造纸用涂布黏合剂的研究进展

陶亮亮 李鹏 权样样

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中，723001）

造纸用涂布黏合剂的研究进展

陶亮亮 李鹏 权样样

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中，723001）

文中介绍了造纸专用涂布黏合剂的基本性能及分类，对目前天然黏合剂及合成黏合剂的分类和具体性能做以论述，重点介绍了丁苯胶乳、聚丙烯酸酯乳胶两种黏合剂的合成、性能及其应用，并对以后黏合剂的发展趋势做以预测。

涂布黏合剂 丁苯胶乳 聚丙烯酸酯乳胶

前言

涂布黏合剂是加工纸专用化学品之一，在加工纸生产过程中占有重要地位并发挥着重要作用，它具有赋予纸张更好的表面性能、印刷性能或其它性能，使纸张具有良好的成膜性，使涂层平滑和光亮，提高涂布层耐水性能等特性[1]。其中丁苯胶乳和聚丙烯酸酯乳胶在黏合剂的加工和生产中应用最广，文中也着重介绍了这两种乳胶液在合成黏合剂中的具体作用。

1 涂布黏合剂的基本性能

涂布黏合剂的基本性能：（1）在对颜料颗粒之间和颜料与原纸之间起到黏合作用。（2）改善涂料的流变性和稳定性，使颜料和涂料具有保水性。（3）控制涂层对油墨的吸收性并改进印刷面光泽，提高涂布纸的印刷适用性。（4）具有良好的成膜性，使涂层平滑和光亮。通过涂层加工可以改善纸的外观和性能，使涂布层具有耐水性能，故涂布黏合剂是涂布剂的最重要的组分。

2 涂布黏合剂的分类

涂布黏合剂根据合成方法分类主要有天然黏合剂、半合成高分子黏合剂和合成高分子黏合剂三类。半合成高分子黏合剂如改性淀粉、改性纤维素和改性蛋白质，更多被用作表面施胶剂，主要品种有氧化淀粉、甲基纤维素等。合成高分子黏合剂分为水溶性高分子和水乳性高分子黏合剂。合成水溶性高分子黏合剂主要有聚乙烯醇、聚乙烯基、咯烷酮等，它们更多被用作表面增强剂，不足之处是成膜抗水性差，与颜料颗粒结合性不好，溶液固含量低。改性方法主要是引入疏水性单体或轻度交联等。用水性二异氰酸酯改性聚乙烯醇主要用作层压纸黏合剂[2]。

根据颜料用量，可把纸张涂布剂分成高颜料用量涂布剂、低颜料用量涂布剂及壁纸涂布剂。这类涂布剂颜料用量很高，颜料和黏合剂的质量比可高达5:1～10:1。在实际应用中，所用的黏合剂常常是将聚合物乳液和淀粉、酪素或聚乙烯醇并用，这种黏合剂即使用量较少，也可以达到相当高的黏结强度。具体分类见表1。

3 各种黏合剂在实际中的应用

3.1 天然黏合剂

天然黏合剂是涂布黏合剂的一种，主要来源于自然界具有黏合作用的物质。在涂布黏合剂中发挥着重要的作用，同时又是合成涂布黏合剂的主要原料[3]。

3.2 合成黏合剂

表1 涂布黏合剂分类

表2 天然黏合剂主要品种和性能

表3 合成黏合剂主要品种和性能

合成黏合剂主要是由各种聚合物乳液组成的。其性能一般要优于天然高分子黏合剂。合成高分子胶乳可直接用于纸张涂布。涂布中使用的三大合成涂布黏合剂是丁苯胶乳、丙烯酸树脂胶乳和聚乙酸乙烯酯胶乳。这些胶乳流动性好，可调制成高浓度的涂料；黏结力强、耐水耐油性高，可提高纸张的干湿强度，降低张的变形性；改善纸的外观，提高超级压光的效果，获得高光泽度等作用。因此，合成高分子胶乳在造纸工业中的应用日益得到发展[4]。

3.2.1 丁苯胶乳（SBR）

丁苯胶乳的主要优点是降低涂料黏度，适当降低涂布纸的挺度，有利于进一步加工和具有更好的印刷适性。

丁苯胶乳是丁二烯、苯乙烯单体在一定聚合条件下，以水为介质乳液法聚合而成的一种乳胶状聚合物，比天然黏合剂和一般合成黏合剂使纸张涂层有更好的力学性能和物理性能。丁苯胶乳颗粒细小，乳液稳定，耐碱性和耐水性良好，能生成强而韧的膜，并能减低涂料的黏度，改善流动性，另外成膜的光泽度和平滑度十分理想，具有高的黏合性，和纸基的结合力强。根据其分子结构又可分为非羧基丁苯胶乳和羧基丁苯胶乳两种，两者的性能差异很大[5]。

丁苯胶乳的原料单体是顶二烯和苯乙烯。乳液法生产丁苯胶可在50℃聚合，称为 “热法丁苯”，在5℃聚合的称为“冷法丁苯”。共聚温度不同，两种单体的竞聚率也不同，冷法制得的胶在质量、均匀性等方面较好，因此目前世界上约80%乳液丁苯用冷法生产。

苯乙烯属于硬性单体，丁二烯则是软性单体，且两种单体单元在共聚物中的分布是无规的。故丁苯胶乳形成的膜的软硬度可以调节。当苯乙烯含量增高时，乳液的塑性增强，硬度增大，压光时需较高的压力和温度，这样能压出较高光泽度和平滑度、成膜性能好的纸张，但涂料的黏着力和稳定性下降。如丁苯30/70，胶乳稳定性较差，搅拌时间过长，温度过高或过低、遇到强碱或醇类物质以及保护胶体使用不当时，都会有凝胶析出；而丁苯40/60或丁苯50/50的稳定性就好得多。实验结果表明：涂层的光泽度、硬度、成膜性和油墨吸收性按下列顺序递减：丁苯30/70＞丁苯40/60＞丁苯50/50；而涂层和黏接性、稳定性和涂层强度则按下列顺序递减：丁苯50/50＞丁苯40/60＞丁苯30/70。

为了克服丁苯胶乳稳定性差，受光、热作用易变黄，有残留气味等缺点，在丁苯胶乳大分子链上引入羧基即可得到羧基丁苯胶乳。羧基丁苯胶乳主要用于印刷涂料，与普通丁苯胶乳相比，具有更多活性基，赋予胶乳更好的稳定性，可以与多种颜料、黏合剂和其他化学品相容，易配制成各种涂布形式的涂料。采用羧基丁苯胶乳制得的印刷涂料具有高的平滑度、光泽度和黏合力，特别是其印刷适应性及印后油墨光泽性均很好。

制备时应注意其中羧基的含量一定要合适，羧基含量不能太高，因其属于强极性基，可大大增加分子链的极性，使链段运动困难，故玻璃化温度升高。共聚物中羧基含量越高，聚合物越硬。生产羧基丁苯胶乳时添加的丙烯酸单体用量一般为胶乳总量的1%～6%。

3.2.2 聚丙烯酸酯胶乳[6-10]

聚丙烯酸酯胶乳做黏合剂所生产的纸具有表面平滑、白度高、抗老化性能好、可印刷性好等优点。故在目前涂布领域与羧基丁苯胶乳、聚醋酸乙烯酯并称为涂布三大黏合剂。

与其他黏合剂相比，丙烯酸酯共聚物胶乳的突出特点在于其耐候性优越。它具有以下特点：（1）胶乳稳定性好，只要聚合条件控制得当，得到的聚合物乳液颗粒细小，贮存稳定性好，涂布时不易发生破乳，成膜均匀。（2）耐酸碱盐能力强，适应的pH值范围宽，与颜料、填料及其他黏合剂的相容性好。（3）耐光性和耐热性优良。（4）具有较好的耐溶剂性。（5）黏合性和成膜性可以根据需要进行调节，且因分子链中含有极性基如酯基等，与纤维外和其他涂布组分的结合性好，成膜光亮平滑，涂层手感很好。

交联型丙烯酸酯共聚物胶乳分内交联型和外交联型。内交联型是分子链中含有能交联的基团如羟甲基、环氧基等，交联单体是亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、二乙烯基苯、丙烯酸羟乙酯等。外交联型是外加交联剂，如含有酰胺基的聚丙烯酸酯大分子链的交联可加入乙二醛等作为交联剂[3]。

3.2.3 其他合成涂布黏合剂

除上述各种黏合剂外，还有少数聚合物胶乳可以作为造纸工业用涂布黏合剂使用，如乙烯—醋酸—乙烯胶乳（EVA）、丁二烯—丙烯腈胶乳（丁腈胶乳）等，但由于其性能不如前述种种黏合剂，故应用很少。但可以通过加入一些分散剂进行交联或聚合，用作黏合剂的聚乙酸乙烯酯采用乳液聚合或分散聚合生产，用聚乙烯醇作为分散剂，在加入乙二醛树脂交联或与丙烯酸酯单体共聚，或直接采用硅铝氧烷溶胶作为分散剂或加入无机物复合等进行改性，其产品性能会大大提高。

在涂布黏合剂中，缩聚物以及其他逐步聚合物以其优异的成膜性和光亮性等日益引起重视。如聚酯、聚酰胺、醇酸树脂、水分散型聚氨酯等，都可作为新型涂布黏合剂，但由于成本较高而没有被广泛使用。聚氨酯树脂乳液涂层具有保光、保色、耐候、耐水、漆膜丰满、黏结力强、机械稳定性高、在超级轧光机压光时不沾辊等特点。主要用于涂布纸和铜版纸的整理，可增加纸张的挺度和拉伸强度。

4 涂布黏合剂的发展趋势

涂布黏合剂未来发展趋势主要体现在绿色性、功能性上。其中水分散型聚氨酯涂布黏合剂是值得大力开发的产品。环氧交联剂和氮丙啶交联剂，则是提高涂布层强度和抗水性的主要外加交联剂。同时高分子表面活性剂也会被广泛应用，其分子链中含有疏水基和亲水基，可根据需要调节分子组成，使其具有不同的使用性能，如作为分散剂、乳化剂、黏度调节剂。目前对其进行研究开发工作主要集中在新产品的开发上，如处于世界领先地位，致力于涂布胶乳产品开发的巴斯夫公司,其新产品Basonal R黏合剂在使用过程中与传统的胶乳黏合剂相比能赋予涂布纸与纸板更好的黏合力、耐起泡性和印刷性。

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[2]郑丽萍,姚献平.我国绿色造纸化学品开发应用现状与建议[J],江苏造纸,2010(1).

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2011－12－18

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