装饰原纸质量控制初探

崔 晖

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心,北京，100190）

装饰原纸是一种以优质木浆和钛白粉等填料为主要原料经特殊工艺加工而成的工业特种用纸。装饰原纸经印刷和浸胶后，用于各种人造板或木材的表面装饰，如防火板、强化木地板、家具、墙面、车船内部装饰等[1,2]。装饰原纸作为一种工业特种用纸，在国内已经有几十年的历史，特别是在中国这样一个木材资源十分贫乏的国家中，装饰原纸作为加工制作各种装饰板材的原料，越来越受到行业的欢迎，其研究和生产成为行业的热点[3]。

据不完全统计，我国装饰原纸的需求量每年以大约10%～15%的速度增长，但高端原纸仍依赖进口。中国林产工业协会2011年9月发布的 《中国装饰纸产业报告》[4]中指出：国产装饰原纸与欧美地区的产品相比，仍有一定的差距，主要体现在国内的产品以中低档产品为主。装饰原纸的国家标准在2010年12月1日才开始实施，国产装饰原纸与国外原纸存在主要差距：（1）国产原纸白度较低为85%，国外同类产品白度在90%～91%。（2）断裂长，国产纸断裂长＞2500 m，但国外同类产品日本为 2700～3490 m，德国为 5000 m。 （3）吸收性差，国产纸吸水性为24～30 mm/10min，国外同类产品34～36.6 mm/10min[5]。

国产装饰原纸与进口产品的差距使得对装饰原纸质量改善的研究变得尤为重要和紧迫。

1 装饰原纸质量控制的现状

装饰原纸的主要技术指标包括吸收性和适印性，吸收性要求装饰原纸具有良好的吸收性，经浸渍能吸收三聚氰胺树脂；适印性即良好的油墨转移吸收性，有一定的平滑度、纸质压缩性和柔软性好，同时要求遮盖性，即能遮盖人造板粗糙的表面和底层纸酚醛胶的棕褐色，以保证装饰效果[6]。要获得性能良好的装饰原纸，需要严格控制生产全过程的工艺条件，其中纤维配比、打浆方式、填料、助剂的选择、抄造过程等因素均会影响到原纸的品质。

1.1 原料

生产装饰原纸用的纤维种类及纤维配比对装饰原纸的吸收性、强度、平滑度及匀度有非常重要的影响。在装饰原纸的生产过程中，选用漂白阔叶木浆为原料所抄造的纸张具有适印性好、平滑度高、透气性好等优点，但阔叶木纤维短、细，导致纸张强度较差。原苏联专家C.H.米罗什尼钦科[7]指出，装饰原纸的纤维组成：硫酸盐针叶木纸浆和硫酸盐阔叶木硫酸盐纸浆各占50%。德国专家恩森斯克、奥地利专家维宁格尔[8]指出，装饰原纸是由α-纤维素含量高的高强度纸浆抄造的。原林业部科技司研究的下达的“轻型装饰纸生产性试验研究”课题的研究结果表明，漂白硫酸盐阔叶木浆是生产装饰原纸的很好浆种，而漂白预水解硫酸盐桦木浆是生产轻型装饰原纸的理想原料[9]。姜勇军[10]等介绍了牡丹江木材综合加工厂用硫酸盐桦木浆抄造轻型装饰原纸的情况，工厂试验结果表明，桦木浆是抄造装饰原纸的理想原料，原纸的主要质量指标与德国产品不相上下。陈港[11]等人研究用巴西桉木和乌克兰针叶木配抄，在不添加填料时，随着长纤维比例的增大，纸页强度有所提高，不透明度先增大后减少，但对白度的影响较少；在添加钛白粉填料时，随着长纤维含量的增加，纸页的强度都有所提高，白度和不透明度的基本趋势是先增加后降低，但变化较小，对纸页的吸水度几乎没有影响。但综合考虑生产效率和成本，综合纸页的强度和钛白粉留着率，选择桉木浆作为原料的比例为80%。

1.2 打浆工艺

打浆度对纸页吸收性能的影响很大，生产中要小心控制打浆度以保证吸收性能的稳定性。生产中一般采用游离状打浆，但完全的游离状打浆会降低纸的抗张强度，实际生产中采用近似半游离半粘状打浆方式[12]。在保证纸张匀度和强度的前提下，采用较低的打浆度，不同浆料分别打浆，打浆度调整范围一般是：针叶木 28～32 °SR，湿重 4.5～5.5 g；阔叶木27～35 °SR，湿重 2～3 g[13]。

1.3 造纸湿部

1.3.1 浆料的pH

由于在碱性条件下，纤维的润胀能力增加，浆料抄造成纸页的吸液度最大；在酸性条件下，吸水能力明显下降，一般认为pH在6.8～7.5时原纸的吸液性较佳。但陈港[11]通过研究，当pH=5时，钛白粉的留着率最高且成纸性能最好。

1.3.2 填料

装饰原纸要求经印刷浸胶后于面板压合时不透出底层，因此，装饰原纸要具有良好的覆盖能力。为了提高装饰原纸的覆盖性能和白度，通常添加钛白粉填料，钛白粉能给装饰原纸带来较好的白度和亮度。并且使用二氧化钛等无机填料进行加填，加填粒子填补纸纤维间孔隙，会使成纸柔软度提高、纸张的平滑度改善、可塑性和遮盖力提高，成纸在印刷时压印转移图案效果提高，即装饰原纸的适印性提高。但钛白粉价格昂贵，梁德涛[14]等人发明了用煅烧高岭土替代部分二氧化钛，由于煅烧高岭土是一种多孔无定形的微粒结构，容重较二氧化钛小，因此配用煅烧高岭土的装饰原纸，松厚度、透气度明显改善，并降低了成本。Hartmut Schulz[15]用0.1%～25%重量的滑石粉和钛白粉混合作为填料，并且滑石粉中粒径小于3 μm的占50%重量，该混合填料能提高纸张的强度和耐光性等性能。

而钛白粉是金红石型二氧化钛具有光催化活性，在使用中，会使与之接触的有机成分催化降解，严重降低装饰纸的各种性能和使用寿命，这就要求使用的二氧化钛经过特殊的表面处理。Hartmut Schulz等人[16]发明了一种改性的二氧化钛，改性的二氧化钛包括Si和Al成分，以SiO2和Al2O3计，分别占TiO2总质量的至少7%，它能提高纸张的强度和耐光性等性能。Siegfried Blumel等人[17]发明了一种装饰纸用二氧化钛颜料，颜料具有表面涂层，该涂层包含磷酸铝、氧化铝、氧化硅和氧化钛。氧化硅以松散的沉淀形式存在，比表面积为至少15m2/g。Lydia Drews-Nicolai等人[18]发明了在二氧化钛表面依次沉淀磷、钛、铝和镁的化合物，能够获得较高的变灰稳定性；其还发明了[19]在二氧化钛颗粒上存在磷酸铝、氧化铝和空心体涂层，该改性的二氧化钛使涂覆的纸张具有良好的不透明度。孙爱华等人[20]发明了在二氧化钛表面依次包覆致密的二氧化硅、磷酸铝化合物和氢氧化铝，其能提高二氧化钛颜料的耐光性和抗色变性。专用装饰原纸的钛白粉必能满足装饰原纸白度及覆盖性的要求。

钛白粉通常是添加到配料井中与浆料和其他颜料混合，这种添加方式需要在钛白粉内添加一定比例的分散剂，以有利于其分散均匀，不会造成抄成的纸张上呈现大大小小的白点，影响装饰原纸的外观质量。鲍贻杰[21]提出了将钛白粉加入到碎浆机的浆料中，与浆料一起进行疏解，随浆料从碎浆机出来后，进入磨浆机进行磨浆，随浆料从磨浆机出来后，进入配料井进行配料，这种方法克服了钛白粉在浆料中分散不均匀的问题，并显著提高了钛白粉在抄纸生产过程中的留着率。

1.3.3 湿部助剂

对于钛白粉的留着性，在生产中通常要加入助留助滤剂来提高填料的留着率，王立军[22]等人合成开发了一种阳离子聚丙烯酰胺反相乳液CPAM RT-1和一种阴离子聚丙烯酰胺反相乳液APAM RT-1组成的双元聚合物助留体系，在实验室作用于二氧化钛加填量高达46%的浆料体系中，在合理的添加量条件下，单程总留着率高达96.8%，单程灰分留着率高达85.6%，原纸灰分高达39.9%。

在装饰原纸的应用中须经树脂浸渍，原纸需要具备较高的湿强度，因而在原纸的生产过程中必须加入较大量的湿强剂，目前广泛使用的湿强剂就是PAE，但PAE湿强剂在pH值9～10左右性能最佳，但配料池中pH值为6～7，呈中性偏酸，影响了湿强剂性能的发挥，王兴彦等人[23]提出在配料池中不再添加湿强剂，在冲浆泵冲浆阶段单独连续加入湿强剂，并调整湿强剂pH值为9～10。段全义[24]发明了一种新的造纸用湿强剂，其采用甲醛溶液65份（含量为40%）。氢氧化钠水溶液7份（含量为15%）、尿素晶体20份（含量为98%）、乙二胺2份、二甲基二烯丙基氯化铵2份、甲酸溶液4份（含量为90%）合成脲醛树脂，其不仅能增加纸张湿强度，还能不同程度地增加干强度，但由于其是阳离子树脂，要避免其与阴离子物质直接混合。

1.4 抄造工艺

纸页的成形条件对原纸的吸收性能及强度有很大影响。现有抄造装饰原纸的设备一般是长网造纸机，在实际的生产中要合理调整流浆箱的上网条件。浆网速比可以调整纤维在纸页上的分布，进而可以影响纸张的强度性能，在生产中，网速略大于浆速时，可以增加纤维的横向留着，有利于形成疏松多孔的结构。网部脱水快易形成多孔结构，而压榨部强烈脱水会增加纸页的紧度[25]。压榨部与压光机压力的大小直接影响装饰原纸的紧度，而原纸的吸收性随紧度的增加而降低。在生产中通过调节压榨部与压光机的压力而改变成纸的紧度，使用软辊压光机替代普通机械压光机，可使纸页获得较好的松软性及适应性[13]。装饰原纸的紧度一般控制在0.75 g/cm3以下[26]。

在干燥时采用高温强化干燥，将会增加纸页的松软性，气孔率、透气度，提高其吸收性。朱玉国[27]的发明中提出烘干装置前增加预热装置，目的是为了降低原纸与烘缸的温差，减少后续烘干工艺中的糊缸现象。

1.5 表面处理

在现代造纸技术中，用特定性能的化学品对纸张表面进行处理在很多情况下对纸张的物理强度、印刷性能、表面性能起着改善作用。一般除宝丽纸外，装饰原纸并不建议进行表面处理，这是由于表面处理常使用高分子聚合物，这类物质在纸张表面成膜后在改善纸张物理强度及表面性能的同时，会损失纸张的吸收性，这对需要经过三聚氰胺浸渍处理的装饰原纸来说是不利的。但采用特殊的表面处理方法能缓解这个矛盾，起到一定的效果。杨延昭[29]等使用 经3.0%(相对于原淀粉)的 3-Cl-2-羟丙基三甲基氯化铵醚化处理的淀粉对装饰原纸进行表面施胶，装饰原纸的干、湿抗张强度提高，但吸收性稍有下降。Jianfeng Xu[30]等在制备苯乙烯丙烯酸酯表面施胶剂时引入带有亲水性基团——羧基的丙烯酸单体，丙烯酸反应过程中与其他单体发生交联反应，所制聚合物的成膜性能更好，纸张的平滑度显著提高；羧基的存在使得经表面处理后装饰原纸的吸收性变化不大。实验结果如表1所示：

表1 表面处理前后装饰原纸的物理性能

2 装纸原纸质量控制研究的发展方向和建议

装饰原纸作为一种特种工业用纸，其质量直接影响着造纸和人造板行业的发展，对其质量进行控制意义重大。影响装饰原纸质量的因素很多，国内外的科研工作者和从业者已经进行了大量的工作，但相关产品仍存在或多或少的缺陷。随着人们对装饰原纸质量要求的不断提高，相关的研究也需要不断的更新。

根据现有的研究基础，建议今后国内对装饰原纸质量的改善可以从以下几方面进行研究：

（1）填料的优选。装饰原纸必须要有较好的白度和遮盖度，现有的技术通常是添加二氧化钛，但二氧化钛填料昂贵，会增加企业的成本；单独使用低成本的碳酸钙等填料又不能达到二氧化钛起到的效果。因此，应将选择合适的填料或者填料体系作为今后的一个研究方向。

（2）湿部助剂的优选。二氧化钛等填料的留着直接关系到装饰原纸的性能，而填料的留着主要依靠助留助滤剂，目前大多数采用的仍是单组份助留助滤剂，开发多元助留体系或微粒助留体系来提高填料的留着是今后研究的一个方向。

（3）表面处理工艺的优化。对纸张进行表面处理，其效果明显且成本较低。因此应在现有的研究基础上进一步对表面处理剂的选择及表面处理工艺进行优化，以期在兼顾装饰原纸吸收性的前提下提高装饰原纸的物理强度、表面强度及适印性。

装饰原纸作为一种广泛应用于木材、人造板行业的特种工业用纸，其作用及价值无需赘述。只有找对国产装饰原纸与国外相关产品的差距及差距产生的原因，并有的放矢地进行改进，才能真正促进中国装饰原纸工业及相关专业的发展。

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