表面施胶剂

表面施胶作用系统
– 池式施胶压榨 (Pond/Puddle Size Press) – 门辊式施胶压榨 (Gate Roll Press) – 薄膜转移施胶压榨(Film Transfer Press, MSP)
表面施胶剂的分类及其作用
1：以离子性分类：阴离子性、阳离子性、非离 子性
2：以产品形态分类：水溶液型、乳液型 3：以化学品来源分类：天然高分子类、合成聚
否
降低
较好-好
PU 是 中等 中性 负,正 有 否
是
维持
较好
SAE 是 低 无 负,正,两性 无 部分
是
维持
很好
SAE与SMA、SAA的不同
SAE具有特殊的微胶囊结构 SAE 呈分散的乳胶粒子状态；SMA和SAA 则呈溶解状态。 SAE亲疏水部分的比例为1:10；SMA和SAA 则高达1:1 干燥后<淀粉+ SAE>成连续状态，但<淀粉 +SMA, SAA>则呈分裂状态。
（3）聚氨酯PU
聚氨基甲酸酯的简称。用于表面施胶可提高纸 张表面强度，减少掉毛掉粉，减少涂料渗透。 PU的使用受pH值、与其他助剂的相容性等因 素的影响。基本反应式如下：
—N=C=O + HOˉ → —NH-COOˉ
（4）苯乙烯－马来酸酐共聚物SMA
由苯乙烯和顺丁烯二酸酐共聚而成。 SMA是 一种性能优良的表面施胶剂，施胶后纸张抗张 强度、耐破度等强度指标均有提高，还可与淀 粉及改性淀粉等一起使用。反应式如下：
3：阴离子型磷酸酯淀粉：磷酸酯淀粉是主要的阴离子淀 粉，该淀粉高浓时不凝结，稳定性良好。
4：羟烷基淀粉：由淀粉与环氧化物在碱催化条件下反应 制得。该淀粉制成胶液后流动性好，不易凝胶，并具 有较好的成膜性。
。
5：双醛淀粉：又称为过碘酸氧化淀粉，施胶时 对纸张干湿强度均有提高，但成本较高。
6：乙酸酯淀粉：淀粉与醋酸酐或乙酰氯反应均 可制得。具有良好成膜性，但易发生乙酰基水 解，pH值会下降。
（5）苯乙烯丙烯酸聚合物SAA
由苯乙烯、丙烯酸或甲基丙烯酸单体聚合而成。 SAA 用于表面施胶，对纸张表面强度的改善尤为突出，但 粘度较高，易起泡。
（6）苯乙烯丙烯酸酯聚合物SAE
SAE是当前发展最快、应用最广的聚合物表面施胶剂， 其产品粘度低、使用方便而且效果优异 。 SAE主要 由苯乙烯、丙烯酸酯及各种功能单体乳液共聚而成。 此类产品成膜性能由于SMA，抗水性好于SAA。
（3）改性纤维素 ①羧甲基纤维素：纤维素经烧碱和氯乙酸进行醚化反应
制得。用于表面施胶能提高纸张强度，改善纸张吸墨 性和抗油性，成膜强度大。
第一步:碱化: [C6H7O2(OH) 3] n + nNaOH→[C6H7O2(OH) 2ONa ] n + nH2O
第二步:醚化: [C6H7O2(OH) 2ONa ] n + nClCH2COONa →[C6H7O2(OH) 2OCH2COONa ] n + nNaCl
（1）聚乙烯醇PVA 乙酸乙烯聚合后醇解制得。 PVA具有良好的胶粘强度 和成膜性能。用PVA施胶后纸张抗油性。抗透气性都 强于淀粉。可单独用于表面施胶，也可与淀粉等配合 使用。
（2）聚丙烯酰胺PAM
造纸工业中广泛用作助留助滤剂、增强剂。用作表面 施胶剂也有良好效果，但价格昂贵，一般与淀粉配合 使用。
相比于水溶性表面施胶剂其性能更佳。 表面施胶剂的特殊微胶囊结构使印刷时所需的油墨吸收性和颜(染)料固定性
得到平衡，并满足各种印刷适性(提高喷墨打印的印刷适性, 抑制胶印时纸 粉的发生, 增加复印与激光打印时调色剂的附着性, 增加苯胺印刷时水性油 墨的滞留量)
结束语
实际生产过程中选用哪种或哪几种表面施胶剂， 应根据原料、纸种 、生产工艺、成本、检测 要求等实际情况综合考量。 表面施胶可以弥补我国大量使用非木材原料及 废纸浆所引起的系列问题，赋予纸张优异的性 能，是适应我国目前造纸及印刷行业发展需求 的，也符合国际发展大趋势的。
连续的施胶层。 施胶层中的淀粉层具有亲水性，SAE 核具有疏水性。这种特殊结构使印
刷时所需的油墨吸收性和颜(染)料固定性得到平衡，并满足各种印刷适 性。
SAE亲水胶体连接层
SAE疏水核
淀粉
纤维
小结
合成表面施胶剂SAE具有特殊的微胶囊结构，外壳为亲水性保护层，内核为 疏水性苯丙聚合物。
亲水胶体保护层稳定地将淀粉和SAE的疏水核连接在一起，形成连续的施胶 层。施胶层极大地增加纸张与液体接触时形成的接触角，提高耐水性
淀粉结构示意图
用于表面施胶的改性淀粉种类
1：氧化淀粉：淀粉可用各种氧化剂（如次氯酸 盐）氧化成不同产品。氧化淀粉具有透明度高、 粘度低、凝结速率低等特点，但耐水性较差。
2：阳离子淀粉：以季胺和叔胺类化合物为醚化 剂，与淀粉进行醚化反应制得。由于带正电荷， 与纤维可紧密结合，施胶后纸张具有良好印刷 均匀性，清晰度好，印刷掉毛少。还可提高纸 张干燥速率，提高纸张强度。
7：酶转化淀粉：淀粉在淀粉酶作用下发生分子 链降解制得。该淀粉胶液粘度较低、流动性好、 透明度较高，制备过程也比较简单。
8：酸解淀粉：酸水解淀粉制得。因酸可以使淀 粉分子链断裂，因此可以使其粘度降低。
（2）动物胶
动物胶是从动物组织结构中提炼出来的一种蛋 白质，是应用较早的高级纸张的表面施胶剂。 动物胶用于表面施胶，可使纸张具有比较强韧 的表面，从而改善纸页书写和耐擦质量。由于 价格高，多限于高级纸张的表面施胶，而且多 与淀粉混合使用。
表面施胶
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表面施胶
表面施胶就是在纸和纸板的表面涂上一层施胶 剂，经干燥后在纸和纸板表面形成一层胶膜。
表面施胶的作用及优点
1：提高纸张的憎液性能和印刷性能：如抗水性、抗油性； 印刷过程的油墨吸收性、色泽，减少掉毛掉粉。
2：提高纸张的物理强度及表面性能：如结合强度、抗张 强度、耐折度、表面强度、表面平滑度、光泽度等。
主要合成表面施胶剂的比较
化学成分
聚氨酯
苯乙烯马来 酸酐共聚物
苯乙烯马来 酸酐半酯共
聚物 苯乙烯丙烯 酸共聚物
苯乙烯丙烯 酸酯共聚物
缩写
PU SMA SMAE
SAA SAE
物理形态
粒度
水分散体
水溶液 (钠盐或铵盐)
水溶液 (钠盐或铵盐)
~10nm 溶液 溶液
水溶液 (钠盐或铵盐)
水分散体 (微胶囊结构)
SAE表面施胶剂的作用机理
施胶剂粒子的亲水胶体保护层与淀粉在氢键作用下形成均匀的网络体系。 干燥阶段1，随着水份的蒸发，淀粉/SAE网络体系在竖直方向(Z方向)产
生收缩。 干燥阶段2，水份的进一步蒸发促使淀粉/SAE 网络在水平方向(X-Y面)
产生收缩。 SAE 的亲水胶体保护层稳定地将淀粉和SAE的疏水核连接在一起，形成
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②甲基纤维素：纤维素与氯甲烷反应制得。主要 用于抗油及酯类纸张的表面施胶。还可改善油 墨光泽度。
③羟乙基纤维素：纤维素与环氧乙烷反应制得。 与甲基纤维素类似。
（4）：壳聚糖及其改性物
壳聚糖由甲克素脱乙酰基制得，可进行接枝、交联、氧化、酯化 等反应得到改性壳聚糖。壳聚糖及其改性物具有良好成膜性，成 膜强度大，胶液流动性好，通常与淀粉配合使用。
合物类
效果 化学品
表面强度改进剂
提高表面强度
淀粉 纤维素衍生物 聚丙烯酰胺 聚乙烯醇等
表面施胶用高分子添加剂
调整(表面)施胶度
苯乙烯-马来酸酐共聚物 苯乙烯-马来酸半酯共聚物 苯乙烯-丙烯酸(酯)共聚物 聚氨酯
天然高分子表面施胶剂
（1）淀粉及其改性物 淀粉是一种重要的表面施胶剂和纸张增强剂， 资源丰富、价格低廉。造纸工业中常用的有玉 米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、大麦及小麦 淀粉。 天然未改性淀粉粘度较高、流动性差，容易絮 聚，故在表面施胶中常用改性淀粉。改性淀粉 在较高浓度仍保持较低粘度、良好溶解性。粘 着力高，成膜性能好。
溶液
50~100 nm
离子性
阴/阳离子 阴离子 阴离子
憎水性
高 低~中等 低~中等
阴离子
低~中等
阴/阳/两性
中等
特征 可泵送性 起泡性 pH要求 电荷性 离子性问题 内部施胶 施胶层可成 膜性 对多孔性的 影响 墨粉结合性
SMA 是 高 中性 负 有 否
否
降低
较好-很好
SAA 是 高 中性 负 有 否
3：减少纸张两面差，提高形稳性 4：提高纸张耐久性和耐磨性：薄膜的保护作用 5：节省胶料：表面施胶胶料留着率高，不会流失到白水
中而给白水回用带来麻烦。
表面施胶剂的作用机理
表面施胶剂大多数由对水有抵抗性的疏水基及 对浆料有亲和性的亲水基构成。疏水基有苯乙 烯、α－烯烃、酯基等，亲水基有含有羧基的 马来酸、丙烯酸等以及含有氨基的二甲基氨基 丙烯酸酯等。在作用过程中，施胶剂疏水基发 生配向，即指向纸浆纤维外侧，从而表现出抗 水性。
（5）海藻酸盐
从海藻中制取，通常有海藻酸钠和海藻酸铵。海藻酸 盐胶液易于制备，粘度调节方便，流动性较好，成膜 透明且坚硬，但较脆，应加入塑化剂配合使用。
（6）石蜡乳液
是固体蜡烃的混合物。石蜡乳液制备比较困难，要有 合适的乳化剂。用于表面施胶可获得良好的抗水性和 表面平滑度。通常与淀粉结合
合成表面施胶剂