常用湿强剂：甲醛树脂和聚酰胺环氧氯丙烷树脂

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：用于造纸工业的湿强剂通常分为两大类：甲醛树脂和聚酰胺环氧氯丙烷树脂。经这种树脂处理的纸，在干燥温度下已发生改性，完全的湿强度要在41℃以上的温度放置一两个星期才能实现。（二）三聚氰胺甲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂是一种酸性熟化树脂，由三聚氰胺与甲醛缩聚而成，是一种广泛使用和有效的湿强剂、黏结剂。这些纸张既要求有一定的湿强度，又要求能够在水中降解。

用于造纸工业的湿强剂通常分为两大类：甲醛树脂（如脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂）和聚酰胺环氧氯丙烷树脂。前一类为酸熟化热固性湿强树脂（在酸性条件下缩合或使用的湿强树脂），后一类为碱熟化热固性湿强树脂（在中碱性条件下缩合或使用的湿强树脂）。而聚乙烯亚胺（PEI）、二醛淀粉等，在特殊情况下也被应用。

（一）脲醛树脂（UF）

脲醛树脂（Urea Formaldehyde Resin，简称UF）是一种无色或草黄色透明、均匀、糖浆状的液体，与水能以任意比例混合而不发生沉淀。它是以尿素与甲醛聚合而成的，其分子结构见图2-32。

图2-32 脲醛树脂的分子结构

脲醛树脂为非离子型树脂，故不能与带有负电荷的纸浆纤维较好地吸附，用作湿强剂时，不能在浆内直接添加，而只能用于表面处理，一般在施胶辊或施胶槽中进行。树脂用量为纸张质量的1.5%～2.0%，施加时树脂液的质量分数为1%～5%，也可将UF与氧化淀粉混合在表面施胶时一起施加，并能获得比单独使用时还要高的湿强度。如用于定量为80g/m²的晒图原纸时，用75%质量分数的氧化淀粉和25%质量分数的UF混合胶液作为表面施胶剂进行表面施胶。

用于浆内施加的脲醛树脂一般需进行改性处理制成离子型UF，可直接加入打浆机或纸料制备系统的其他设备中。根据在这些树脂中含有添加的基团的类型，可分为阴离子型、阳离子型及非离子型3种。

阴离子型的树脂使用的改性剂是亚硫酸钠，形成磺酸基，溶于水时磺酸基的电离在UF聚合物上产生阴电荷，使用时需要加入硫酸铝才能吸附在纤维上。在加入浆中之前先用50℃水将其稀释成5%～10%的溶液，必须加入一定量的明矾作为媒介质，控制pH在4.0～4.5的条件下才能有效地留着在纤维上。经这种树脂处理的纸，在干燥温度下已发生改性，完全的湿强度要在41℃以上的温度放置一两个星期才能实现。

阳离子型树脂是将树脂分子用极性基（如氨基及亚氨基）改性制成的。使用阳离子型树脂，无需明矾的帮助就可以很容易地吸着在纤维上。阳离子UF的熟化也是用酸来催化的，因此pH也必须为4.5～5.0才能获得最佳效果。较高的干燥温度能使刚下纸机的纸湿强度增加，增加贮存温度可以加速熟化过程。

UF由于游离甲醛的危害，近年来国外已开始禁用。有人已经提出用乙二醛部分或全部代替甲醛合成UF，既能降低成本又能避免甲醛的危害。

（二）三聚氰胺甲醛树脂（MF）

三聚氰胺甲醛树脂（Melamine Formaldehyde Resin，简称MF）是一种酸性熟化树脂，由三聚氰胺与甲醛缩聚而成，是一种广泛使用和有效的湿强剂、黏结剂。用于证券纸、海图纸、照相原纸、水磨砂纸原纸等。其分子结构式如图2-33所示。

商品阳离子MF以冲稀的水溶液、浓缩液和干粉形式供应。使用时先将其溶解于1%～2%的盐酸溶液中，制成浓度为12%的酸性胶液。胶液在加入到纸浆之前，应放置12～24h，使其成熟变成胶体状态，成熟的树脂其增强作用比未存放的有很大的提高，但也不能放置太久，超过78h后则失去增强作用。

图2-33 三聚氰胺甲醛树脂的分子结构

阳离子MF只用于浆内增强，不用于纸面处理，使用量随纸张湿强要求不同而有所区别，一般用量为1%～3%。三聚氰胺树脂的用量在6%以内时，其留着率随用量的增加几乎成直线上升。但用量高于6%时，留着率增长速度减慢。当树脂加入量超过10%后，成纸中树脂含量不再增加。

加树脂以前纸料的pH控制在5～5.5，施加树脂以后，pH控制在4～5为宜，pH的高低会影响到树脂的留着率。经烘缸加热后，纸中的树脂会迅速聚合成链状的高分子聚合体，树脂的聚合与干燥温度有关，抄纸机最后一组烘缸的温度不应低于100℃，纸张抄成后最好贮存12h，使树脂充分成熟。如纸料的pH太高，树脂的留着率低，纸中树脂的聚合作用缓慢，虽经烘缸干燥，纸页中的树脂也难以成熟，将会影响成纸的湿强度。

MF热固化效率较高，能取得永久性的湿强度，增湿效果较好，但使用前需先用盐酸溶解与老化，操作比较繁琐，有甲醛析出对环境有一定的污染。

（三）聚酰胺环氧氯丙烷树脂（PAE）

聚酰胺环氧氯丙烷树脂（PAE），又称聚酰胺聚胺环氧氯丙烷树脂或聚酰胺聚胺表氯醇树脂（PPE），是一种非甲醛类聚合物，是水溶性、阳离子型、热固性树脂，无毒无味，对环境无污染，pH适用范围较广。PAE不仅可以在中碱性条件下施加使用，而且本身带有阳电荷，能很好地与纤维结合，在取得湿强度的同时，又不会丧失纸张的柔软性和吸收性，多用于要求有一定湿强度的生活用纸如餐巾纸、尿布纸和妇女卫生用纸等，也可用于液体包装纸、箱用包装纸、纸袋纸、照相原纸等要求有一定湿强度的纸张。PAE的分子结构式见图2-34。

图2-34 PAE的分子结构式

PAE通常以质量分数为10%～20%的水溶液形式供应，在贮存中可能会发生交联导致溶液的黏度增加、树脂溶解性和效力下降。为了防止发生此问题，树脂生产的最后阶段多将产品的pH调至3～4。产品的贮存期一般为3个月（20℃），贮存时间越长，温度越高，产品效力逐渐下降。对树脂产品的保存和输送必须采用耐酸管线、泵和贮罐。

PAE可在pH4～10的范围内使用，但是在pH6～8时最有效。一般PAE对白度没有影响或影响很小。

PAE多进行浆内施加，加入地点在打浆之后，添加之前应先用质量分数为10%的NaOH溶液中和，并适当加以稀释，控制树脂溶液的pH为6～8，由于PAE为阳离子型，添加到浆料中后会很快被纤维吸附，因此应特别注意搅拌均匀，且施加后即可上网抄纸。PAE的用量一般为0.05%～1.0%，必须将PAE的加入点与阴离子助剂的加入点分开。

理论上用于擦手纸可达35%～40%湿强度，一般20%～30%满足要求，过高增加成本，影响吸水性。PAE湿强效果好，国内纸厂普遍使用。但固化后不易降解，损纸回用困难，而且PAE中有机氯含量高，不利于环保，所以人们试图开发它的替代品。

（四）聚丙烯酰胺—乙二醛树脂（PAMG）

随着生活水平的提高，日常生活中大量使用卫生纸、餐巾纸、面巾纸等各种类型的生活用纸。这些纸张既要求有一定的湿强度，又要求能够在水中降解。聚丙烯酰胺—乙二醛树脂（PAMG）用作造纸湿强剂，在保持湿强效果的同时损纸易回收，且具有生产成本较低、不含有机氯（AOX）等优点，对于湿强要求不高的生活用纸优势明显，对于湿强要求较高的纸种，该产品与PAE配合使用可取得比单独使用PAE更好的效果，应用前景广阔。PAMG的分子结构式见图2-35。

图2-35 PAMG的分子结构式

PAMG可与纤维素发生化学反应，生成缩醛结构产物，包覆成纸中的纤维素分子间的氢键结合领域，增强成纸强度。与水较长时间接触后，该缩醛结构又会与水作用、分解，从而失去了增湿强效果，所以PAMG只能获得暂时性增湿强效果。湿强效果好，损纸易回用，不含有机氯，熟化时间短，稳定性好，用于湿强度要求不高的生活用纸（如擦手纸）优势明显。

常用湿强剂：甲醛树脂和聚酰胺环氧氯丙烷树脂

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