特種紙制造新技術及新設備

袁 麟 錢學仁，* 管 菅

(1.東北林業大學生物質材料科學與技術教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱，150040;2.福伊特造紙 (中國)有限公司，江蘇昆山，215300)

特種紙一般是滿足某種特殊用途的紙，其生產規模及市場容量相對較小，但經濟附加值較高，技術門檻也較高。隨著社會經濟的發展和對特種紙的高質量需求，近年來圍繞特種紙研發的新技術、新裝備層出不窮。本文就近年來特種紙制造的新技術和新設備進行了總結介紹。

1 特種紙制造的新技術

1.1 阻燃紙制造新技術

1.1.1 基于鎂鋁水滑石原位合成技術

鎂鋁水滑石是自然界中唯一帶有正電荷的黏土類礦物，兼具了Al(OH)3和Mg(OH)2阻燃劑的優點，又克服了它們各自的不足，具有阻燃、消煙、填充3種功能。添加鎂鋁水滑石可提高紙張的不透明度，但會降低紙張的強度，這些作用與傳統填料相似。

鎂鋁水滑石具有一定的自留著性能，當用量小于15%時，鎂鋁水滑石的留著率保持在80%以上，添加用量為0.025%的陽離子聚丙烯酰胺 (CPAM)可進一步提高鎂鋁水滑石的留著率。

采用鎂鋁水滑石原位合成法制造阻燃紙，其優點是對紙張的強度性能影響較小，缺點則是制造過程相對較復雜［1-3］。

1.1.2 基于鎂鹽晶須的濕部加填技術

晶須是一種針狀單晶體，通過人工控制、以單晶形式生長的形狀類似于短纖維、而尺寸遠小于短纖維的須狀單晶體。鎂鹽晶須是高性能無機阻燃增強材料，其結構式為 MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O。鎂鹽晶須克服了Al(OH)3分解溫度低及Mg(OH)2吸熱量不高的缺點。濕部加填鎂鹽晶須制備阻燃紙在實驗室規模是可行的，當鎂鹽晶須加填量大于25%時，制備的阻燃紙的氧指數 (OI)大于25%，達到難燃級別［4］。

1.1.3 基于導電聚合物的原位沉積技術

導電聚合物聚苯胺 (其分子結構見圖1)具有價廉、熱穩定、抗氧化和可逆摻雜等諸多優點，其在二極管、電致變色、傳感器、二次電池、電磁屏蔽等方面都有廣泛應用。有研究發現［5-6］，在氧化劑存在的情況下，通過原位聚合的方法在不同的酸溶液中制備了聚苯胺導電紙，測定了不同情況下導電紙的導電性與阻燃性，并通過摻雜-脫摻雜-再摻雜過程制備導電紙，試圖說明摻雜酸在導電紙阻燃性能上所起的作用。當使用濃度為1.0 mol/L的H3PO4做單一摻雜酸時，紙樣的阻燃性最好，OI值可達到28.81%。用混合摻雜酸的效果比單一摻雜酸效果更好，其中H3PO4-H2SO4摻雜的綜合作用效果較好，當混合摻雜酸中H3PO4的質量分數為50%時，其電導率和OI值分別為5.687 S/m和28.25%。

圖1 導電聚合物聚苯胺的分子結構

Wu Xianna等人［7］通過原位聚合的方法在不同的無機摻雜酸 (HCl、H2SO4、H3PO4)中合成了聚苯胺導電紙，并研究了其阻燃性能。結果表明，導電紙的導電性與阻燃性隨聚苯胺沉積量的增加而增大。摻雜酸的種類在導電紙的阻燃性能上起重要作用，其中H3PO4與聚苯胺摻雜的導電紙呈現出最好的阻燃性能，H2SO4與聚苯胺摻雜導電紙導電性最好。通過H3PO4-H2SO4混合摻雜可以使導電紙的導電與阻燃性能得到優化，混合摻雜酸與聚苯胺基摻雜的導電紙具有良好的阻燃性。

1.2 抗菌紙制造新技術

許多抗菌劑不溶于水，只溶于有機溶劑，兩親性嵌段聚合物膠束恰好解決了這個難題，它可作為非水溶性藥物的載體，應用到抗菌紙的制造中。

2010年，通過合成PS-b-PAA(聚苯乙烯-b-聚丙烯酸)嵌段聚合物自組裝合成膠束 (見圖2)，并以其作為抗菌劑的載體，加載抗菌劑 (見圖3)。該膠束能夠根據外界環境的變化，對抗菌劑進行加載和釋放，加載后的膠束通過涂布的方式涂在紙張表面，使紙張具有抗菌性能，抗菌劑在膠束的包裹下，較好地解決了其在高溫、有氧、光照等一般抄紙條件下失效的問題，同時又不會對環境帶來污染［8-10］。

圖2 嵌段聚合物自組裝合成膠束

圖3 嵌段聚合物膠束加載抗菌劑

1.3 離型紙制造新技術

目前制造離型紙的主流技術為電子束輻射固化技術，其離型層以輻射固化樹脂和單體為主要原料，采用輥式涂布等涂布方式將涂布液涂覆于紙面上，并采用輻射源從紙基背面將其固化［11］，其原理見圖4。

采用電子束輻射固化技術生產離型紙的優點為:外觀與天然皮革相似，圖紋的保持性好，不會破壞合成革中的微孔層結構，基料有更大的選擇范圍，生產成本降低，涂層膠料較少滲透到基料內部，基料仍能保持其柔軟性。

圖4 電子束輻射固化技術

1.4 無碳復寫紙制造新技術

無碳復寫紙微膠囊的制造中，采用聚脲合成技術，與現有生產無碳復寫紙微膠囊的制造技術相比，具有新的特點，其制造原理見圖5。

圖5 采用聚脲合成技術制備無碳復寫紙微膠囊的原理

采用聚脲合成技術制備的無碳復寫紙微膠囊，有以下優點:具有較寬的微膠囊單體選擇范圍，可在不同的涂層廣泛應用，高溫穩定，可在甲醛、甲醇和戊二醛溶液中完全溶解，低殘余單體不容易泄漏，在改善粒子直徑和控制質量成本方面比傳統的三聚氰胺甲醛樹脂和明膠微膠囊更具競爭力［12］。

1.5 柔性包裝紙制造新技術

采用等離子體增強化學氣相沉積法 (PECVD技術)制造柔性包裝紙，是借助微波或射頻等使含有薄膜組成的原子氣體電離，局部形成等離子體，而等離子化學活性很強，很容易發生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜，可使化學反應在較低的溫度下進行。采用該技術制備的柔性復合包裝紙具有基本溫度低、沉積速率快、成膜質量好、針孔較少、不易龜裂等優點［13-14］，具體工作原理見圖6。

圖6 PECVD工作原理

Favia P［15］、Navarro F［16］和 Sudeep Vaswani［17］等人利用PECVD技術，將氟碳化合物沉積在紙張表面。實驗表明，該紙張具有良好的憎水、防油功能。使用此包裝紙包裝液體、油脂，既能達到使用功能，又能減少石油類產品消耗，防止白色污染。

1.6 4A分子篩填料的制備及其在過濾紙中的應用

分子篩是具有均勻微孔、其孔徑與一般分子大小相當的一類吸附劑或薄膜類物質。A型分子篩屬于立方晶系，一般孔徑為4 ?，故稱為4A分子篩［18］。主要合成方法有水熱晶化法、磁場誘導合成法、微波法、超聲波法等。

Lucio等人［19］利用超聲波法，通過優化合成了超微4A分子篩。實驗表明，該方法可制得結晶度較好的4A分子篩，合成速度是常規水熱晶華法的24倍，白度達95%，平均粒經為280 nm。

將合成的4A分子篩高嶺土或沸石粉，作為填料加入到過濾紙中，不僅能夠提高過濾紙的過濾性能，而且還具有良好的防腐殺菌作用，該過濾紙應用在飲料果汁生產中的過濾，可將果汁中的營養物質很好地保留下來，既保證了果汁鮮美口感，又保證了果汁中豐富的營養物質［20］。另外，該過濾紙還可用于啤酒生產過濾，不僅使啤酒生產減少一道工序，還可使啤酒的味道更加鮮美。

2 特種紙制造的新設備

2.1 MG型特種紙造紙機

福伊特近期推出的新設備MG型特種紙造紙機，其主要結構和原理見圖7［21］。

圖7 MG型特種紙造紙機部分結構

(1)靴式壓榨與揚克烘缸組合干式壓榨的優點:脫水效率高，不宜斷紙，大幅度提高紙張單面平滑度。

(2)幕簾接觸式涂布機的優點:涂布層可隨意調節，涂布表面光潔，較好地彌補紙張表面的缺陷。

圖8 迷你型靴壓

(3)輥式軟壓光機的優點:雙組輥式軟壓光機采用游泳輥自動中高補償技術，可使紙張雙面獲得400 s以上的平滑度，且保證紙張表面平整無壓痕。

(4)多輥超級軟壓光機的優點:多輥超級軟壓光機采用游泳輥自動中高補償技術，可使紙張雙面獲得1000 s以上的平滑度，保證紙張表面平整無壓痕。在生產過程中，由于是柔性超級壓光，生產損失同比硬性超級壓光要降低50%以上。

2.2 迷你型靴壓

2009年，美卓公司設計并推出了迷你型靴壓，其結構見圖 8［22］。

迷你型靴壓具有高線壓、柔軟寬壓區、運轉過程中無振動、紙機斷紙次數可比未采用迷你靴壓前減少50%等優點，這使壓榨濾水的流速變緩、紙張兩面吸收性能更均一，從而減輕紙幅的兩面差。壓榨部運行性能的改善，可提高濕紙幅干度，降低紙機干燥部能耗;同時壓榨部設備改造便利，無需對整條生產線進行大的改造，只需更換一對足夠小的輥子即可實現，而且還可以提高紙機車速。

3 未來特種紙技術及設備的發展前景

特種紙制造業的技術將從功能化學、濕部化學向表面化學、生物化學、復合化學、復合生物化學方向發展;特種紙的制造設備也從單一、簡單、傳統形式向多功能、高效、節能、集成化、自動化、智能化方向發展。

(1)未來特種紙主要利用納米技術、控制釋放技術、生物技術、微電子技術、特種纖維和特種填料技術，研發智能紙、藝術紙、防偽包裝紙、禮品包裝紙、裝飾薄紙、半透明紙及熱敏紙等產品。

(2)特種紙是一種高技術含量、高經濟附加值的紙基材料，它的市場容量相對普通類紙張，如印刷紙、衛生紙、包裝紙等要小很多，有的甚至全國年市場容量只有幾百噸，如電池隔膜紙。這就要求生產特種紙的設備具有更多的靈活性，調整更換便捷，如流漿箱上下唇板調節范圍更大，甚至上唇板都可落在網上，水平式網案可根據生產要求變換成傾斜式網案;功能性加工部的設備，如施膠部、壓光部等，制造成集成模塊形式，可根據生產需要更換為其他功能部，如輻射固化等，以適應特種紙功能多變的特性要求。

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