多活性官能团抗水剂在特种纸领域的应用

隋晓飞，戴 玲，高海明

（九洲生物技术（苏州）有限公司，江苏 苏州 215000）

特种纸是在加工纸基础上扩展出来的一个新纸种，其具有的特殊性能及适应某种特殊用途的作用令使用者刮目相看。由于特种纸的制造涉及的学科比较多 ，与热学、电学、光学、磁学等物理过程、化学原理及生物机制等关系密切，因此，特种纸的生产难度也较大。不过特种纸的产值较高、应用范围较广，其生命力较强 ，发展前景令人鼓舞[1]13-19。

特种纸的原料五花八门，不拘泥一种原料，可以是纤维原料，也是可以其他材料，同时还可能添加了很多优势特别明显的化学品来达到某种特殊性能。普通纸多是采用植物纤维，如木材、草类等。而特种纸的原料除了植物纤维之外，还可配有其他各种非植物纤维，如化学纤维、碳素纤维和金属纤维等。这样就能够弥补原来天然纤维的某些弱点，有利于提高成纸的品质，以达到“优化组合”之目的。特种纸可以通过不同的加工方法和添加不同的化学品（助剂），使成纸具有某种突出的性能。例如，普通纸遇明火立即燃烧，而某种阻燃纸却是不怕火、也不会燃烧。特种纸的品种日益增多，有人认为可能占纸种总数的80%，在文化教育、工业生产、军事科技和日常生活中有着众多的用途[1]13-19。

目前市场上的特种纸按照加工方法不同分为涂布加工纸、复合加工纸、变性加工纸、浸渍加工纸、和机械加工纸等。具体的特种纸包括装饰纸、壁纸、防油纸、玻璃卡纸、压感记录纸、热感记录纸、防电记录纸、无碳复写纸、热敏纸、羊皮纸和钢纸等等[2]。

2015年我国特种纸及纸板生产量265万t，同比增长6.00%；消费量217万t，同比增长5.85%[3]。特种纸应用领域遍布生活、工业、军事、科研、艺术、交通、航天等，特殊的性能和优异的构造满足了应用的要求，未来发展潜能越来越大，国内很多特种纸生产企业已经开始重视特种纸新产品的开发。

依据涂料体系的特点、高分子聚合物的抗水机理和特种纸特殊性能要求，九洲生物技术（苏州）有限公司成功开发出多活性官能团聚合物类涂料抗水剂。该抗水剂能够同涂料体系中胶乳、重质碳酸钙等成分进行全方位、立体化的化学交联作用，形成一个微观空间网络结构和宏观抗水涂层，提高涂布层的抗水、防潮、防冻，耐湿摩擦的性能，达到特种纸所需求的特种性能。

本文采用九洲生物技术（苏州）有限公司开发的多活性官能团聚合物类涂料抗水剂对涂布纸的抗水性能、印刷性能和耐湿摩擦性能的影响进行了实验室试验，并在客户中将新开发的多活性官能团抗水剂产品与替代前使用的AZC类抗水剂作了应用对比。

1 实验室研究

1.1 实验仪器

高速分散机、IKA HB10恒温水浴锅、FD115电热恒温干燥箱、XS625M电子天平、L-3D烘干机、NYG300压光机、耐磨耗仪。

1.2 实验原料

丁苯胶乳（巴斯夫 牌号7128/516，固含量50%，巴斯夫上海公司提供）；高岭土（粉末），粒度≤2 μm的达92%以上，茂名石化矿业有限公司提供；重质碳酸钙（GCC，分散液），粒度≤2 μm的达95%以上和粒度≤2 μm的达65%以上，富阳某造纸厂提供；分散剂、润滑剂以及抗水剂等涂料助剂，为九洲生物技术（苏州）有限公司自产；涂布淀粉、羧甲基纤维素（CMC）及未涂白纸板原纸均取自富阳某造纸厂。

1.3 检测方法

IGT干拉毛和湿拉毛强度检测方法参照GB/T 22365—2008《纸和纸板 印刷表面强度的测定》。纸张的湿摩擦检测方法参照TAPPI T 476标准《纸和纸板的磨耗》。表面吸收性能检测方法参照GB/T 1540—1989《纸和纸板吸水性的测定法》。干摩擦测试：1 000 g负荷情况下，用纸的表面与表面摩擦，记录纸的表面产生纸粉时的摩擦次数。手指湿摩擦：在涂布纸表面滴上水，用指头面摩擦涂布纸面，直到产生掉粉的时间。防潮防冻时间：放于冰箱冷藏，温度4℃，查看涂布纸水珠透点的时间。

1.4 配制涂料

实验室条件下按照表1中的涂料配方配制涂料。

表1 涂料配方

将表1的各组分按一定顺序在高速分散机上进行分散制备涂料，然后使用棒式涂布机进行纸张涂布，接着使用烘干式烘干机进行烘干，最后进行压光机压光处理。

1.5 抗水剂用量对涂布纸抗水性能的影响

图1显示了抗水剂用量对涂布纸抗水性能的影响（以下图、表中将“多活性官能团抗水剂”简称为“多活性官能团”，将“AZC类抗水剂”简称为“AZC”）。

图1 抗水剂用量对抗水性能的影响

从图1可以看出，多活性官能团抗水剂用量（原液添加）同碳酸锆铵（AZC）类抗水剂用量保持一致的情况下，涂布纸张的表面吸水性能随着抗水剂用量的增加呈降低趋势，AZC抗水剂用量增加到一定程度后，抗水效果趋于平缓，效果维持不变，而多活性官能团抗水剂效果显著，能够在AZC产品效果的基础上继续发挥作用，纸面抗水效果趋势继续延续，整体抗水效果好。

1.6 抗水剂用量对涂布纸印刷湿强性能的影响

图2显示了抗水剂用量对涂布纸印刷湿强性能的影响。

图2 抗水剂用量对涂布纸印刷湿强性能的影响

从图2可以看出，多活性官能团抗水剂用量（原液添加）同AZC类抗水剂用量保持一致的情况下，涂布纸张的印刷湿强性能随着抗水剂用量的增加印刷效果等级提高。该印刷湿强性能表征的是一次印刷时的湿拉毛强度，防止在印刷时润版液存在的情况下掉毛掉粉。多活性官能团抗水剂对于印刷湿强性能效果好，比AZC类抗水剂更能够提高其印刷湿拉毛强度。

1.7 抗水剂用量对耐湿摩擦性能的影响

图3显示了抗水剂用量对涂布纸耐湿摩擦性能的影响。

图3 抗水剂用量对涂布纸耐湿摩擦性能的影响

从图3可以看出，该试验测试为纸张的湿摩擦检测，按照TAPPI T 476标准检测：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来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。测试参数设置：单橡胶轮摩擦10圈。实验结果表明，多活性官能团抗水剂用量（原液添加）同AZC类抗水剂用量保持一致的情况下，涂布纸张的耐湿摩擦性能随着抗水剂用量的增加呈浊度逐渐降低的趋势，浊度越低表征耐湿摩擦效果越好。该涂布纸耐湿摩擦性能表征的是多次印刷摩擦时的湿强度，防止在重复印刷时纸面掉毛掉粉。多活性官能团抗水剂比AZC类抗水剂能够更好地提供耐湿摩擦性能。

2 客户应用

2.1 涂料配方

某客户使用九洲生物技术（苏州）有限公司多活性官能团抗水剂产品代替前期使用的AZC类抗水剂，中/底涂以及面涂抗水剂的用量情况见表2。

表2 某客户抗水剂用量

2.2 成纸指标

使用2种不同抗水剂的食品涂布纸各项指标如表3所示。

表3 使用2种抗水剂的食品纸各项指标

从表3的数据可以看出：多活性官能团抗水剂在食品涂布纸中作用比较显著，纸张表面的抗水性能得到了提高，印刷的干、湿强度较好；纸张的耐干摩擦效果非常明显，能够达到质量要求，同时减少了涂布纸张生产、贮存和分切过程的摩擦掉毛掉粉现象。同时，纸张的耐湿摩擦效果也非常显著，我们提供便利的现场临时检测方法同样也能够验证耐湿摩擦的效果，提高纸张在多次印刷过程中的耐湿摩擦和印刷湿强度。食品纸张所需要的防潮效果，通过模拟现实生活冰箱贮存条件得到了验证。综合以上指标可以看出，多活性官能团抗水剂能够立体化、高密度地交联涂料各组分，形成致密的涂层结构，提高表面抗水、耐摩擦和防潮效果，能够满足涂布纸张的使用要求。

3 结论

（1）九洲生物技术(苏州)有限公司生产的多活性官能团抗水剂是一种新型、优良的抗水剂，具有优良的防潮、抗水、耐摩擦和抗潮效果。

（2）多活性官能团抗水剂具有优良的成膜性能，熟化速度快，能够发挥立体化、高度交联化的作用机理，形成良好的抗水涂层。

（3）多活性官能团抗水剂有良好耐干摩擦效果，能够减少生产、贮存、分切过程的摩擦掉毛掉粉现象。

（4）多活性官能团抗水剂符合食品GB 9685标准，符合食品、烟用、特种纸等纸张挥发性有机化合物VOC标准，已经在相关食品级纸张和特种纸行业大量推广使用。