探析提高纸张强度的两种有效方法

2019-12-24 08:59魏风军孙珂辛燕静茹
今日印刷 2019年12期
关键词:施胶专利号碳酸钙

魏风军 孙珂辛 燕静茹

现代包装工业中针对造纸,需要经历制浆、抄纸、涂布、加工4个重要环节。当前,由于人们对于更高生活水平的追求,包装的外延价值被凸显出来,基于此,在纸包装领域,诸多产品的包装防护对于纸张的强度要求相比以往有了很大的提升。基于实际包装的需求,往往需要纸张具有更高的强度,以保证纸张在承担包装防护作用时有更好的表现,如使用时间延长,具有更强的耐磨和耐撕裂的能力等。尤其在一些特殊纸包装制品上甚至需要纸张能够具有防伪功能,其纸张的耐折度、耐磨度、撕裂度、刚度都必须优于普通纸张。基于此,纸张强度对于保障产品包装需求有着极大的意义,因此需要多个渠道来优化纸张强度,提升纸张综合性能。本文从两个方面出发探析提高纸张强度的方法,希望对纸包装行业有所裨益。

通过添加辅助浆料的混合填充浆料来提高纸张强度

干增强剂和湿增强剂共同组成纸张增强剂,干增强剂主要成分为淀粉衍生物、植物胶、合成干强剂等。常见的纸张强度影响因素中,一种机理认为纤维间的结合力是影响纸张强度的重要因素,还有一种机理认为干增强剂是一种高效的分散剂,能够使纤维排列更加规律,结合更加紧密,从而增强了纤维之间的结合力,使纸张具有更高的干强度。如现在利用较为普遍的阳离子淀粉,其为淀粉与胺的化合物反应生成的含有胺基和铵基的醚衍生物,其带正电。在纸浆加入阳离子淀粉的作用是,带正电的阳离子可以吸附带负电的纤维和填料,并且该吸附不可逆。因此适当地加入阳离子淀粉增强剂可以使纤维及填料排列均匀紧密,能够大幅度提高纸张强度。

广西金桂浆纸业有限公司申请的专利(专利号为201810020737.8)中,將原材浆料制备60~96重量份;并在原材浆料里添加淀粉0.8~1.3重量份;在原材浆料里再添加3~38重量份的填充浆料与辅助浆料的混合物;在原材浆料中继续添3.1×10-4~3.5×10-4重量份的保留助剂。经由添加了辅助浆料的混合填充浆料替换原有的填充浆料,可以使得制成的纸张强度更大,灰分更高,而且节省纤维用量,减少成本。在该发明中发明者加入了阳离子淀粉,阳离子淀粉是一种增强剂,具有很高的留着率,如果加入到浆料中,绝大多数的淀粉会被浆料中的纤维吸附,纤维就被絮凝在一起,因此细小的纤维也能更好地留着。

混合填充浆料一般是填充浆料与辅助浆料的混合物,填充浆料为研磨碳酸钙,辅助浆料为碱性过氧化物机械浆细小纤维。碱性过氧化物在造纸中也有广泛的应用,其得率高、污染负荷低、成本低、化学处理程度轻、污染小。其优点为能使纸张具有较好的柔韧性,并且具有较大的紧密型,改善了抗张强度与撕裂强度;其次,纸张的可漂性也得到改善,纸张白度较高。碱性过氧化氢机械浆采取了最新发展的木片预处理工艺使制浆和漂白合二为一,不需要特定的漂白车间,降低了设备的投资。

目前,我国的造纸涂布级研磨碳酸钙不能满足需求,主要仍依赖进口,在此发现中利用了造纸涂布级研磨碳酸钙,研磨碳酸钙在造纸中起了较大作用,它可以使得纸张的亮度更好,结构更坚实、利于书写、涂布均匀、降低摩擦度、易排湿并易干燥。世界造纸业从20世纪80年代初开始成功地由酸性工艺转向碱性工艺,使填充料的利用发生了革命性的转变:碳酸钙取代木桨和其他颜料,可改良纸张的光亮度、不透性、空隙度、松密度等。碱基加工首要用于生产需要精细印刷和书写的纸张,对新闻纸等一些特殊用纸,既可以利用酸基环境生产,但利用碳酸钙更优。因此目前造纸涂料配方中碳酸钙使用量大幅增加。

采用了阳离子聚丙酰胺作为保留助剂,阳离子聚丙酰胺的分子长度提供了良好的吸附性能及与氢键结合的位置,因此纤维间的结合能够增强,还具有助留助滤等多种功能。其最大特点是可以提高纸张的撕裂指数,增强纸张的强度,若是用做分散剂,还可以改善纸页的均匀度。因此阳离子聚丙烯酰胺通常用作提高各种纸张干强度和湿强度的一种助剂,在一定程度上亦能提高纸板的尺寸稳定性和压缩强度。

芬兰凯米罗总公司申请的专利号为201480073537.9的专利中将阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和高电荷阳离子乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)组合物添加到纸浆中。熟知的用于产生干强度的基准是阳离子乙二醛聚丙烯酰胺(GPAM)强度树脂,其骨架上结合的小量阳离子单体可以使纸张中的聚合物保留在纸张纤维上。若将阴离子PAM与高阳离子乙二醛化聚丙烯酰胺组合能够使纸张强度得到显著提高。

华南理工大学樊慧明等申请的专利号为20161176990.X的专利中,其思维是在淀粉改性高浓度填料的过程中提高纸张强度,首先将淀粉在一定速度下充分糊化,然后加入脂肪酸溶液充分反应。待反应终止后添加搅拌均匀的名为GCC的高浓度悬浮液,待沉降反应终止后加入氯化钙溶液,终止后可以获得改性后的碳酸钙。改性后的填料可以用于加填纸张。在此过程中被溶解的淀粉含量几乎可以忽略,且在同等强度条件下,使用改性后材料加填的纸张比未改性纸张强度提高35%以上。

上述方法都对纸张强度有很大的提高,总体而言,从上述方法可知,提高纸张强度首先可以从制浆阶段入手,可以通过在纸浆中加入化学物质来改变纸张的性能,这也提示我们可以从多个渠道来探索和发现能够使纸张性能提高的其他物质。

改善纸张表面性能来提高纸张表面强度

上文所述是从纸张材料本身来提高纸张强度,与此同时,采用纸张表面性能的优化也可以提高纸张表面强度,提高纸张的强度不仅可以在纸浆中加入干强剂,同样也可在纸张表面增加干强剂或是表面施胶剂使其强度增加。

山东华泰纸业股份有限公司申请的专利号为201410832955.3的专利中是利用纸机回湿箱在纸张页面上进行施胶,将表面的施胶剂配成浓度为12%的水混合溶液并通过计量阀加入冷凝水罐,冷凝水罐内的溶液就变成了浓度为3%的表面施胶剂喷淋液,最后将喷淋液通过纸机回湿箱喷嘴喷到纸页表面,就能完成对纸张表面强度的提高。该发明在对新闻纸的改造上有极大的用处,新闻纸一直是低质量且成本也较低的纸张,但随着生活质量的提高,人们对新闻纸的纸张也提出了要求,过去有过在纸浆中加入施胶剂和干强剂来增加纸张强度的方法,但对新闻纸这种要求成本低廉的纸张来说,在纸浆中加入施胶剂和干强剂价格太过昂贵,并且新闻纸纸张往往较薄,这种昂贵的方式也不能起到很好的增加纸张强度的效果,因此发明人想出了对新闻纸进行表面施胶的方法,目的在于最低成本的增加纸张的表面强度。该发明所用的表面施胶剂为淀粉,在使用时只需要将淀粉糊化,配置成溶液,把现有的纸机回湿箱进行改造,就能够把表面增强剂通过纸机回湿箱的喷嘴喷到纸张的表面。纸张在干燥中可以与表面施胶剂融为一体,也就起到了增强纸强度的效果。数据显示,改造后纸张的表面强度可以提升45.83%,与此同时纸张的撕裂指数、粗糙度的指标与改造前对比均有明显的  提高。

另外,纳米纤维对于纸张强度的提升也有一定的效果。杭州富伦生态科技有限公司申请的专利号为201711337227.5的专利中是将漂白的桉木浆进行粉碎,磨浆处理得到纸浆料,将纤维素水解酶加入纸张浆料中酶解,将酶解后的维素纳米纤维过滤后在高压均质机中对纸浆进行均质处理,粉碎利乐包,再经过碎浆、分离、除砂等过程研磨成浆,烘干得到纸幅。最后用处理后的酶解纤维素纳米纤维和表面施胶淀粉对纸张进行表面涂布,再经干燥、压光、卷取后制得酶解纤维素纳米纤维增强的纸张。该方法采用酶解纤维素纳米纤维和施胶淀粉在纸张成形后的干燥部进行涂布的方法来实现纸张增强,避免了纤维素纳米纤维对网部脱水效率的不利影响,纸张增强效果明显,且生产成本低。

再者,对纸张表面施加施胶剂也能有效提升其表面强度。内江师范学院申请的专利号为201810933960.1的专利中提出了一种用于提高纸张表面强度的表面施胶剂,其基材为大豆分离蛋白(SPI),并由烯基琥珀酸酐(ASA)酰化和三羟甲基三聚氰胺强化改性制得。其特点在于需要将ASA分批加入SPI溶液中,并在一定的PH值条件下进行反应,还可在一定条件下进行强化改性。经由以上方式可制得一种具有杰出疏水性能的施胶剂,将其涂布与纸张表面可大大提高纸张的表面强度和抗水性能。

牡丹江恒丰纸业股份有限公司申请的专利号为201110058982.6的专利提出了一种含琥珀酰化壳聚糖酸钠的淀粉表面施胶剂,可以改良纸张的表面强度,使纸张的抗菌性得到增强。其制备需经过以下步骤:将琥珀酰化壳聚糖酸钠溶于水,加入氧化淀粉,70℃~90℃高温下糊化,保温至30℃加入稳定剂,调节固含量即可制得此种表面施胶剂。

结束语

综合所述,当前纸张的广泛应用和多领域需求,对纸张的性能提出了更高的要求,多种方法对于纸张强度的提升都是有效的。然而,越来越多的需求提示着,在纸张强度的研发上,还有很多的路径和方法要走,这就需要纸包装从业者,依据需求努力研发,相信会有更多的有效提升纸张强度的方法出现。

作者单位:河南科技大学包装工程系

责任编辑:王蕾 wl@cprint.cn

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