多活性官能團抗水劑在特種紙領域的應用

隋曉飛，戴 玲，高海明

（九洲生物技術（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215000）

特種紙是在加工紙基礎上擴展出來的一個新紙種，其具有的特殊性能及適應某種特殊用途的作用令使用者刮目相看。由于特種紙的制造涉及的學科比較多 ，與熱學、電學、光學、磁學等物理過程、化學原理及生物機制等關系密切，因此，特種紙的生產難度也較大。不過特種紙的產值較高、應用范圍較廣，其生命力較強 ，發展前景令人鼓舞[1]13-19。

特種紙的原料五花八門，不拘泥一種原料，可以是纖維原料，也是可以其他材料，同時還可能添加了很多優勢特別明顯的化學品來達到某種特殊性能。普通紙多是采用植物纖維，如木材、草類等。而特種紙的原料除了植物纖維之外，還可配有其他各種非植物纖維，如化學纖維、碳素纖維和金屬纖維等。這樣就能夠彌補原來天然纖維的某些弱點，有利于提高成紙的品質，以達到“優化組合”之目的。特種紙可以通過不同的加工方法和添加不同的化學品（助劑），使成紙具有某種突出的性能。例如，普通紙遇明火立即燃燒，而某種阻燃紙卻是不怕火、也不會燃燒。特種紙的品種日益增多，有人認為可能占紙種總數的80%，在文化教育、工業生產、軍事科技和日常生活中有著眾多的用途[1]13-19。

目前市場上的特種紙按照加工方法不同分為涂布加工紙、復合加工紙、變性加工紙、浸漬加工紙、和機械加工紙等。具體的特種紙包括裝飾紙、壁紙、防油紙、玻璃卡紙、壓感記錄紙、熱感記錄紙、防電記錄紙、無碳復寫紙、熱敏紙、羊皮紙和鋼紙等等[2]。

2015年我國特種紙及紙板生產量265萬t，同比增長6.00%；消費量217萬t，同比增長5.85%[3]。特種紙應用領域遍布生活、工業、軍事、科研、藝術、交通、航天等，特殊的性能和優異的構造滿足了應用的要求，未來發展潛能越來越大，國內很多特種紙生產企業已經開始重視特種紙新產品的開發。

依據涂料體系的特點、高分子聚合物的抗水機理和特種紙特殊性能要求，九洲生物技術（蘇州）有限公司成功開發出多活性官能團聚合物類涂料抗水劑。該抗水劑能夠同涂料體系中膠乳、重質碳酸鈣等成分進行全方位、立體化的化學交聯作用，形成一個微觀空間網絡結構和宏觀抗水涂層，提高涂布層的抗水、防潮、防凍，耐濕摩擦的性能，達到特種紙所需求的特種性能。

本文采用九洲生物技術（蘇州）有限公司開發的多活性官能團聚合物類涂料抗水劑對涂布紙的抗水性能、印刷性能和耐濕摩擦性能的影響進行了實驗室試驗，并在客戶中將新開發的多活性官能團抗水劑產品與替代前使用的AZC類抗水劑作了應用對比。

1 實驗室研究

1.1 實驗儀器

高速分散機、IKA HB10恒溫水浴鍋、FD115電熱恒溫干燥箱、XS625M電子天平、L-3D烘干機、NYG300壓光機、耐磨耗儀。

1.2 實驗原料

丁苯膠乳（巴斯夫 牌號7128/516，固含量50%，巴斯夫上海公司提供）；高嶺土（粉末），粒度≤2 μm的達92%以上，茂名石化礦業有限公司提供；重質碳酸鈣（GCC，分散液），粒度≤2 μm的達95%以上和粒度≤2 μm的達65%以上，富陽某造紙廠提供；分散劑、潤滑劑以及抗水劑等涂料助劑，為九洲生物技術（蘇州）有限公司自產；涂布淀粉、羧甲基纖維素（CMC）及未涂白紙板原紙均取自富陽某造紙廠。

1.3 檢測方法

IGT干拉毛和濕拉毛強度檢測方法參照GB/T 22365—2008《紙和紙板 印刷表面強度的測定》。紙張的濕摩擦檢測方法參照TAPPI T 476標準《紙和紙板的磨耗》。表面吸收性能檢測方法參照GB/T 1540—1989《紙和紙板吸水性的測定法》。干摩擦測試：1 000 g負荷情況下，用紙的表面與表面摩擦，記錄紙的表面產生紙粉時的摩擦次數。手指濕摩擦：在涂布紙表面滴上水，用指頭面摩擦涂布紙面，直到產生掉粉的時間。防潮防凍時間：放于冰箱冷藏，溫度4℃，查看涂布紙水珠透點的時間。

1.4 配制涂料

實驗室條件下按照表1中的涂料配方配制涂料。

表1 涂料配方

將表1的各組分按一定順序在高速分散機上進行分散制備涂料，然后使用棒式涂布機進行紙張涂布，接著使用烘干式烘干機進行烘干，最后進行壓光機壓光處理。

1.5 抗水劑用量對涂布紙抗水性能的影響

圖1顯示了抗水劑用量對涂布紙抗水性能的影響（以下圖、表中將“多活性官能團抗水劑”簡稱為“多活性官能團”，將“AZC類抗水劑”簡稱為“AZC”）。

圖1 抗水劑用量對抗水性能的影響

從圖1可以看出，多活性官能團抗水劑用量（原液添加）同碳酸鋯銨（AZC）類抗水劑用量保持一致的情況下，涂布紙張的表面吸水性能隨著抗水劑用量的增加呈降低趨勢，AZC抗水劑用量增加到一定程度后，抗水效果趨于平緩，效果維持不變，而多活性官能團抗水劑效果顯著，能夠在AZC產品效果的基礎上繼續發揮作用，紙面抗水效果趨勢繼續延續，整體抗水效果好。

1.6 抗水劑用量對涂布紙印刷濕強性能的影響

圖2顯示了抗水劑用量對涂布紙印刷濕強性能的影響。

圖2 抗水劑用量對涂布紙印刷濕強性能的影響

從圖2可以看出，多活性官能團抗水劑用量（原液添加）同AZC類抗水劑用量保持一致的情況下，涂布紙張的印刷濕強性能隨著抗水劑用量的增加印刷效果等級提高。該印刷濕強性能表征的是一次印刷時的濕拉毛強度，防止在印刷時潤版液存在的情況下掉毛掉粉。多活性官能團抗水劑對于印刷濕強性能效果好，比AZC類抗水劑更能夠提高其印刷濕拉毛強度。

1.7 抗水劑用量對耐濕摩擦性能的影響

圖3顯示了抗水劑用量對涂布紙耐濕摩擦性能的影響。

圖3 抗水劑用量對涂布紙耐濕摩擦性能的影響

從圖3可以看出，該試驗測試為紙張的濕摩擦檢測，按照TAPPI T 476標準檢測：濕摩擦儀通過固定的壓力在潤濕的涂布紙紙面進行穩定的摩擦，通過測試摩擦后水的濁度來反映涂布紙涂層的耐濕摩擦性能；濁度越大，說明涂層在水的侵蝕下越容易瓦解。測試參數設置：單橡膠輪摩擦10圈。實驗結果表明，多活性官能團抗水劑用量（原液添加）同AZC類抗水劑用量保持一致的情況下，涂布紙張的耐濕摩擦性能隨著抗水劑用量的增加呈濁度逐漸降低的趨勢，濁度越低表征耐濕摩擦效果越好。該涂布紙耐濕摩擦性能表征的是多次印刷摩擦時的濕強度，防止在重復印刷時紙面掉毛掉粉。多活性官能團抗水劑比AZC類抗水劑能夠更好地提供耐濕摩擦性能。

2 客戶應用

2.1 涂料配方

某客戶使用九洲生物技術（蘇州）有限公司多活性官能團抗水劑產品代替前期使用的AZC類抗水劑，中/底涂以及面涂抗水劑的用量情況見表2。

表2 某客戶抗水劑用量

2.2 成紙指標

使用2種不同抗水劑的食品涂布紙各項指標如表3所示。

表3 使用2種抗水劑的食品紙各項指標

從表3的數據可以看出：多活性官能團抗水劑在食品涂布紙中作用比較顯著，紙張表面的抗水性能得到了提高，印刷的干、濕強度較好；紙張的耐干摩擦效果非常明顯，能夠達到質量要求，同時減少了涂布紙張生產、貯存和分切過程的摩擦掉毛掉粉現象。同時，紙張的耐濕摩擦效果也非常顯著，我們提供便利的現場臨時檢測方法同樣也能夠驗證耐濕摩擦的效果，提高紙張在多次印刷過程中的耐濕摩擦和印刷濕強度。食品紙張所需要的防潮效果，通過模擬現實生活冰箱貯存條件得到了驗證。綜合以上指標可以看出，多活性官能團抗水劑能夠立體化、高密度地交聯涂料各組分，形成致密的涂層結構，提高表面抗水、耐摩擦和防潮效果，能夠滿足涂布紙張的使用要求。

3 結論

（1）九洲生物技術(蘇州)有限公司生產的多活性官能團抗水劑是一種新型、優良的抗水劑，具有優良的防潮、抗水、耐摩擦和抗潮效果。

（2）多活性官能團抗水劑具有優良的成膜性能，熟化速度快，能夠發揮立體化、高度交聯化的作用機理，形成良好的抗水涂層。

（3）多活性官能團抗水劑有良好耐干摩擦效果，能夠減少生產、貯存、分切過程的摩擦掉毛掉粉現象。

（4）多活性官能團抗水劑符合食品GB 9685標準，符合食品、煙用、特種紙等紙張揮發性有機化合物VOC標準，已經在相關食品級紙張和特種紙行業大量推廣使用。