特种纸制造新技术及新设备

袁 麟 钱学仁，* 管 菅

(1.东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨，150040;2.福伊特造纸 (中国)有限公司，江苏昆山，215300)

特种纸一般是满足某种特殊用途的纸，其生产规模及市场容量相对较小，但经济附加值较高，技术门槛也较高。随着社会经济的发展和对特种纸的高质量需求，近年来围绕特种纸研发的新技术、新装备层出不穷。本文就近年来特种纸制造的新技术和新设备进行了总结介绍。

1 特种纸制造的新技术

1.1 阻燃纸制造新技术

1.1.1 基于镁铝水滑石原位合成技术

镁铝水滑石是自然界中唯一带有正电荷的黏土类矿物，兼具了Al(OH)3和Mg(OH)2阻燃剂的优点，又克服了它们各自的不足，具有阻燃、消烟、填充3种功能。添加镁铝水滑石可提高纸张的不透明度，但会降低纸张的强度，这些作用与传统填料相似。

镁铝水滑石具有一定的自留着性能，当用量小于15%时，镁铝水滑石的留着率保持在80%以上，添加用量为0.025%的阳离子聚丙烯酰胺 (CPAM)可进一步提高镁铝水滑石的留着率。

采用镁铝水滑石原位合成法制造阻燃纸，其优点是对纸张的强度性能影响较小，缺点则是制造过程相对较复杂［1-3］。

1.1.2 基于镁盐晶须的湿部加填技术

晶须是一种针状单晶体，通过人工控制、以单晶形式生长的形状类似于短纤维、而尺寸远小于短纤维的须状单晶体。镁盐晶须是高性能无机阻燃增强材料，其结构式为 MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O。镁盐晶须克服了Al(OH)3分解温度低及Mg(OH)2吸热量不高的缺点。湿部加填镁盐晶须制备阻燃纸在实验室规模是可行的，当镁盐晶须加填量大于25%时，制备的阻燃纸的氧指数 (OI)大于25%，达到难燃级别［4］。

1.1.3 基于导电聚合物的原位沉积技术

导电聚合物聚苯胺 (其分子结构见图1)具有价廉、热稳定、抗氧化和可逆掺杂等诸多优点，其在二极管、电致变色、传感器、二次电池、电磁屏蔽等方面都有广泛应用。有研究发现［5-6］，在氧化剂存在的情况下，通过原位聚合的方法在不同的酸溶液中制备了聚苯胺导电纸，测定了不同情况下导电纸的导电性与阻燃性，并通过掺杂-脱掺杂-再掺杂过程制备导电纸，试图说明掺杂酸在导电纸阻燃性能上所起的作用。当使用浓度为1.0 mol/L的H3PO4做单一掺杂酸时，纸样的阻燃性最好，OI值可达到28.81%。用混合掺杂酸的效果比单一掺杂酸效果更好，其中H3PO4-H2SO4掺杂的综合作用效果较好，当混合掺杂酸中H3PO4的质量分数为50%时，其电导率和OI值分别为5.687 S/m和28.25%。

图1 导电聚合物聚苯胺的分子结构

Wu Xianna等人［7］通过原位聚合的方法在不同的无机掺杂酸 (HCl、H2SO4、H3PO4)中合成了聚苯胺导电纸，并研究了其阻燃性能。结果表明，导电纸的导电性与阻燃性随聚苯胺沉积量的增加而增大。掺杂酸的种类在导电纸的阻燃性能上起重要作用，其中H3PO4与聚苯胺掺杂的导电纸呈现出最好的阻燃性能，H2SO4与聚苯胺掺杂导电纸导电性最好。通过H3PO4-H2SO4混合掺杂可以使导电纸的导电与阻燃性能得到优化，混合掺杂酸与聚苯胺基掺杂的导电纸具有良好的阻燃性。

1.2 抗菌纸制造新技术

许多抗菌剂不溶于水，只溶于有机溶剂，两亲性嵌段聚合物胶束恰好解决了这个难题，它可作为非水溶性药物的载体，应用到抗菌纸的制造中。

2010年，通过合成PS-b-PAA(聚苯乙烯-b-聚丙烯酸)嵌段聚合物自组装合成胶束 (见图2)，并以其作为抗菌剂的载体，加载抗菌剂 (见图3)。该胶束能够根据外界环境的变化，对抗菌剂进行加载和释放，加载后的胶束通过涂布的方式涂在纸张表面，使纸张具有抗菌性能，抗菌剂在胶束的包裹下，较好地解决了其在高温、有氧、光照等一般抄纸条件下失效的问题，同时又不会对环境带来污染［8-10］。

图2 嵌段聚合物自组装合成胶束

图3 嵌段聚合物胶束加载抗菌剂

1.3 离型纸制造新技术

目前制造离型纸的主流技术为电子束辐射固化技术，其离型层以辐射固化树脂和单体为主要原料，采用辊式涂布等涂布方式将涂布液涂覆于纸面上，并采用辐射源从纸基背面将其固化［11］，其原理见图4。

采用电子束辐射固化技术生产离型纸的优点为:外观与天然皮革相似，图纹的保持性好，不会破坏合成革中的微孔层结构，基料有更大的选择范围，生产成本降低，涂层胶料较少渗透到基料内部，基料仍能保持其柔软性。

图4 电子束辐射固化技术

1.4 无碳复写纸制造新技术

无碳复写纸微胶囊的制造中，采用聚脲合成技术，与现有生产无碳复写纸微胶囊的制造技术相比，具有新的特点，其制造原理见图5。

图5 采用聚脲合成技术制备无碳复写纸微胶囊的原理

采用聚脲合成技术制备的无碳复写纸微胶囊，有以下优点:具有较宽的微胶囊单体选择范围，可在不同的涂层广泛应用，高温稳定，可在甲醛、甲醇和戊二醛溶液中完全溶解，低残余单体不容易泄漏，在改善粒子直径和控制质量成本方面比传统的三聚氰胺甲醛树脂和明胶微胶囊更具竞争力［12］。

1.5 柔性包装纸制造新技术

采用等离子体增强化学气相沉积法 (PECVD技术)制造柔性包装纸，是借助微波或射频等使含有薄膜组成的原子气体电离，局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜，可使化学反应在较低的温度下进行。采用该技术制备的柔性复合包装纸具有基本温度低、沉积速率快、成膜质量好、针孔较少、不易龟裂等优点［13-14］，具体工作原理见图6。

图6 PECVD工作原理

Favia P［15］、Navarro F［16］和 Sudeep Vaswani［17］等人利用PECVD技术，将氟碳化合物沉积在纸张表面。实验表明，该纸张具有良好的憎水、防油功能。使用此包装纸包装液体、油脂，既能达到使用功能，又能减少石油类产品消耗，防止白色污染。

1.6 4A分子筛填料的制备及其在过滤纸中的应用

分子筛是具有均匀微孔、其孔径与一般分子大小相当的一类吸附剂或薄膜类物质。A型分子筛属于立方晶系，一般孔径为4 Å，故称为4A分子筛［18］。主要合成方法有水热晶化法、磁场诱导合成法、微波法、超声波法等。

Lucio等人［19］利用超声波法，通过优化合成了超微4A分子筛。实验表明，该方法可制得结晶度较好的4A分子筛，合成速度是常规水热晶华法的24倍，白度达95%，平均粒经为280 nm。

将合成的4A分子筛高岭土或沸石粉，作为填料加入到过滤纸中，不仅能够提高过滤纸的过滤性能，而且还具有良好的防腐杀菌作用，该过滤纸应用在饮料果汁生产中的过滤，可将果汁中的营养物质很好地保留下来，既保证了果汁鲜美口感，又保证了果汁中丰富的营养物质［20］。另外，该过滤纸还可用于啤酒生产过滤，不仅使啤酒生产减少一道工序，还可使啤酒的味道更加鲜美。

2 特种纸制造的新设备

2.1 MG型特种纸造纸机

福伊特近期推出的新设备MG型特种纸造纸机，其主要结构和原理见图7［21］。

图7 MG型特种纸造纸机部分结构

(1)靴式压榨与扬克烘缸组合干式压榨的优点:脱水效率高，不宜断纸，大幅度提高纸张单面平滑度。

(2)幕帘接触式涂布机的优点:涂布层可随意调节，涂布表面光洁，较好地弥补纸张表面的缺陷。

图8 迷你型靴压

(3)辊式软压光机的优点:双组辊式软压光机采用游泳辊自动中高补偿技术，可使纸张双面获得400 s以上的平滑度，且保证纸张表面平整无压痕。

(4)多辊超级软压光机的优点:多辊超级软压光机采用游泳辊自动中高补偿技术，可使纸张双面获得1000 s以上的平滑度，保证纸张表面平整无压痕。在生产过程中，由于是柔性超级压光，生产损失同比硬性超级压光要降低50%以上。

2.2 迷你型靴压

2009年，美卓公司设计并推出了迷你型靴压，其结构见图 8［22］。

迷你型靴压具有高线压、柔软宽压区、运转过程中无振动、纸机断纸次数可比未采用迷你靴压前减少50%等优点，这使压榨滤水的流速变缓、纸张两面吸收性能更均一，从而减轻纸幅的两面差。压榨部运行性能的改善，可提高湿纸幅干度，降低纸机干燥部能耗;同时压榨部设备改造便利，无需对整条生产线进行大的改造，只需更换一对足够小的辊子即可实现，而且还可以提高纸机车速。

3 未来特种纸技术及设备的发展前景

特种纸制造业的技术将从功能化学、湿部化学向表面化学、生物化学、复合化学、复合生物化学方向发展;特种纸的制造设备也从单一、简单、传统形式向多功能、高效、节能、集成化、自动化、智能化方向发展。

(1)未来特种纸主要利用纳米技术、控制释放技术、生物技术、微电子技术、特种纤维和特种填料技术，研发智能纸、艺术纸、防伪包装纸、礼品包装纸、装饰薄纸、半透明纸及热敏纸等产品。

(2)特种纸是一种高技术含量、高经济附加值的纸基材料，它的市场容量相对普通类纸张，如印刷纸、卫生纸、包装纸等要小很多，有的甚至全国年市场容量只有几百吨，如电池隔膜纸。这就要求生产特种纸的设备具有更多的灵活性，调整更换便捷，如流浆箱上下唇板调节范围更大，甚至上唇板都可落在网上，水平式网案可根据生产要求变换成倾斜式网案;功能性加工部的设备，如施胶部、压光部等，制造成集成模块形式，可根据生产需要更换为其他功能部，如辐射固化等，以适应特种纸功能多变的特性要求。

［1］AN Xian-hui，QIAN Xue-ren，LONG Yu-feng.Preparation of Flame Retardant Paper Based on In-Situ Synthesis of Mg-Al Hydrotalcites［J］.China Pulp ＆ Paper，2007，26(8):1.

安显慧，钱学仁，龙玉峰.基于镁铝水滑石原位合成制备阻燃纸［J］.中国造纸，2007，26(8):1.

［2］LI Xian-hui，QIAN Xue-ren.Application of Mg-Al Hydrotalcite as Flame—retardant Filler in Papermaking［J］.China Pulp ＆ Paper，2008，27(12):16.

李贤慧，钱学仁.镁铝水滑石用作造纸阻燃填料的研究［J］.中国造纸，2008，27(12):16.

［3］LI Xian-hui，QIAN Xue-ren.Influence of Mg-Al Hydrotalcite as a Papermaking FunctionalFiller on Anionic Trash Catching［J］.China Pulp ＆ Paper，2009，28(5):26.

李贤慧，钱学仁.镁铝水滑石对阴离子垃圾捕集的影响［J］.中国造纸，2009，28(5):26.

［4］LI Xian-hui，QIAN Xue-ren.Impact of Mg-Al Hydrotalcite as Papermaking Filler on AKD Sizing［J］.China Pulp ＆ Paper，2009，28(8):28.

李贤慧，钱学仁.镁铝水滑石用作造纸填料对AKD施胶效果的影响［J］.中国造纸，2009，28(8):28.

［5］Chen Xiaoyu，Qian Xueren，An Xianhui.Preparation of flame-retardant paper using magnesium salt whiskers as filler［J］.Appita Journal，2012，65(1):87.

［6］Shen Jing，Song Zhanqian，Qian Xueren，et al.A review on use of fillers in cellulosic paper for functional applications［J］.Industrial ＆Engineering Chemistry Research，2011，50(2):661.

［7］Wu Xianna，Qian Xueren，An Xianhui.Flame retardancy of polyaniline-deposited paper composites prepared via in situ polymerization［J］.Carbohydrate Polymers，2013，92:435.

［8］YUAN Lin，QIAN Xue-ren.Developing Situation and Tendency of Antibacterial Paper at Home and Abroad［J］.China Pulp ＆ Paper，2013，32(2):56.

袁 麟，钱学仁.国内外抗菌纸的研发现状与发展趋势［J］.中国造纸，2013，32(2):56.

［9］Renata Vyhnalkova.Block Copolymer Micelles and Emulsions for Bactericidal Filter Paper［D］.Canada:McGill University，2010.

［10］Mahendra Patel.Developments in Antibacterial Paper［M］.Pira International，2009.

［11］Sun Yun-bao.Parting paper production technology research and development［C］//The national specialty paper technical seminars and special paper committee conference proceedings of the seventh.JiaoZuo，2012.

孙蕴宝.离型纸生产技术的研发［C］//全国特种纸技术交流会暨特种纸委员会第七届年会论文集.焦作，2012.

［12］Peter Yao.Carbonless Paper Polyurea/Urethane Technology［C］//The national specialty paper technical seminars and special paper committee conference proceedings of the seventh.Jiaozuo，2012.

［13］Zhang C，Wyatt J，Weinkauf D H.Carbon dioxide sorption in conventional and plasma polymerized methyl methacrylate thin films［J］.Polymer，2004，45:7665.

［14］Zhang C，Wyatt J，Russell S P，et al.Methanol vapor sorptionin plasma polymerized thin films［J］.Polymer，2004，45:7655.

［15］Favia P，Cicala G，Milella A，et al.Deposition of super-hydrophobic fluorocarbon coatings in modulated RF glowdischarges［J］.Surface and Coatings Technology，2003，169-170:609.

［16］Navarro F，Davalos F，Denes F，et al.Highly hydrophobic sisal chemithermomechanical pulp(CTMP)paper byfluorotrimethylsilane plasma treatment［J］.Cellulose，2003，10:411.

［17］Sudeep Vaswani.Surface Modification of Paper and Cellulose Using Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Employing Fluorocarbonprecursors［D］.USA:Georgia Institute of Technology，2005.

［18］Lee E Y’Cho K S，Wook R H.Microbial refinement of kaolin by iron—reducing bacteria［J］.Applied Clay Science.2002，22(1/2):47.

［19］Lucio B，Edoardo P.Microwave assisted crystallization of zeolite from dense gels［J］.Crystal Growth，2003，247:555.

［20］Mazor M，Erez A.Processed kaolin protects fruits from mediterranean fruit glyinfestations［J］.Crop Protection.2004，23(1):47.

［21］Reiner Zirn.Innovative Concepts for Flexible Packaging and Label Papers［C］//The national specialty paper technical seminars and special paper committee conference proceedings of the fourth.Quzhou，2009.

［22］Jiang Chun-yuan.By metso mini boots，extend the service life of press section reconstruction［C］//Beijing international paper show exhibition the seminars.Beijing，2009.

江春元.通过美卓迷你型靴压改造延长压榨部寿命［C］//北京国际纸展技术交流会.北京，2009. CPP