一种新型涂料抗水剂在造纸涂料行业中的应用

隋晓飞，张德合，高海明，施立才，叶 洲

（九洲生物技术（苏州）有限公司，江苏 苏州 215000）

一种新型涂料抗水剂在造纸涂料行业中的应用

隋晓飞，张德合，高海明，施立才，叶 洲

（九洲生物技术（苏州）有限公司，江苏 苏州 215000）

涂料抗水剂能够改善纸张的抗水性能和印刷性能，在造纸涂料体系的应用中占据着重要地位。九洲生物技术有限公司通过对造纸涂料生产工艺、抗水剂作用机理的深入研究，开发出一种新型涂料抗水剂，经实验室和工厂的应用表明，该涂料抗水剂能显著提高涂布纸表面抗水性能、湿摩擦性能、干摩擦性能和防潮防冻性能等，对于提高我国特种涂布纸市场的品质具有十分积极的意义。

抗水剂；表面吸水性能；湿摩擦性能；干摩擦性能；防潮；防冻

我国是造纸大国，虽然涂布纸张占据了造纸市场、印刷市场和包装市场的高份额，但是高质量的涂布纸和特种涂布纸较少，使我国涂布纸张竞争力面临严峻挑战。

2015年，某纸厂提出了较大改善、提高涂布纸张抗水、耐湿摩擦、防潮和防冻性能等方面的要求。涂布纸的这些性能主要是通过涂料配方中的胶粘剂和抗水助剂来实现的。胶粘剂成膜性较好，能够赋予纸张较高的强度、表观物性、印刷适性和较好的抗水性能。抗水助剂也要有良好的成膜性，同时要求能够与胶粘剂进行高度网络化、致密的交联，提供高强度、持久的抗水性能；这些抗水性能可以延展到包装纸张、食品纸张、特种需求纸张等领域对表面抗水、耐湿摩擦、耐干摩擦和防潮防冻等高端性能的需求，满足包装和应用要求，并成为一种市场大趋势[1]。

目前抗水剂主要包括：（1）氨基树脂类的脲醛（UF树脂）、三聚氰胺树脂（MF树脂），此类抗水剂已被淘汰使用；（2）改性乙二醛类；（3）金属盐类，某些金属盐类作为抗水剂，如以锌、锆等价金属盐为代表的不溶金属盐，但应用最广泛的是碳酸锆铵（AZC）抗水剂；（4）聚酞胺环氧树脂，以及对它们改性后得到的产品，如聚酰胺聚脲树脂（PAPU）和聚酰胺环氧氯丙烷树脂（PAPE）。

抗水剂的抗水机理可以分为3种：（1）抗水剂分子中的活性羟基与胶粘剂中的羟基交联固化，形成网状的固化膜，从而达到抗水的作用，如氨基树脂类抗水剂[2]；（2）用某种物质来阻止胶粘剂中的亲水基团与水亲和来达到抗水的目的，如碳酸锆铵抗水剂[3]；（3）利用抗水助剂分子内较多的活性基团与涂料中的组分进行立体交联和成膜，达到抗水的最终目的。

九洲生物技术有限公司依据水性涂料体系的特点和高分子聚合物的抗水机理特性，成功开发出一种新型的多活性官能团聚合物类涂料抗水剂NCC®NA。NCC®NA与市场上其他现用的3种类型的抗水剂作用基团的对比见表1。

表1 各种类型的抗水剂作用基团

通过以上4种类型抗水剂的作用方式可以看出，抗水剂NCC®NA不仅拥有像PAPU类抗水剂与涂料组分形成共价基团，更兼具有AZC类抗水剂的离子基团以及形成的络合物。该新型涂料抗水剂结合了市场上其他抗水剂的优点，不仅满足了纸张的特种用途要求，而且还满足了严格的食品法规要求，是一种绿色、环保、高效的特种涂料抗水剂。我们对该新型涂料抗水剂与市场上其他抗水剂的性能及应用效果进行了对比和研究。

1 实验室性能评估

1.1 涂料的配制

实验室条件下按照表2中的涂料配方配制涂料。

表2 涂料配方

1.2 涂料指标

配制后及时检测涂料的浓度、pH、保水值和高低剪切黏度等指标，具体数据如表3所示。

表3 涂料指标

按照设定的涂布配方进行涂料配制，其中配方中NCC®NA的用量为其他3类抗水剂的1/3。

2 实验结果与分析

2.1 抗水剂对涂布纸常规物理性能的影响

表4显示了不同类型抗水剂对涂布纸常规物理性能的影响。

表4 抗水剂对涂布纸常规物理性能的影响

使用不同类型抗水剂的涂料涂布的成纸白度、光泽度和平滑度等指标差异不大，说明不同成分的抗水剂对涂布纸的上述指标影响不大。

2.2 抗水剂对涂布纸表面强度性能的影响

IGT干拉毛强度采用AIC-5T 2000型IGT印刷适性仪器参照GB/T 22365—2008检测，结果见图1。

从图1可以看出，NCC®NA和PAPU抗水剂涂料涂布的成纸干拉毛强度明显高于改性乙二醛和AZC抗水剂。这是NCC®NA组分中的环氧基和PAPU组分中的羟基可以迅速地与涂料中胶粘剂进行交联固化形成稳定网状固化膜，以达到提高涂布层表面强度的目的。

2.3 抗水剂对涂布纸湿摩擦性能的影响

湿摩擦仪通过固定的压力在润湿的涂布纸纸面进行稳定的摩擦，通过测试摩擦后水的浊度，反映涂布纸涂层的耐湿摩擦性能，浊度越大，说明涂层在水的侵蚀下越容易瓦解。涂布纸的耐湿摩擦检测按照TAPPI T476标准检测，测试参数设置：单橡胶轮摩擦10圈。测试结果见图2。

图1 抗水剂对涂布纸IGT干拉毛强度的影响

图2 抗水剂对涂布纸耐湿摩擦性能的影响

从图2可以看出，抗水剂NCC®NA熟化速度以及涂布纸抗水性明显好于其他3类抗水剂。这是NCC®NA中含有的多功能活性基团可以较快地与涂料胶粘剂中的基团交联固化，提高了涂布纸的抗水性。

2.4 抗水剂对涂布纸抗水性能的影响

参照GB/T 1540—1989对不同抗水剂的涂布纸检测纸张的抗水性，检测结果见图3。

从图3可以看出，NCC®NA抗水剂涂料涂布的成纸的表面吸收性能略微优于其他3类抗水剂。这是由于NCC®NA中多活性官能团可以与胶粘剂的亲水基团发生反应，成膜后憎水基团也起到抵抗液体的原因。

3 产品应用

3.1 工艺

图3 抗水剂对涂布纸抗水性能的影响

某涂布纸厂使用我公司产品NCC®NA代替前期使用的碳酸锆盐类抗水剂，底/中涂以及面涂抗水剂用量情况见表5。

表5 某纸厂涂料中抗水剂用量1）

3.2 成纸指标

使用抗水剂AZC和NCC®NA的涂料分别涂布后的成纸各项指标见表6。

表6 使用不同抗水剂涂料涂布后的成纸各项指标

从表6可以看出，NCC®NA抗水剂涂料涂布的成纸强度有较大幅度提升，特别是IGT干拉毛强度、耐湿摩擦性能、表面吸水性能等有较大改善。与AZC抗水剂相比，NCC®NA抗水剂能够迅速熟化，疏水基团紧密地排列在涂层表面形成疏水膜，多活性官能团能够同涂料其他组分形成网络结构，涂布层内部紧密交联，并与外部协同作用，有效改善了涂布纸张的耐湿摩擦性能和表面抗水性能。

客户使用NCC®NA抗水剂后，客户存在的掉毛掉粉等客诉情况明显减少，对于此方面的质量改善客户非常满意。

4 结论

（1）九洲生物技术有限公司生产的多活性官能团聚合物类抗水剂NCC®NA是一种新型、优良的抗水剂，具有优良的防潮、抗水、抗冻效果，应用效果好，使用量少，性价比高。

（2）NCC®NA抗水剂具有优良的成膜性能，熟化速度快，能够改善涂布纸张所需要的表面强度、表面抗水性能，耐湿摩擦性能等，减少涂布纸掉毛掉粉现象。

（3）NCC®NA抗水剂是符合GB 9685《食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准》的规定，符合食品、烟用、特种纸等纸张挥发性有机化合物VOC标准的抗水剂类型，并已经为相关食品级别纸张客户和特种纸行业客户大量供货使用。

［1］ 李燕，胡开堂.纸张涂布抗水剂的应用及其研究进展［J］.造纸化学品，2003，15（2）：5-8.

［2］ 胡建修，韩恩山，常亮，等.纸张涂布抗水剂研究进展［J］.精细石油化工进展，2006，7（2）：48-51.

［3］ 林治宪，林跃梅.新型涂料抗水剂碳酸锆铵的抗水机理及应用［J］.造纸化学品，1998，10（2）；23-26.

Application of a New Water-resistance Agent Used for Paper Coating

SUI Xiao-fei，ZHANG De-he，GAO Hai-ming，SHI Li-cai，YE Zhou
（Nine Continent Biotechnology（Suzhou）Co.，Ltd.，Suzhou 215000，China）

Water-resistance agent can improve the paper’s water resistant and printing performance，it has an important position in the application of paper coating system.Through the deep study of the production processof paper coatings and the effect mechanismof water-resistanceagents，Nine Continent Biotechnology Company developed a new type water-resistance agent.Through the application in the laboratory and factory，it revealed that the water-resistance agent can significantly improve the coated paper surface’s water resistant property，wet friction property，dry friction property，moisture proof and anti-freezing performance.It has a great positive significance to improve the quality of the special coated paper market in our country.

water-resistance agent；surface’s water absorption property；wet friction property；dry friction property；moisture proof；anti-freezing

TS727+.3

A

1007-2225（2017）01-0014-04

隋晓飞先生（1982-），九洲生物技术（苏州）有限公司技术经理；主要从事涂料化学品的应用和研发；E-mail：suixf@nccchina.cn。

2016-12-16（修回）

本文文献格式：隋晓飞，张德合，高海明，等．一种新型涂料抗水剂在造纸涂料行业中的应用[J]．造纸化学品，2017，29（1）∶14-17．