PAE樹脂工藝改進及其在壁紙原紙中的應用

儲蒙蒙，薛國新，周建恩

（1.浙江理工大學，浙江杭州 310018；2.浙江龍游富田造紙精華有限公司，浙江衢州 324400）

參考文獻：

PAE樹脂工藝改進及其在壁紙原紙中的應用

儲蒙蒙1，薛國新1，周建恩2

（1.浙江理工大學，浙江杭州 310018；2.浙江龍游富田造紙精華有限公司，浙江衢州 324400）

該文對浙江龍游富田造紙精華有限公司聚酰胺多胺環氧氯丙烷（PAE）樹脂的生產情況進行了跟蹤，研究合成PAE樹脂適宜的改進工藝，以期提高PAE樹脂增強效果；并通過在壁紙原紙上生產性試驗發現，工藝改進后合成的PAE樹脂應用效果得到提高。

聚酰胺多胺環氧氯丙烷樹脂；工藝改進；生產性試驗；壁紙原紙

一般未經增強處理的紙張在被水浸透后，強度只能保留原始強度的2%～10%。在造紙過程中添加濕強劑，使得成紙在被水浸透后仍有滿足使用要求的強度，這種成紙稱為濕強紙。聚酰胺多胺環氧氯丙烷（PAE）樹脂是一種水溶性、陽離子型、熱固性樹脂，最初由美國赫克力士公司推出，20世紀60年代被應用于造紙工業，如今，PAE樹脂已經成為應用最為廣泛的濕強劑[1]25。PAE樹脂作為濕強劑優點明顯：可在較寬pH范圍使用，具有強陽離子性及高相對分子質量等[2]。

壁紙原紙是定量一般在80～120 g/m2的卷筒紙，具有一定的抗張強度、濕強度及伸縮率等性能[3]。壁紙原紙性能好壞直接影響壁紙的后期加工和使用。在使用過程中，壁紙的強度差不多完全依賴壁紙原紙的強度，所以干、濕強度也是壁紙原紙重要的性能指標[4]。浙江龍游富田造紙精華有限公司生產的PAE樹脂應用于壁紙原紙，提供了壁紙原紙所需的抗張強度和濕強度。

本文對浙江龍游富田造紙精華有限公司的PAE樹脂的生產工藝進行跟蹤，尋找合成PAE樹脂適宜的改進工藝，期望達到提高PAE樹脂增強效果的目的，并通過在壁紙原紙上的生產性試驗，對比工藝改進前、后合成的PAE樹脂應用效果，發現延長聚酰胺多胺預聚物合成保溫時間可操作性較強，在其他條件不變的情況下，通過增加預聚物合成保溫時間，以期達到提高PAE樹脂應用效果的目的[5]53。

1 作用機理

纖維本身帶有親水基團，在被水潤脹后纖維間結合力變弱，紙頁強度隨之降低。Dunlop-Jones N認為當紙張在被水浸透后為了保留部分初始強度，一般有以下4種方法：加強原有的纖維結合；保護已有的纖維間結合；形成具有疏水性的新鍵；形成一個對纖維物理包覆的網狀結構[6]。

PAE樹脂添加到紙機上與纖維接觸，所帶正電荷與帶負電荷的纖維相互吸引，同時樹脂上的羥基與纖維上的羥基發生氫鍵作用，PAE樹脂被吸附在纖維表面，在經過干燥部后，二者之間發生化學反應結合成鍵，在纖維表面交織形成不易被水破壞的網狀結構，使紙具有濕強度[7]2。當成紙再次被水或其他液體浸透時，由于網狀結構作用，PAE樹脂定著在纖維之間阻止水分子滲入纖維的孔隙中，避免出現纖維因吸水潤脹而導致纖維結合的破環，從而使紙張具有了一定的濕強度[8]。

2 試驗部分

2.1 試驗原料

PAE樹脂合成所需主要原料和主要檢測儀器分別如表1和表2所示。

表1 主要原料

表2 主要檢測儀器

2.2 制備工藝

PAE樹脂的制備方法是通過二元酸和三元胺的縮聚反應生成聚酰胺多胺預聚物，然后用環氧氯丙烷對預聚物進行體型交聯處理。在實際工業生產過程中，二元酸一般使用己二酸，三元胺一般使用二乙烯三胺[1]26。

（1）合成聚酰胺多胺預聚物：向反應釜投入已二酸和一定量的水，開啟攪拌，再緩慢加入二乙烯三胺，開啟低速攪拌，注意溫度變化（當反應釜內溫度達到120℃時，回收小分子水），升溫到165℃后保溫反應10 h左右，反應趨于完成，將反應釜內溫度降到160℃以下時，緩慢加入一定量的自來水冷卻，攪拌均勻，得到預聚物。

（2）合成PAE樹脂：將預聚物投入反應釜中，開啟攪拌，緩慢滴加環氧氯丙烷，滴加時間控制在25～35 min，滴加完成后，控制反應釜內溫度在60～65℃保溫反應約2 h，取樣并檢測其黏度，當黏度達標時，加水并開啟循環泵。當反應釜內溫度降到40℃以下，將稀硫酸溶液加入反應釜，終止反應并調節pH，攪拌均勻，得到PAE樹脂。

2.3 試驗方法

在一定程度上PAE樹脂的黏度越高，增強效果越好。其中，預聚物的黏度主要影響抗張強度，而PAE樹脂的黏度主要影響濕強度[5]53。PAE樹脂的主鏈是由預聚物的分子鏈長度決定的，因此預聚物的黏度對PAE樹脂的性能具有顯著影響。為了提高PAE樹脂的增強效果，根據查閱的文獻總結，通過延長預聚物的合成保溫時間可操作性較強。

第1步：通過延長保溫時間合成預聚物，再進一步合成PAE樹脂，并跟蹤分析確定最適宜的工藝改進方式。

第2步：跟蹤工藝改進前、后合成的PAE樹脂在壁紙原紙上的應用，驗證工藝改進對PAE樹脂應用效果。

2.4 性能測試

固含量，參照《PAE樹脂技術指標的測定》（QB/ FT PAE—2014）檢測，在溫度105℃下干燥4 h。黏度，采用 NDJ-5S型旋轉黏度計檢測。pH，采用PHS-25型Model pH計檢測。抗張強度，參照《紙和紙板抗張強度的測定》（GB/T 12914—2008）檢測。

3 結果與討論

3.1 PAE樹脂制備工藝改進

在其他條件不變的情況下，通過延長保溫時間提高預聚物黏度，而預聚物黏度提高也會促進PAE樹脂黏度的提高。

3.1.1 保溫時間對預聚物黏度的影響

跟蹤檢測保溫時間在10～14 h之間合成的預聚物，以保溫時間為橫坐標，預聚物黏度為縱坐標作圖，研究保溫時間對預聚物黏度的影響，結果見圖1。

由圖1可見，預聚物的黏度隨著保溫時間的延長而上升，這表明預聚物的黏度與保溫時間有正相關性。當保溫時間達到14 h時，預聚物的黏度達到201.0 mPa·s。這表明延長保溫時間的方法可以提高預聚物的黏度。這主要是因為預聚物的合成是縮聚反應，相對分子質量會隨著反應時間逐漸增大，黏度也就越高。

圖1 保溫時間對預聚物黏度的影響

3.1.2 預聚物黏度對PAE樹脂黏度的影響

PAE樹脂的主鏈長由預聚物的分子鏈長決定的，因此預聚物的黏度對PAE樹脂的黏度有顯著的影響，跟蹤檢測不同黏度預聚物合成的PAE樹脂的黏度并分析。以預聚物黏度為橫坐標，PAE樹脂黏度為縱坐標作圖，研究預聚物黏度對PAE樹脂黏度的影響，結果見圖2。

由圖2可見，PAE樹脂黏度隨著預聚物的黏度上升而逐漸增加。當預聚物黏度為201.0 mPa·s時，合成的PAE樹脂的黏度為39.7 mPa·s。這表明PAE樹脂黏度與預聚物的黏度也有正相關性。

綜合圖1和圖2分析，通過延長保溫時間改進工藝，提高了PAE樹脂的黏度。但是，預聚物黏度過大，會造成后一步PAE樹脂合成黏度上升速度過快，交聯反應程度不夠，且容易出現凝膠現象，導致產品的報廢[9]。通過分析總結，并結合浙江龍游富田造紙精華有限公司的設備條件，在實際生產中將保溫時間控制在14 h。

圖2 預聚物黏度對PAE樹脂黏度的影響

3.2 PAE樹脂在壁紙原紙上的應用

為研究工藝改進后合成PAE樹脂的應用效果，通過與其他廠家PAE樹脂在浙江龍游富田造紙精華有限公司壁紙原紙上的應用試驗對比，分析其應用效果。該企業生產壁紙原紙時采用AKD作為漿內施膠劑，而PAE樹脂帶有一定量的陽電荷，對帶負電荷的填料、施膠劑膠料和細小纖維等有強烈的吸附能力[7]2，是一種較好的施膠沉淀劑和固著劑，故PAE樹脂是一種適用于該企業生產壁紙原紙的濕強劑[10]。

（1）試驗紙種：定量分別為80、90和100 g/m2的壁紙原紙。

（2）試驗方法：在其他工藝條件相同的情況下，比較其他公司生產的PAE樹脂（以下簡稱“其他公司”）以及浙江龍游富田造紙精華有限公司工藝改進前、后生產的PAE樹脂（以下分別簡稱“工藝改進前”和“工藝改進后”）的增強效果。其中，“工藝改進前”保溫時間為10 h，“工藝改進后”保溫時間為14 h。應用前對上述3種PAE樹脂的技術指標進行檢測，其技術指標如表3所示。

表3 PAE樹脂技術指標

（3）試驗結果：鑒于本次試驗的紙機生產的壁紙原紙都是其客戶的訂單合同，都嚴格規定了成紙的物理指標，其中PAE樹脂的添加量未能做出調整，而是固定在20 kg/t（紙）。壁紙原紙使用方向為縱向，故主要檢測的是縱向的強度，試驗檢測結果見表4。

表4 不同PAE樹脂對壁紙原紙強度的影響 kN/m

由表4可見，浙江龍游富田造紙精華有限公司工藝改進前的PAE樹脂應用在壁紙原紙上的抗張強度和濕強度都低于其他公司產品，而工藝改進后合成的PAE樹脂增強效果得到提高，略好于其他公司合成的PAE樹脂。

通過工藝改進達到了改善PAE樹脂應用效果的目的，提高了PAE樹脂的市場競爭力。

4 總結

由實驗發現，通過延長合成預聚物的保溫時間達到了提高PAE樹脂增強效果的目的。這主要是因為PAE樹脂的主鏈長度是由聚酰胺多胺預聚物的分子鏈長度決定的，因此，預聚物的黏度對PAE樹脂的性能具有顯著的影響[11]，故預聚物黏度的上升對于應用PAE樹脂后成紙的抗張強度和濕強度都有一定程度的提高。

從PAE樹脂的生產性試驗來看，取得了比較好的效果，但其他方面的試驗由于沒有開展小試研究而無法進一步比較，只能通過與其他廠家PAE樹脂以及工藝改進前合成的PAE樹脂就其應用后成紙的抗張強度進行橫向比較，驗證了工藝改進的效果，也提高了產品的市場競爭力。

參考文獻：

［1］ 王治艷.常用造紙濕強劑的作用機理及研究現狀［J］.黑龍江造紙，2009，37（1）.

［2］ 黃六蓮.PAE濕強劑的研制［J］.江蘇造紙，2008（3）：32-35.

［3］ 李芬，陳港.壁紙的生產工藝特性及應用［J］.上海造紙，2008，39（1）：42-43.

［4］ 陳繼偉.壁紙原紙的研制［J］.造紙科學與技術，2003，22（6）：90-92.

［5］ 胡娜，王志杰，王建.聚酰胺環氧氯丙烷樹脂品質控制研究［J］.紙和造紙，2014，33（9）.

［6］ Dunlop-Jones N.Wet strength chemistry paper［M］.New York：Chap-man and Hall，1991：76-96.

［7］ 何裔鑫，薛國新，陳金龍，等.造紙濕強劑PAE的改性研究進展［J］.造紙化學品，2011，23（5）.

［8］ 楊子實，周澤.常用的造紙濕強劑作用及現狀分析［J］.湖北造紙，2014（1）：27-29.

［9］ 許洪正，趙傳山，秦培云.探討濕強劑PAE的合成與應用效果的影響因素［J］.湖南造紙，2006，13（1）：16-18.

［10］ 孫振海，宋曉明，陳夫山.PAE濕強樹脂的合成及增強效果的研究［J］.造紙科學與技術，2015，34（2）：60-63.

［11］ 隋艷霞.濕強劑在造紙工業中的應用與發展［J］.天津造紙，2014，36（4）：19.

Process Improvement of PAE Resin and It’s Application in Base Paper of Wallpaper

CHU Meng-meng1，XUE Guo-xin1，ZHOU Jian-en2
（1.Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310018，China；2.Zhejiang Longyou Futian Paper Chemical Co.，Ltd.，Quzhou 324400，China）

In this paper，the production of PAE resin in Zhejiang Longyou Futian chemical Paper Co.，Ltd.was tracked，and the appropriateprocess improvement of PAE resin was studied in order to enhance the effect of PAE resin.Through the production test on the base paper of wallpaper，it was found that the application effect of PAE resin synthesized after the process improvement was improved.

polyamideepichlorohydrin（PAE）resin；processimprovement；productiontest；thebasepaperofwallpaper

TS761.6

A

1007-2225（2017）01-0010-04

儲蒙蒙女士（1990-），在讀研究生；研究方向：制漿造紙工程。

薛國新先生，農學博士（日本東京大學授予），教授 （江蘇省評聘），博士生導師（南京林業大學評聘、浙江理工大學評聘），浙江理工大學材紡學院制漿造紙研究所所長，制漿造紙工程學科帶頭人，輕工技術與工程學科帶頭人，輕工科學與工程實驗教學中心主任；長期從事制漿造紙科學與工程領域的教學、科研工作；E-mail：guoxin@zstu.edu.cn.

2017-02-08（修回）

本文文獻格式：儲蒙蒙，薛國新，周建恩．PAE樹脂工藝改進及其在壁紙原紙中的應用[J]．造紙化學品，2017，29（1）∶10-13．