聚乙烯醇17-99作為表面施膠劑在薄型印刷紙中的應(yīng)用

馬 強(qiáng)，曹天才，羅凱文

（牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司，黑龍江牡丹江 157013）

聚乙烯醇17-99又稱施膠樹脂（sizing resin），簡(jiǎn)稱PVA 17-99，為白色或微黃色粉末或絮狀物固體，玻璃化溫度為85℃，皂化值為3～12 mg KOH/g。溶于90～95℃熱水，幾乎不溶于冷水；其質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%的水溶液在室溫下就會(huì)凝膠成凍，高溫下會(huì)恢復(fù)流動(dòng)性；加熱至100℃以上逐漸變色，150℃以上時(shí)很快變色，200℃以上時(shí)將分解。聚乙烯醇17-99耐光性好，不受光照的影響，具有長(zhǎng)鏈多元醇的酯化、醚化、縮醛化等化學(xué)反應(yīng)性，通明火會(huì)燃燒，有特殊氣味，無毒，對(duì)人體皮膚無刺激性。由于其分子鏈上含有大量羥基，因而它具有良好的水溶性，同時(shí)還具有良好的成膜性、黏結(jié)力和乳化性，有卓越的耐油脂和耐溶劑性能[1]，因此聚乙烯醇17-99在國(guó)外造紙行業(yè)中作為表面施膠劑得到了廣泛的應(yīng)用。

本文研究了聚乙烯醇17-99作為表面施膠劑在薄型印刷紙產(chǎn)品中的應(yīng)用，在同等條件下，將涂布聚乙烯醇17-99施膠液與涂布氧化淀粉施膠液進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證其在造紙涂布中對(duì)成紙指標(biāo)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)室小試

1.1 設(shè)計(jì)方案

在實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)選取的定量為32 g/m2未涂布原紙正面進(jìn)行涂布質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的氧化淀粉施膠液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的聚乙烯醇17-99施膠液，并檢測(cè)它們成紙的動(dòng)態(tài)接觸角、表面強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度等指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)室小試中所有分析項(xiàng)目的檢測(cè)方法均采用相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。

1.2 試驗(yàn)儀器

HH-2型恒溫水浴鍋，B11-3型恒溫磁力攪拌器，K303半自動(dòng)刮棒式涂布器，L-3D鼓式干燥器。

1.3 施膠液的制備

淀粉糊化:將6 g淀粉放入反應(yīng)器中，加入94 g水，升溫至95℃，緩慢攪拌40 min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉糊化液，降溫至60℃后恒溫備用。

聚乙烯醇17-99溶解:將6 g聚乙烯醇17-99放入反應(yīng)器中，加入94 g水，在室溫下浸泡1 h，使其完全膨脹，后放入水浴鍋中升溫至95℃，緩慢攪拌40 min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的聚乙烯醇17-99溶液[2]。降溫至60℃后恒溫備用。

1.4 涂布試驗(yàn)

采用手工涂布的方式對(duì)定量為32 g/m2的未涂布原紙正面進(jìn)行表面涂布（表1為定量為32 g/m2的未涂布原紙主要參數(shù)），將涂布后的紙張放在溫度為105℃的鼓式干燥器中干燥1～2 min，每種施膠液涂布20張（圖1和圖2分別為定量32 g/m2未涂布原紙正、反面纖維狀態(tài)掃描電鏡照片）。檢測(cè)成紙中動(dòng)態(tài)接觸角、表面強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度等指標(biāo)。檢測(cè)同一物理指標(biāo)時(shí)，進(jìn)行平行樣檢測(cè)，以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性（表2為涂布后的成紙基本性能檢測(cè)數(shù)據(jù)）。

1.5 小結(jié)

（1）從涂布面表面強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，涂布質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%聚乙烯醇17-99施膠液明顯優(yōu)于涂布質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的氧化淀粉施膠液。說明涂布聚乙烯醇17-99可以大幅度提高紙張表面纖維、填料之間的結(jié)合強(qiáng)度，既可以預(yù)防紙頁掉粉等情況，又可以改善在印刷油墨過程中，因紙頁表面強(qiáng)度低，被油墨拉下的纖維、填料臟污印版的狀況。

（2）從縱向抗張強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，涂布質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的聚乙烯醇17-99施膠液優(yōu)于涂布質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的氧化淀粉施膠液?？v向抗張強(qiáng)度的提高，可以避免在印刷油墨過程中造成的斷紙等情況。

表1 定量為32 g/m2的未涂布原紙主要參數(shù)

圖1 定量為32 g/m2未涂布原紙正面纖維狀態(tài)掃描電鏡照片（×100倍）

圖2 定量為32 g/m2未涂布原紙反面纖維狀態(tài)掃描電鏡照片（×100倍）

表2 實(shí)驗(yàn)室涂布后的成紙基本性能的檢測(cè)

（3）從吸收性能方面，涂布質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%聚乙烯醇17-99施膠液的吸水性明顯降低，抗水性提高，對(duì)印刷過程中油墨的流平有益。不過，對(duì)油墨印刷效果的影響因素較多，例如:油墨的黏度、流平、滲透和印刷機(jī)的車速等。所以，并不能單從吸收性能方面即判斷表涂聚乙烯醇17-99對(duì)印刷效果有影響。

2 機(jī)臺(tái)中試

通過在實(shí)驗(yàn)室使用聚乙烯醇17-99施膠液與氧化淀粉施膠液在同條件下進(jìn)行涂布對(duì)比，聚乙烯醇在提高縱向抗張強(qiáng)度、表面強(qiáng)度等方面均有明顯優(yōu)勢(shì)。為準(zhǔn)確對(duì)比2種表面涂布施膠劑的作用，需要在機(jī)臺(tái)進(jìn)行中試試驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室小試的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

機(jī)臺(tái)中試的所有分析項(xiàng)目的檢測(cè)方法均采用相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。

2.1 試驗(yàn)

試驗(yàn)僅對(duì)2種不同的表面涂布施膠劑在相同條件下涂布后成紙的縱向抗張強(qiáng)度、表面強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。采用連續(xù)配漿方式，通過調(diào)整漿內(nèi)施膠劑的流量來控制成紙的正面可勃值（60 s），真空系統(tǒng)及干燥過程根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，其他助劑及紙機(jī)各部參數(shù)保持不變。首先涂布質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%聚乙烯醇17-99施膠液，成紙定量設(shè)定為35 g/m2，正面可勃值（60 s）控制在（26.0±2.0）g/m2，紙機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后取樣進(jìn)行檢測(cè)；然后更換涂布質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%氧化淀粉施膠液，操作同上，為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%氧化淀粉施膠液前，對(duì)表面施膠劑罐體進(jìn)行了清水洗刷，并且待紙機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行1 h后，取樣進(jìn)行檢測(cè)。中試過程的檢測(cè)設(shè)備、人員、環(huán)境完全相同。

表3、圖3、表4、圖4和表5分別顯示了漿料主要參數(shù)、混合漿纖維形態(tài)掃描電鏡照片、混合漿纖維分析數(shù)據(jù)、纖維勻整度和涂布后成紙基本性能的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

表3 漿料主要參數(shù)

表4 混合漿纖維分析數(shù)據(jù)

圖3 混合漿纖維形態(tài)掃描電鏡照片（×100倍）

圖4 纖維勻整度

表5 中試涂布后成紙基本性能的檢測(cè)

2.2 小結(jié)

由表5分析，涂布聚乙烯醇17-99施膠液的成紙縱向抗張強(qiáng)度、表面強(qiáng)度指標(biāo)均優(yōu)于涂布氧化淀粉施膠液的成紙，與實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果相同。

3 結(jié)論

薄型印刷紙?jiān)谟∷⑦^程中，因其紙頁表面強(qiáng)度低導(dǎo)致油墨的分離力大于紙面粒子間的結(jié)合力，紙面產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，被油墨拉下的紙面纖維、填料或涂料堆積在印版表面，臟污印版，印刷操作人員必須及時(shí)進(jìn)行擦洗，這將極大地降低印刷機(jī)的生產(chǎn)效率，并對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量也造成隱患；再者，薄型印刷紙因定量較低，故而縱向抗張強(qiáng)度低于普通印刷紙。在印刷機(jī)生產(chǎn)過程中，斷紙接頭的過程將會(huì)影響印刷機(jī)的生產(chǎn)效率。

而薄型印刷紙涂布聚乙烯醇17-99后，其縱向抗張強(qiáng)度及表面強(qiáng)度指標(biāo)均有明顯的提高，這將解決其在印刷過程中存在的上述問題。