造纸湿部化学 第八章 施胶剂与施胶化学R.doc

第八章 施胶剂与施胶化学纸张中纤维与纤维之间存在大量的毛细孔，而且构成纤维的纤维素和半纤维素含有亲水的羟基，能吸收水或其他液体。用仅由纤维抄成的纸张书写或印刷时，墨水或油墨会过度渗透、扩散，造成字迹不清或透印；另外纸张吸水后强度下降，会影响纸张的正常使用。 为使纸张具有一定的抗液性能（主要是水）以满足应用要求，需要在纸中加入一些具有抗液性能的胶体物质或成膜物质，以防止或降低液体对纸张的渗透和铺展，这类物质称之为造纸施胶剂。施胶的方法主要分为浆内施胶和表面施胶，前者是施胶的主要方法，是将施胶剂加到造纸浆料中，在系统的湿部采用合适的方法使其保留并在纸页成型过程中达到与纤维的结合；而后者是指施胶剂施加到纸的表面上，使施胶剂与纸体粘合并在纸页表面附着一层近乎连续的薄膜，取得憎液性能或其它性能。两种过程的结果都能降低对液体纸的润湿性能，表面施胶还可降低纸页表面的空隙。有时为了保证纸张的抗水性和提高纸张的质量，两种施胶方法会同时使用。 施胶剂的种类很多，用于浆内施胶的主要有：松香胶、强化松香胶、分散松香胶、石油树脂胶、石蜡胶和合成胶等。用于表面施胶的主要有：氧化淀粉、醋酸酯淀粉、磷酸酯淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、动物胶、合成树脂等。实验和经验表明，一种好的施胶剂必须满足以下要求：（1）施胶剂分子必须具有亲水和疏水基团，前者用于与纤维结合，后者在纤维表面形成疏水层；（2）用于浆内施胶时，能被纤维表面吸附并能在纤维中有比较高的留着率，有时可借助阳离子助留剂来提高留着率；（3）施胶剂粒子在纤维表面能均匀分布，这可通过调整胶料浓度、添加点和浆浓度等实现；（4）施胶剂粒子具有定向的能力，疏水基团紧密排列在纤维表面；（5）与纤维有较强的结合力，定向胶粒分子必须锚定在纤维表面；（6）对渗透物质表现出优异的化学惰性；（7）对造纸过程和纸张性能没有不利影响。 随着造纸工业的不断发展，纸张浆内施胶剂的发展经历了不同的发展阶段。从世界范围来看，施胶剂经历了如下发展历程：1807年出现了天然松香皂施胶剂， 1955年强化松香胶投入使用，1956年开发了AKD反应型施胶剂，1968年则出现了ASA树脂型反应型施胶剂，1971年起阴离子高分散松香施胶剂得到应用，之后在1984年出现了阳离子高分散松香胶，期间合成胶、石蜡胶等都得到了发展。我国浆内施胶的主要发展历程为：1975年以前，主要使用传统的天然松香皂化胶；1980年到1990年，强化松香胶和天然松香皂化胶并存；1990年至今，阴离子分散松香胶得到广泛应用，造纸企业开始使用AKD，一些高等院校和科研院所积极研究开发适于中碱性条件施胶的胶料，如阳离子分散松香胶及其他类型的施胶剂。 浆内施胶的优点是可使纸张具有整体防水性。在现代造纸工业中，通过浆内施胶可达到控制纸的最终使用性能的目的，同时施胶亦极大地影响着填料及添加剂在纸页上的吸附量，这在现代造纸中显得尤为重要。 值得注意的是，为了提高纸张的贮存性能和纸张质量、改善纸张生产过程以及减轻环境污染，世界各国纷纷将酸性施胶改为中性或碱性施胶。8.1 施胶纸张的分类和施胶度的测定8.1.1纸张的施胶 渗透速度可用Washburn方程来表示：式中dL/ dt为渗透速率，m/s； γ的比表面自由能（即表面张力），N/ m η为液体粘度，Pa.s；r毛细管半径，m；L浸透深度，m；浸透时间，s；θ液固两相间的接触角。 在纸种和流体已定的情况下，液、固两相间的接触角θ浸透速率下面四种湿润情况： θ＝0，cosθ＝1， 理想润湿，浸透性极强 θ＜900，1＞cosθ＞0 易润湿和扩散，浸透性减弱 θ＝90，cosθ＝0， 有限润湿和扩散，无浸透趋势 θ＞900，cosθ＜0 润湿和扩散极微，无浸透趋势，有收缩现象 液固两相间的接触角的大小，取决于气、固、液三者比表面自由能的大小，即三相间的界面张力作用的结果可用Young’s 方程表示： γsg = γgl+γlg+cosθ式中：γsg固、气两相间的比表面自由能；γsl固、液两相间的比表面自由能；γlg气、液两相间的比表面自由能；θ液、固两相相间的接触角。 为了提高纸页的抗液性能，可用比表面自由能较低的物质（施胶剂）均匀分布在纤维表面，降低气、固的综合比表面自由能γsg′，气、固的综合比表面自由能 γsg′ = A1γsg＋A2γs2g式中γsg′为施胶后纸页综合比表面自由能；γsg纤维的比表面自由能；γs2g胶料沉淀物的比表面自由能；A1施胶后未被胶料覆盖的纤维表面百分数；A2施胶后被胶料覆盖的纤维表面百分数。 综合上述情况，好的施胶效果取决于：①选用比表面自由能较低的施胶剂，以液滴与纸面有较大的接触角，增强纸页抗拒流体的润湿和渗透性能；②胶料沉淀物应高度分散成细小微粒，并均匀附着在纤维表面，以增大胶料