高檔美紋紙層間剝離強度的研究

左建波 李鴻凱 劉洪斌 張清文 劉 文,

(1.天津科技大學天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457；2.中國制漿造紙研究院，北京，100102；3.中國制漿造紙研究院衢州分院，浙江衢州，324000)

·層間剝離強度·

高檔美紋紙層間剝離強度的研究

左建波1,2李鴻凱3劉洪斌1張清文2劉 文2,3

(1.天津科技大學天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457；2.中國制漿造紙研究院，北京，100102；3.中國制漿造紙研究院衢州分院，浙江衢州，324000)

通過打漿處理、化學品的選擇和使用對美紋紙層間剝離強度的影響進行探討，尋找經濟可行的方法來提升美紋紙層間剝離強度。實驗結果表明，添加用量0.5%(相對于絕干漿)的環氧氯丙烷樹脂(PAE)對美紋紙的層間剝離強度有一定的促進作用；陽離子淀粉可以顯著提高美紋紙的層間剝離強度，但成紙較硬，對美紋紙的使用造成負面影響；在PAE用量0.5%的體系中，添加兩性聚丙烯酰胺(ACPAM)或羧甲基纖維素(CMC)均有利于美紋紙層間剝離強度的提升，混合添加ACPAM和CMC比分別添加ACPAM或CMC更經濟可行；適當調整打漿工藝，添加用量0.05%的ACPAM和用量0.05%的CMC，美紋紙的層間剝離強度可以提升34.8%；添加用量0.05%的ACPAM和用量0.10%的CMC，美紋紙的層間剝離強度可以提升50.6%。

美紋紙；抗張強度；層間剝離強度

(*E-mail: half_supernatural@126.com)

美紋紙經過加工后制成美紋膠帶，廣泛應用于各種工業和建筑裝修等行業的粘貼、保護、固定及包裝等。如在電子元器件、汽車等表面進行噴涂加工時，可以在不需要加工的被保護表面包覆一層美紋膠帶，使其不受侵污，并且在噴涂結束后可以輕松清除而不會殘留在被遮蔽物表面[1-3]。

美紋紙屬于高技術含量、高附加值的特種紙產品。我國美紋紙經過多年研究開發，現已實現產業化，國內美紋紙年產量達4萬t，平均售價約1.3萬元/t紙，但產品質量僅僅局限于普通級別。每年仍需要從國外進口大量高檔美紋紙，主要原因是國產高檔美紋紙的層間剝離強度較進口同類產品的低[4-5]。根據國內某特種紙企業的經驗數據以及實驗驗證結果來看，國產美紋紙層間剝離強度較國外進口高檔美紋紙的低約35%。本課題主要研究的目的是在企業現用工藝基礎上，尋求經濟可行的方法來提升高檔美紋紙層間剝離強度，力爭通過采取相應措施使生產的美紋紙層間剝離強度在原有的基礎上提升35%以上，以期為工廠實際生產提供技術支持，使國產美紋紙的層間剝離強度指標達到進口紙的水平，為企業在現有的基礎上進一步優化美紋紙質量提供依據。

表2 實驗儀器

表1 實驗原料及化學品

1 實 驗

1.1 原料

實驗所用主要原料及化學品見表1。

1.2 實驗儀器

實驗所用主要儀器設備見表2。

1.3 實驗方法

1.3.1 打漿

按GB/T 24325—2009《紙漿 實驗室打漿 瓦利(Valley)打漿機法》打漿。打漿條件如下：浸泡時間4 h；預解離30 min；杠桿臂負荷(54±1) N；打漿濃度1.57%。

將漿料打漿至一定打漿度。

1.3.2 手抄片的制備及浸漬方法

本課題分別研究了PAE、CMC、陽離子淀粉、ACPAM以及ACPAM與CMC配合使用對美紋紙層間剝離強度的影響。采用漿內添加的方式將助劑加入紙漿，各組實驗向漿內均添加用量0.1%的柔軟劑、消泡劑(每噸漿添加20 g)；PAE組實驗之外，其他各組實驗均添加用量0.5%的PAE。

使用快速凱塞紙頁成型器抄造定量為(40±2)g/m2的手抄片，將平衡24 h后的手抄片浸漬到一定濃度的浸漬液(主要成分為丁苯膠乳，用來提高美紋紙的成紙強度)中，浸漬30 s后，用表膠輥除去表面多余浸漬液，然后置于95℃缸面干燥。干燥后的手抄片上膠量應為(10±2)g/m2，經恒溫恒濕處理后，待用。

1.3.3 抗張強度的測定

抗張強度是美紋紙的重要指標之一，美紋紙的抗張強度越大，制成的美紋膠帶抗張強度越大，使用時不易發生斷裂，有利于使用后的美紋膠帶的清除。抗張強度與層間剝離強度反映的是紙張不同的強度性能，兩者之間有一定的相關性。抗張強度按國家標準GB/T24323—2009進行測定

1.3.4 層間剝離強度的測定

層間剝離強度是美紋紙的關鍵指標之一，反映的是美紋紙纖維與纖維之間的結合強度。美紋紙的層間剝離強度越大，越有利于使用后的美紋膠帶的清除。參照180°壓敏膠粘帶法(GB/T 2792—1998)[6]的方法，將抗張強度測定儀改裝后測定層間剝離強度。將試樣切成150 mm×15 mm尺寸，并將試樣用標準雙面膠帶粘在特制的尺寸為125 mm×50 mm不銹鋼板上。用特制專用單面膠帶粘在試樣上，并在一側預先剝離開25 mm，把試樣的自由端和不銹鋼板分別夾于臥式電腦拉力儀的左、右夾頭上，臥式電腦拉力儀以300 mm/min恒定拉伸速度使試樣纖維與纖維之間發生層間剝離，在剝離開后的20～80 mm的范圍內，每隔20 mm讀1個數，共讀4個數，取其平均值，每個樣品測定3次，取3次的算術平均值作為該樣品的層間剝離強度。

2 結果與討論

2.1 打漿對層間剝離強度的影響

實驗參照國內某特種紙企業在生產高檔美紋紙時纖維原料配比，針葉木漿∶闊葉木漿=85∶15(該企業打漿處理采用的是針葉木漿打漿度為45°SR，闊葉木漿不打漿)。本實驗在企業現用生產工藝基礎上，采用Valley打漿機打漿的方式，針葉木漿打漿度由45°SR 調整為39°SR、闊葉木漿由不打漿調整為打漿至25°SR。實驗結果見表3，其中編號4為企業現用工藝數據，編號7為本研究得出的最優實驗數據。浸漬處理后美紋紙的層間剝離強度由企業現用工藝的2.21 N/15 mm提升至2.58 N/15 mm，提升了16.7%。可見，僅通過調整打漿工藝，還不足以使美紋紙的層間剝離強度達到要求。因此，有必要對采用添加助劑等方式進行進一步研究。

表3 打漿度對美紋紙層間剝離強度的影響

2.2 PAE用量對層間剝離強度的影響

實驗研究了濕強劑PAE用量對美紋紙抗張強度和層間剝離強度的影響，實驗結果見圖1和圖2。

從圖1中可以看出，隨著PAE用量的增加，美紋紙的抗張強度先顯著增加后緩慢增加，抗張強度達到最大值后，隨著PAE用量的繼續增加，抗張強度有下降的趨勢。出現這種現象的原因是：PAE與纖維形成交聯作用，因此隨著PAE用量的增加，抗張強度逐漸升高；當PAE用量過多時，漿料將會出現絮聚現象，影響紙張的勻度，對抗張強度造成負面影響[7- 8]。

圖1 PAE用量對美紋紙抗張強度的影響

從圖2可以看出，隨著PAE用量的增加，美紋紙層間剝離強度先顯著增加，PAE用量為0.5%時，層間剝離強度從2.37 N/15 mm上升到2.58 N/15 mm，提升幅度為8.9%；PAE用量為1.0%時，層間剝離強度為2.55 N/15 mm，此時，繼續增加PAE的用量對層間剝離強度沒有起到提升的作用。出于對生產成本和節約資源方面的考慮，后續實驗PAE用量采用0.5%為宜。

圖2 PAE用量對美紋紙層間剝離強度的影響

2.3 陽離子淀粉用量對層間剝離強度的影響

實驗研究了陽離子淀粉用量對美紋紙抗張強度和層間剝離強度的影響，實驗結果見圖3和圖4。

圖3 陽離子淀粉用量對美紋紙抗張強度的影響

從圖3中可以看出，隨著陽離子淀粉用量的提高，美紋紙的抗張強度提高。

由圖4可以看出，隨著陽離子淀粉用量的增加，美紋紙層間剝離強度先快速上升，后緩慢上升。當淀粉用量為0.5%時，層間剝離強度從2.62 N/15 mm上升到3.10 N/15 mm，提升了18.3%。出現這種情況的原因是，陽離子淀粉對纖維表面氫鍵的形成有促進作用，增強了內部纖維的結合力，有利于提升浸漬后紙張纖維間的結合力。

圖4 陽離子淀粉用量對層間剝離強度的影響

美紋膠帶一般是用來包裹、包覆的，要做到與被粘表面良好粘合，基紙必須柔軟，柔軟性通過手感就能感覺出來[1]。但使用陽離子淀粉增強的美紋紙成紙較硬，會對美紋紙的使用造成負面影響。

2.4 ACPAM用量對層間剝離強度的影響

實驗研究了ACPAM 用量對美紋紙抗張強度和層間剝離強度的影響，實驗結果見圖5和圖6。從圖5可以看出，隨著ACPAM(型號CH1518)用量的增加，美紋紙抗張強度逐漸增加。

從圖6可以看出，隨著ACPAM用量的增加，美紋紙層間剝離強度先快速上升，后基本不變。在ACPAM用量為0.05%時，層間剝離強度從2.56 N/15 mm上升到2.80 N/15 mm，提升了9.4%。出現這種情況的原因是：ACPAM利用高分子鏈上的酰胺基與纖維上的羥基形成氫鍵，使纖維之間相互交織增強，同時高分子鏈上的陽離子官能團可以直接與纖維負電荷形成離子鍵，促使纖維間形成交聯網絡，提高纖維間的結合，進而有利于美紋紙層間剝離強度的提升。

ACPAM是兩性助劑，既有陽離子基團又有陰離子基團，ACPAM在紙漿中產生協同效應。將ACPAM和PAE組成雙元增強系統，不但具有良好的增強效果，同時能改善漿料的濾水速度，抵抗系統中高的剪切力，避免ACPAM分子鏈降低[9]。

圖5 ACPAM用量對抗張強度的影響

圖6 ACPAM用量對層間剝離強度的影響

2.5 不同種類CMC對層間剝離強度的影響

CMC是一種陰離子、直鏈、水溶性纖維素醚。在紙漿中添加CMC，能使纖維得到更好的潤脹，使纖維之間的內聚力更易下降，增加纖維的柔軟性，明顯地增強紙張纖維間的結合強度[10]。實驗選取了3種不同黏度的CMC進行研究，型號分別為NX200、NX400、NX600，其對應的黏度范圍分別為101～200 mPa·s、201～400 mPa·s、401～600 mPa·s。3種CMC的用量均為1.0%，實驗結果見圖7。

圖7 不同種類CMC對層間剝離強度的影響

從圖7中可以看出，3種CMC均能提升美紋紙的層間剝離強度。出現這種情況的原因可能是：紙漿中加入PAE，纖維顯正電性，再加入陰離子性的CMC后，CMC與纖維發生靜電引力，從而提高CMC的吸附量，提高 CMC 在纖維間的交聯作用，同時，CMC的加入增強了纖維與PAE間的靜電作用，增強了纖維間的接觸面積，進而提升美紋紙的層間剝離強度。添加型號為NX200的CMC，抄造的美紋紙具有較高的層間剝離強度，為3.29 N/15 mm，與對照組相比層間剝離強度提升了25.6%。

表4 ACPAM與CMC配合使用對美紋紙抗張強度和層間剝離強度的影響

表5 最優實驗工藝與企業現用工藝生產美紋紙層間剝離強度對比

2.6 ACPAM與CMC配合使用對層間剝離強度的影響

表4所列為ACPAM與CMC配合使用對美紋紙抗張強度和層間剝離強度的影響。

由表4所列的實驗結果可以看出，6組紙張的抗張強度均較高，可以保證紙張在使用過程中不斷紙。當ACPAM用量為0.05%，CMC(NX200)用量分別為0.05%、0.10%時，層間剝離強度分別為2.98 N/15 mm和3.33 N/15 mm。綜合考慮層間剝離強度和新增成本，將編號為4和5的兩組作為實驗最優組。

2.7 最優實驗方案與企業現用工藝對比

表5所列為最優實驗工藝與企業現用工藝生產美紋紙的層間剝離強度實驗結果對比。

從表5的對比實驗結果可以看出，在企業現有工藝基礎上改變漿料的打漿處理，以降低針葉木漿打漿度、提高闊葉木漿打漿度的打漿方式處理漿料，PAE用量0.5%，使用用量0.5%的ACPAM，在CMC用量分別為0.05%和0.10%的情況下，可將美紋紙層間剝離強度分別提升34.8%和50.6%。

3 結 論

3.1 添加用量0.5%的環氧氯丙烷樹脂(PAE)不但可以提高美紋紙的抗張強度，而且對美紋紙的層間剝離強度有一定的促進作用。

3.2 陽離子淀粉可以顯著提高美紋紙的層間剝離強度，但成紙較硬，對美紋紙的使用造成負面影響。

3.3 在含有用量0.5%PAE的體系中添加兩性聚丙烯酰胺(ACPAM)或羧甲基纖維素(CMC)均有利于美紋紙層間剝離強度的提升。從生產成本考慮，混合添加ACPAM和CMC比分別添加ACPAM或CMC更經濟可行。

3.4 以85%針葉木漿、15%闊葉木漿為原料，將針葉木漿打漿至39°SR、闊葉木漿打漿至25°SR，在漿料中添加用量0.5%的PAE，同時添加用量0.05%的ACPAM和用量0.05%的CMC，生產出的美紋紙的層間剝離強度比企業現有工藝生產出的美紋紙提升了34.8%；添加0.05%的ACPAM和0.10%的CMC，美紋紙的層間剝離強度比企業現有工藝生產出的美紋紙提升50.6%。

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(責任編輯：馬 忻)

The Study on Improving Interlayer Peel Strength of High-Grade Masking Tape Paper

ZUO Jian-bo1,2,*LI Hong-kai3LIU Hong-bin1ZHANG Qing-wen2LIU Wen2,3

(1.TianjinKeyLabofPulp&Paper，TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin, 300457；2.ChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute，Beijing， 100102；3.QuzhouBranchofChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute，Quzhou，ZhejiangProvince, 324000)

The influences of beating process and chemicals on interlayer peel strength of masking tape paper were investigated.The results showed that adding 0.5% PAE had certain increase of interlayer peel strength of masking tape paper.Cationic starch application had a negative impact on the masking tape paper due to the paper became harder although the interlayer peel strength was improved significantly.ACPAM or CMC added in the system containing PAE was benefit to the raise of the interlayer peel strength adding ACPAM and CMC together was more economic compared with separately adding ACPAM or CMC.Based on properly adjusted beating process, adding 0.05% ACPAM and 0.05% CMC, the interlayer peel strength of masking tape paper increased by 34.8%, achieved the average quality level of imported high-grade masking tape paper; Adding 0.05% ACPAM and 0.10% CMC, the interlayer peel strength of masking tape paper increased by 50.6%, more than part of the imported high-grade masking tape paper.

masking tape paper; tensile strength; interlayer peel strength

左建波先生，在職碩士研究生，工程師；研究方向：紙張分析與檢測。

2017- 04- 17(修改稿)

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.05.006