强的主要途径。 理想的增干增强剂应该是：
（1）线性大分子（合成高分子聚合物），使其极性基团可以 充分接近纤维表面。 （2）相对分子量要足够大，具有成膜能力，对纤维有足够的 粘合强度并能在纤维间架桥。 （3）分子链上有许多正电荷中心和羟基，便于和纤维形成静 电结合和氢键。
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（3）配位健 这种结合很少，且必须具备形成的条件。即 存在能给出电子的离子或分子与具有能接受电子空轨道的离 子或原子，通过配价键按一定组成和空间构型形成结合。 （4）氢键 已被证明氢键是纤维结合的主要作用力。因为 纤维素分子上带有大量的羟基，而分子间和分子内都可以发 生氢键键合。当从纤维层间脱除水分子时可导致纤维充分的 接触。当湿纤维层形成、湿压和干燥时，相邻的纤维形成紧 密接触，并且在脱水分子之后，在纤维表面间可产生氢键结 合。因为氢键具有加合性。每个纤维素结构单元有3个羟基， 故加合值远远大于其化学键能。
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纸张干强剂的增强机理认为有以下几种： (1) 纤维间氢键结合和静电吸附是纸张具有干强度的原因， 特别是氢键结合点多，结合力强，是干强度产生的主要原 因。加入干强剂后，这些高分子含有各种氢键形成基团与 纤维表面的羟基形成氢键，产生了强的分子间相互作用。 (2) 一些含有阴离子基的干强剂可以通过Al3+等和纤维形 成配位结合。如果纤维经特殊处理后含有羧基等，也不排 除存在离子键键合的可能性。长链高分子可同时贯穿若干 个纤维和颗粒，物理缠结和吸附也能够起到某种补强作用。
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打浆对纤维结合力的影响主要是打浆使得纤维的润胀和细 化增加，纤维的比表面积增大，游离出更多的羟基，促进 纤维间的氢键结合，纤维间的结合力增大。 打浆的基本矛盾是纤维的结合力和纤维长度间的矛盾，随 着打浆度的增加纤维结合力不断上升，而纤维长度不断下 降。最终的强度指标是二者共同贡献的结果。 通过打浆来提高纸张强度性能是有限的。改进的方法就是 在纸料中加入一定量的化学添加剂（称为增强剂），通过 它来保持纸的其它性能不变而改进纸的强度性能。
（a）空白纸张抗张试样断口
（b）CPAM增强后纸张抗张试样断口
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3.2.2常用的增干强剂 1、改性淀粉类干强剂
淀粉在化学结构上与纤维素相似，以线性和支链性分子 的混合物形式存在的。直链淀粉分子比支链淀粉有更强 的结晶聚集倾向，所以支链淀粉更适合用于作为湿部添 加。
Байду номын сангаас18
直 链 淀 粉 分 子 结 构 图 支 链 淀 粉 分 子 结 构 图
表示纸张干强度的指标多种，如抗张强度、裂断长、撕裂度、 耐破度、挺度、表面耐磨强度、表面抗拉毛性等。 造纸工业上主要用抗张强度、裂断长、撕裂度和耐破度。 抗张强度－单位宽度的纸或纸板所能承受最大张力。 抗张指数－由绝对抗张强度除以定量而求得。 裂断长－将一定宽度的试样一端固定，另一端自由下垂，纸 样所能承受本身重力至裂断时的计算长度。 撕裂度－已被切有切口试样至一定距离所需的力。 耐破度－试样破裂时所承受的最大压力。
第三章 纸张增强剂
3.1纸张强度及产生的原因 3.1.1纸张强度
纸页除有普通结构材料的所有力学性能之外，还有一些特 殊的力学特性。如抗张、撕裂、耐折度、弯曲性能、耐破、 表面强度、内部结合强度、抗压性能。 由于水对纸强度的影响很大，所以纸页的强度通常分别用 干强度和湿强度来表示。
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纸张强度受抄纸配料因素和过程因素的双重影响. 针叶木纤维生产出的纸强度明显高于阔叶木纤维； 填料会降低纸页的强度； 碱性pH值条件下生产的纸张强度要高于酸性pH值条件下 生产的纸张； 增加湿压和打浆度能增加纸的强度 。
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直链淀粉是一种线形多聚物，都是由a －D－葡萄糖通过 a－D－1，4糖苷键连接而成的链状分子。 直链淀粉没有一定的大小，不同来源的直链淀粉差别很 大。未经降解的直键淀粉非常庞大，其DP为几千。 不同种类直链淀粉的DP差别很大. 文献报道，禾谷类直链 淀粉的DP为300～1200，平均800；薯类直链淀粉的DP为 1000～6000，平均3000。 同一种天然淀粉所含直链淀粉的DP并不是均一的，而是 由一系列DP不等的分子混在一起。