造纸湿强剂

湿强剂
一、概述
纸和纸板被水浸透后机械强度几乎全部丧失，一般只能保持干纸强度的4~10%，而有些特种纸如照相原纸、晒图原纸、军用地图纸、钞票纸等不仅有一定的干强要求，而且还要求被水浸透以后，仍能保持一定的机械强度和特性，为此需加入湿强剂以提高纸张的湿强度。

湿强度是纸被水浸透以后仍能保持一定的机械强度和特性。

加入湿强剂后，纸张的湿强度可达到原来干强度的20~40%。

湿强剂的增强机理
二、增强机理
要提高纸张润湿时的强度，最主要的还是从纤维结合强度这一点考虑，一般认为有两种机理：（1）、与纸的纤维交联，湿强剂与纤维之间可可形成新的抗水的结合键。

（2）、湿强剂自身交联在纤维周围产生网膜，减少纤维的吸水和润胀，保护已有的纤维间氢键，湿强剂不一定要与纤维产生化学反应。

三、常用的湿强剂种类
最古老的生产湿强纸的方法是对纸采用高温加热或在稀硫酸溶液中羊皮化。

后来在二十世纪三十年代，人们发现一些水溶性合成树脂加到造纸浆料中并在纸机上固化后能赋予纸张湿强度。

此后，湿强剂的发展飞快，美国造纸工业中每年大约要用湿强剂约达1亿美圆。

现在应用于浆料中的湿强剂按作用机理分主要有四类：
（1）自交联聚合物，主要为甲醛树脂，包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树酯
（2）纤维静电结合，主要为聚乙烯亚胺树脂、聚酰胺、聚胺、聚胺基酰胺。

（3）与纤维形成共价键，主要为环氧氯丙烷、双醛淀粉等。

（4）外交联聚合物，主要有聚丙烯酰胺+乙二醇，干酪素+甲醛等。

1、脲醛树脂（UF）
脲醛树脂（UF）是目前较普遍使用的一种湿强剂，为无色或草黄色、透明、均匀糖浆状液体，与水能以任意比例混合而不沉淀。

UF是由尿素与甲醛进行反应，通过中间产物二甲脲缩聚而成的。

由于脲醛树脂具有离子特性，当加入纸浆中时，树脂就会被纤维所吸附，并留着在纤维上。

一般认为，树脂可保护和增强存在于纤维上的氢键，从而降低了纤维的润胀和水化。

它主要作用于对水敏感的半纤维素分子上。

脲醛树脂加入前要过滤和稀释成大约1%的溶液，加入量为0.5%~3.0%（对绝干原料）。

网前箱pH值一定要在4.0~4.5之间，同时抄纸的pH值也应在此范围内。

通常加在冲浆泵位置，当用松香施胶时，很重要的一点是明矾、松香要先完成反应，否则阳离子脲醛树脂会与松香反应产生泡沫状的复杂沉淀物。

脲醛树脂湿强纸在纸机上一般不能达到其完全固化，所以必须要有一个经过加快固化的过程。

脲醛树脂无论稀浓，pH值低于6.0时都会发生快速聚合。

使用阴离子脲醛树脂时应加入硫酸铝进行催化。

分子量大的脲醛树脂比分子量小的脲醛树脂增强效果好，羟甲基化程度越大的脲醛树脂对提高湿强度越明显。

脲醛树脂主要用于纸袋纸、瓦楞纸和挂面纸板、磨木浆制成的纸、皱纹餐巾纸、标签纸和手提袋纸等。

2、三聚氰胺甲醛树脂（MF）
MF最早应用于二十世纪四十年代，是一种离子型树脂。

造纸工业中用的MF是由三聚氰胺粉末与甲醛在微碱条件下缩聚而成的水溶性树脂，是一种广泛
使用和有效的增强剂。

MF的增强机理是：MF树脂经盐酸处理后盐酸的氢离子与树脂结合，使树脂粒子带正电荷，迅速被带负电荷的纤维所吸附，在纤维表面形成一层薄膜而产生致密的键，增加了纤维之间的结合力，减少了纤维的膨胀变形，并赋予了纸张湿强度，树脂成熟以后，不溶于水而使纤维相互结合更为牢固。

MF只能作浆内湿强剂用，加入量为1%~5%（对绝干纤维），大多数纸中加入1%~3%即可达到理想效果。

添加时应尽可能*近网前箱，使其充分混合均匀，pH值为5~6，固化很快，如固化不完全，则应在成纸贮存之前进行固化处理。

MF可与其它胶料（如硬酯酸铵胶料、松香胶料、氧化淀粉等）同时使用，以获得较好的施胶效果，提高纸张湿强度。

3、聚乙烯亚胺（PEI）
PEI是目前应用最多、效果得到公认的阳离子型湿强剂，其分子链中含有多个阳离子基，可与纤维素上的羟基产生强的静电吸附，形成次价力交联网络。

PEI是乙烯亚胺在酸性催化剂（如二氧化碳、草酸）存在下聚合而成的水溶性大分子。

在水溶液中呈阳离子型，易被阴离子型的纤维素吸附，故可单独使用，无须加入硫酸铝。

添加时pH值为6~9时，效果最好。

通常用量为1~2%，将其直接加入成浆槽或配料槽中。

与UF、MF不同，PEI使纸页在干燥阶段就达到最佳湿强度，即纸一下纸机就具有最大的湿强度，因而不必储存。

除增强效果显著之外，PEI可使微纤凝聚，提高滤水性能，使纸机车速提高5~20%，微纤的使用率提高40~80%。

但其单体乙烯亚胺非常活泼且毒性较大。

干燥纸浆中用量不能超过0.5%。

4、聚酰胺环氧树脂（PAE）
PAE 是广泛采用的一种湿强剂。

市售PAE均为浆液状，能以任意比例与水
混合。

不同种类的浆料用PAE增强剂时效果不同。

一般PAE对木浆的增强效果明显高于草浆和棉浆。

随着打浆度的提高，纤维的比表面积增加，纤维PAE的吸附能力增大，故在一定的打浆度范围内（20~60oSR），成纸的干湿强度均随着打浆度的上升而上升。

PAE一般加在高位箱。

为了更好的吸附，也可加在系统更*前的冲浆泵处。

pH值在5~9之间（6~8时效果最好）。

一般添加量为0.25~0.75%。

PAE是一种热固性树脂，添加了PAE树脂的纸页必须经加热干燥才能获得较好的湿增强效果，因此在实际使用中必须将刚下机的纸页放在105℃烘箱内强行熟化10~30分钟。

PAE可与其它阴离子型增强剂如APAM 、CMC等结合使用以提高增强效果。

PAE在纸机上的加入点要远离阴离子（如松香）的添加点。

否则，松香与PAE反应会形成泡沫并沉淀。

对于定量小于18g/cm2的纸，使用PAE具有很好的湿增强效果。

5、聚丙烯酰胺（PAM）
聚丙烯酰胺是一种外交联湿强剂，作为湿强剂使用的主要是阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）。

聚丙烯酰胺和乙二醛在碱性介质中能够发生交联反应，而在中性和酸性介质中则不易发生交联反应。

随着PAM中酰胺基与纤维素或半纤维素分子之间的氢键结合数量的增加，纸张强度也同时提高，氢键结合越多，补强效果越好。

使用时聚丙烯酰胺和乙二醇水溶液可加入浆内，也可涂布于纸页表面，加入时pH值为4.5~7.5。

加入醋酸钠、二甲胺等抄纸后干燥，则可使纸张增干强度和增湿强度均有明显提高。

但CPAM更适用于面巾纸、手帕纸和薄页纸等。

6、双醛淀粉
高碘酸氧化后的淀粉称为双醛淀粉。

双醛淀粉经加热到90~95℃，使其糊化并分散在水中，一般采用在硼酸和亚硫酸氢钠存在下加热将双醛淀粉的醛基转化成亚硫酸的加成物，再制成胶体分散体。

在使用之前，双醛淀粉必须经充分溶胀并分散乳化，pH值在4.5~5.5之间。

双醛淀粉的醛基能与纤维羟基或自身与其余双醛淀粉分子交联。

在增加湿强度的同时也增加了干强度。

阳离子双醛淀粉的最佳加入量为2~5%，双醛淀粉可增强纸张临时湿强度和永久干强度，故适用于面巾纸、薄页纸、毛巾纸，其废纸回收时易破碎，易发生生物降解。

除了上述几种湿强剂，根据所生成的不同纸种，还可选用一些不常用的湿强剂。

例如氯丁橡胶，聚丙烯酰胺接枝阳离子淀粉湿强剂，酚醛树酯等。

四、湿强剂的影响因素
影响湿强剂增强效果的因素有很多，树脂种类、浆料种类、添加条件及位置、浆中干扰物质等均会影响其效果。

湿强树脂仅有高留着是不够的，留着的树脂还必须固化。

通过在湿部适当位置加入干强剂和湿强剂，可提高纸页的干湿强度，满足不同性能纸种的加工和使用要求，还可加速纸料滤水，使其易于干燥，提高细小纤维和填料的留着率，促进施胶。

随着纸机的高速化、纸张的高定量化、纸机用水的封闭化和产品的多样化，增强剂越来越显示了其重要性。

今后对增强剂的研究开发要结合经济、效果评价等因素综合考虑。