探析提高紙張強(qiáng)度的兩種有效方法

魏風(fēng)軍 孫珂辛 燕靜茹

現(xiàn)代包裝工業(yè)中針對(duì)造紙，需要經(jīng)歷制漿、抄紙、涂布、加工4個(gè)重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，由于人們對(duì)于更高生活水平的追求，包裝的外延價(jià)值被凸顯出來(lái)，基于此，在紙包裝領(lǐng)域，諸多產(chǎn)品的包裝防護(hù)對(duì)于紙張的強(qiáng)度要求相比以往有了很大的提升。基于實(shí)際包裝的需求，往往需要紙張具有更高的強(qiáng)度，以保證紙張?jiān)诔袚?dān)包裝防護(hù)作用時(shí)有更好的表現(xiàn)，如使用時(shí)間延長(zhǎng)，具有更強(qiáng)的耐磨和耐撕裂的能力等。尤其在一些特殊紙包裝制品上甚至需要紙張能夠具有防偽功能，其紙張的耐折度、耐磨度、撕裂度、剛度都必須優(yōu)于普通紙張?；诖?，紙張強(qiáng)度對(duì)于保障產(chǎn)品包裝需求有著極大的意義，因此需要多個(gè)渠道來(lái)優(yōu)化紙張強(qiáng)度，提升紙張綜合性能。本文從兩個(gè)方面出發(fā)探析提高紙張強(qiáng)度的方法，希望對(duì)紙包裝行業(yè)有所裨益。

通過(guò)添加輔助漿料的混合填充漿料來(lái)提高紙張強(qiáng)度

干增強(qiáng)劑和濕增強(qiáng)劑共同組成紙張?jiān)鰪?qiáng)劑，干增強(qiáng)劑主要成分為淀粉衍生物、植物膠、合成干強(qiáng)劑等。常見(jiàn)的紙張強(qiáng)度影響因素中，一種機(jī)理認(rèn)為纖維間的結(jié)合力是影響紙張強(qiáng)度的重要因素，還有一種機(jī)理認(rèn)為干增強(qiáng)劑是一種高效的分散劑，能夠使纖維排列更加規(guī)律，結(jié)合更加緊密，從而增強(qiáng)了纖維之間的結(jié)合力，使紙張具有更高的干強(qiáng)度。如現(xiàn)在利用較為普遍的陽(yáng)離子淀粉，其為淀粉與胺的化合物反應(yīng)生成的含有胺基和銨基的醚衍生物，其帶正電。在紙漿加入陽(yáng)離子淀粉的作用是，帶正電的陽(yáng)離子可以吸附帶負(fù)電的纖維和填料，并且該吸附不可逆。因此適當(dāng)?shù)丶尤腙?yáng)離子淀粉增強(qiáng)劑可以使纖維及填料排列均勻緊密，能夠大幅度提高紙張強(qiáng)度。

廣西金桂漿紙業(yè)有限公司申請(qǐng)的專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)為201810020737.8）中，將原材漿料制備60～96重量份;并在原材漿料里添加淀粉0.8～1.3重量份;在原材漿料里再添加3～38重量份的填充漿料與輔助漿料的混合物;在原材漿料中繼續(xù)添3.1×10-4～3.5×10-4重量份的保留助劑。經(jīng)由添加了輔助漿料的混合填充漿料替換原有的填充漿料，可以使得制成的紙張強(qiáng)度更大，灰分更高，而且節(jié)省纖維用量，減少成本。在該發(fā)明中發(fā)明者加入了陽(yáng)離子淀粉，陽(yáng)離子淀粉是一種增強(qiáng)劑，具有很高的留著率，如果加入到漿料中，絕大多數(shù)的淀粉會(huì)被漿料中的纖維吸附，纖維就被絮凝在一起，因此細(xì)小的纖維也能更好地留著。

混合填充漿料一般是填充漿料與輔助漿料的混合物，填充漿料為研磨碳酸鈣，輔助漿料為堿性過(guò)氧化物機(jī)械漿細(xì)小纖維。堿性過(guò)氧化物在造紙中也有廣泛的應(yīng)用，其得率高、污染負(fù)荷低、成本低、化學(xué)處理程度輕、污染小。其優(yōu)點(diǎn)為能使紙張具有較好的柔韌性，并且具有較大的緊密型，改善了抗張強(qiáng)度與撕裂強(qiáng)度;其次，紙張的可漂性也得到改善，紙張白度較高。堿性過(guò)氧化氫機(jī)械漿采取了最新發(fā)展的木片預(yù)處理工藝使制漿和漂白合二為一，不需要特定的漂白車(chē)間，降低了設(shè)備的投資。

目前，我國(guó)的造紙涂布級(jí)研磨碳酸鈣不能滿(mǎn)足需求，主要仍依賴(lài)進(jìn)口，在此發(fā)現(xiàn)中利用了造紙涂布級(jí)研磨碳酸鈣，研磨碳酸鈣在造紙中起了較大作用，它可以使得紙張的亮度更好，結(jié)構(gòu)更堅(jiān)實(shí)、利于書(shū)寫(xiě)、涂布均勻、降低摩擦度、易排濕并易干燥。世界造紙業(yè)從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始成功地由酸性工藝轉(zhuǎn)向堿性工藝，使填充料的利用發(fā)生了革命性的轉(zhuǎn)變：碳酸鈣取代木槳和其他顏料，可改良紙張的光亮度、不透性、空隙度、松密度等。堿基加工首要用于生產(chǎn)需要精細(xì)印刷和書(shū)寫(xiě)的紙張，對(duì)新聞紙等一些特殊用紙，既可以利用酸基環(huán)境生產(chǎn)，但利用碳酸鈣更優(yōu)。因此目前造紙涂料配方中碳酸鈣使用量大幅增加。

采用了陽(yáng)離子聚丙酰胺作為保留助劑，陽(yáng)離子聚丙酰胺的分子長(zhǎng)度提供了良好的吸附性能及與氫鍵結(jié)合的位置，因此纖維間的結(jié)合能夠增強(qiáng)，還具有助留助濾等多種功能。其最大特點(diǎn)是可以提高紙張的撕裂指數(shù)，增強(qiáng)紙張的強(qiáng)度，若是用做分散劑，還可以改善紙頁(yè)的均勻度。因此陽(yáng)離子聚丙烯酰胺通常用作提高各種紙張干強(qiáng)度和濕強(qiáng)度的一種助劑，在一定程度上亦能提高紙板的尺寸穩(wěn)定性和壓縮強(qiáng)度。

芬蘭凱米羅總公司申請(qǐng)的專(zhuān)利號(hào)為201480073537.9的專(zhuān)利中將陰離子聚丙烯酰胺（APAM）和高電荷陽(yáng)離子乙二醛化聚丙烯酰胺（GPAM）組合物添加到紙漿中。熟知的用于產(chǎn)生干強(qiáng)度的基準(zhǔn)是陽(yáng)離子乙二醛聚丙烯酰胺（GPAM）強(qiáng)度樹(shù)脂，其骨架上結(jié)合的小量陽(yáng)離子單體可以使紙張中的聚合物保留在紙張纖維上。若將陰離子PAM與高陽(yáng)離子乙二醛化聚丙烯酰胺組合能夠使紙張強(qiáng)度得到顯著提高。

華南理工大學(xué)樊慧明等申請(qǐng)的專(zhuān)利號(hào)為20161176990.X的專(zhuān)利中，其思維是在淀粉改性高濃度填料的過(guò)程中提高紙張強(qiáng)度，首先將淀粉在一定速度下充分糊化，然后加入脂肪酸溶液充分反應(yīng)。待反應(yīng)終止后添加攪拌均勻的名為GCC的高濃度懸浮液，待沉降反應(yīng)終止后加入氯化鈣溶液，終止后可以獲得改性后的碳酸鈣。改性后的填料可以用于加填紙張。在此過(guò)程中被溶解的淀粉含量幾乎可以忽略，且在同等強(qiáng)度條件下，使用改性后材料加填的紙張比未改性紙張強(qiáng)度提高35%以上。

上述方法都對(duì)紙張強(qiáng)度有很大的提高，總體而言，從上述方法可知，提高紙張強(qiáng)度首先可以從制漿階段入手，可以通過(guò)在紙漿中加入化學(xué)物質(zhì)來(lái)改變紙張的性能，這也提示我們可以從多個(gè)渠道來(lái)探索和發(fā)現(xiàn)能夠使紙張性能提高的其他物質(zhì)。

改善紙張表面性能來(lái)提高紙張表面強(qiáng)度

上文所述是從紙張材料本身來(lái)提高紙張強(qiáng)度，與此同時(shí)，采用紙張表面性能的優(yōu)化也可以提高紙張表面強(qiáng)度，提高紙張的強(qiáng)度不僅可以在紙漿中加入干強(qiáng)劑，同樣也可在紙張表面增加干強(qiáng)劑或是表面施膠劑使其強(qiáng)度增加。

山東華泰紙業(yè)股份有限公司申請(qǐng)的專(zhuān)利號(hào)為201410832955.3的專(zhuān)利中是利用紙機(jī)回濕箱在紙張頁(yè)面上進(jìn)行施膠，將表面的施膠劑配成濃度為12%的水混合溶液并通過(guò)計(jì)量閥加入冷凝水罐，冷凝水罐內(nèi)的溶液就變成了濃度為3%的表面施膠劑噴淋液，最后將噴淋液通過(guò)紙機(jī)回濕箱噴嘴噴到紙頁(yè)表面，就能完成對(duì)紙張表面強(qiáng)度的提高。該發(fā)明在對(duì)新聞紙的改造上有極大的用處，新聞紙一直是低質(zhì)量且成本也較低的紙張，但隨著生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)新聞紙的紙張也提出了要求，過(guò)去有過(guò)在紙漿中加入施膠劑和干強(qiáng)劑來(lái)增加紙張強(qiáng)度的方法，但對(duì)新聞紙這種要求成本低廉的紙張來(lái)說(shuō)，在紙漿中加入施膠劑和干強(qiáng)劑價(jià)格太過(guò)昂貴，并且新聞紙紙張往往較薄，這種昂貴的方式也不能起到很好的增加紙張強(qiáng)度的效果，因此發(fā)明人想出了對(duì)新聞紙進(jìn)行表面施膠的方法，目的在于最低成本的增加紙張的表面強(qiáng)度。該發(fā)明所用的表面施膠劑為淀粉，在使用時(shí)只需要將淀粉糊化，配置成溶液，把現(xiàn)有的紙機(jī)回濕箱進(jìn)行改造，就能夠把表面增強(qiáng)劑通過(guò)紙機(jī)回濕箱的噴嘴噴到紙張的表面。紙張?jiān)诟稍镏锌梢耘c表面施膠劑融為一體，也就起到了增強(qiáng)紙強(qiáng)度的效果。數(shù)據(jù)顯示，改造后紙張的表面強(qiáng)度可以提升45.83%，與此同時(shí)紙張的撕裂指數(shù)、粗糙度的指標(biāo)與改造前對(duì)比均有明顯的 ?提高。

另外，納米纖維對(duì)于紙張強(qiáng)度的提升也有一定的效果。杭州富倫生態(tài)科技有限公司申請(qǐng)的專(zhuān)利號(hào)為201711337227.5的專(zhuān)利中是將漂白的桉木漿進(jìn)行粉碎，磨漿處理得到紙漿料，將纖維素水解酶加入紙張漿料中酶解，將酶解后的維素納米纖維過(guò)濾后在高壓均質(zhì)機(jī)中對(duì)紙漿進(jìn)行均質(zhì)處理，粉碎利樂(lè)包，再經(jīng)過(guò)碎漿、分離、除砂等過(guò)程研磨成漿，烘干得到紙幅。最后用處理后的酶解纖維素納米纖維和表面施膠淀粉對(duì)紙張進(jìn)行表面涂布，再經(jīng)干燥、壓光、卷取后制得酶解纖維素納米纖維增強(qiáng)的紙張。該方法采用酶解纖維素納米纖維和施膠淀粉在紙張成形后的干燥部進(jìn)行涂布的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)紙張?jiān)鰪?qiáng)，避免了纖維素納米纖維對(duì)網(wǎng)部脫水效率的不利影響，紙張?jiān)鰪?qiáng)效果明顯，且生產(chǎn)成本低。

再者，對(duì)紙張表面施加施膠劑也能有效提升其表面強(qiáng)度。內(nèi)江師范學(xué)院申請(qǐng)的專(zhuān)利號(hào)為201810933960.1的專(zhuān)利中提出了一種用于提高紙張表面強(qiáng)度的表面施膠劑，其基材為大豆分離蛋白（SPI），并由烯基琥珀酸酐（ASA）酰化和三羥甲基三聚氰胺強(qiáng)化改性制得。其特點(diǎn)在于需要將ASA分批加入SPI溶液中，并在一定的PH值條件下進(jìn)行反應(yīng)，還可在一定條件下進(jìn)行強(qiáng)化改性。經(jīng)由以上方式可制得一種具有杰出疏水性能的施膠劑，將其涂布與紙張表面可大大提高紙張的表面強(qiáng)度和抗水性能。

牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司申請(qǐng)的專(zhuān)利號(hào)為201110058982.6的專(zhuān)利提出了一種含琥珀?；瘹ぞ厶撬徕c的淀粉表面施膠劑，可以改良紙張的表面強(qiáng)度，使紙張的抗菌性得到增強(qiáng)。其制備需經(jīng)過(guò)以下步驟：將琥珀?；瘹ぞ厶撬徕c溶于水，加入氧化淀粉，70℃～90℃高溫下糊化，保溫至30℃加入穩(wěn)定劑，調(diào)節(jié)固含量即可制得此種表面施膠劑。

結(jié)束語(yǔ)

綜合所述，當(dāng)前紙張的廣泛應(yīng)用和多領(lǐng)域需求，對(duì)紙張的性能提出了更高的要求，多種方法對(duì)于紙張強(qiáng)度的提升都是有效的。然而，越來(lái)越多的需求提示著，在紙張強(qiáng)度的研發(fā)上，還有很多的路徑和方法要走，這就需要紙包裝從業(yè)者，依據(jù)需求努力研發(fā)，相信會(huì)有更多的有效提升紙張強(qiáng)度的方法出現(xiàn)。

作者單位：河南科技大學(xué)包裝工程系

責(zé)任編輯：王蕾 wl@cprint.cn