探析提高紙張強度的兩種有效方法

魏風軍 孫珂辛 燕靜茹

現代包裝工業中針對造紙，需要經歷制漿、抄紙、涂布、加工4個重要環節。當前，由于人們對于更高生活水平的追求，包裝的外延價值被凸顯出來，基于此，在紙包裝領域，諸多產品的包裝防護對于紙張的強度要求相比以往有了很大的提升。基于實際包裝的需求，往往需要紙張具有更高的強度，以保證紙張在承擔包裝防護作用時有更好的表現，如使用時間延長，具有更強的耐磨和耐撕裂的能力等。尤其在一些特殊紙包裝制品上甚至需要紙張能夠具有防偽功能，其紙張的耐折度、耐磨度、撕裂度、剛度都必須優于普通紙張。基于此，紙張強度對于保障產品包裝需求有著極大的意義，因此需要多個渠道來優化紙張強度，提升紙張綜合性能。本文從兩個方面出發探析提高紙張強度的方法，希望對紙包裝行業有所裨益。

通過添加輔助漿料的混合填充漿料來提高紙張強度

干增強劑和濕增強劑共同組成紙張增強劑，干增強劑主要成分為淀粉衍生物、植物膠、合成干強劑等。常見的紙張強度影響因素中，一種機理認為纖維間的結合力是影響紙張強度的重要因素，還有一種機理認為干增強劑是一種高效的分散劑，能夠使纖維排列更加規律，結合更加緊密，從而增強了纖維之間的結合力，使紙張具有更高的干強度。如現在利用較為普遍的陽離子淀粉，其為淀粉與胺的化合物反應生成的含有胺基和銨基的醚衍生物，其帶正電。在紙漿加入陽離子淀粉的作用是，帶正電的陽離子可以吸附帶負電的纖維和填料，并且該吸附不可逆。因此適當地加入陽離子淀粉增強劑可以使纖維及填料排列均勻緊密，能夠大幅度提高紙張強度。

廣西金桂漿紙業有限公司申請的專利（專利號為201810020737.8）中，將原材漿料制備60～96重量份;并在原材漿料里添加淀粉0.8～1.3重量份;在原材漿料里再添加3～38重量份的填充漿料與輔助漿料的混合物;在原材漿料中繼續添3.1×10-4～3.5×10-4重量份的保留助劑。經由添加了輔助漿料的混合填充漿料替換原有的填充漿料，可以使得制成的紙張強度更大，灰分更高，而且節省纖維用量，減少成本。在該發明中發明者加入了陽離子淀粉，陽離子淀粉是一種增強劑，具有很高的留著率，如果加入到漿料中，絕大多數的淀粉會被漿料中的纖維吸附，纖維就被絮凝在一起，因此細小的纖維也能更好地留著。

混合填充漿料一般是填充漿料與輔助漿料的混合物，填充漿料為研磨碳酸鈣，輔助漿料為堿性過氧化物機械漿細小纖維。堿性過氧化物在造紙中也有廣泛的應用，其得率高、污染負荷低、成本低、化學處理程度輕、污染小。其優點為能使紙張具有較好的柔韌性，并且具有較大的緊密型，改善了抗張強度與撕裂強度;其次，紙張的可漂性也得到改善，紙張白度較高。堿性過氧化氫機械漿采取了最新發展的木片預處理工藝使制漿和漂白合二為一，不需要特定的漂白車間，降低了設備的投資。

目前，我國的造紙涂布級研磨碳酸鈣不能滿足需求，主要仍依賴進口，在此發現中利用了造紙涂布級研磨碳酸鈣，研磨碳酸鈣在造紙中起了較大作用，它可以使得紙張的亮度更好，結構更堅實、利于書寫、涂布均勻、降低摩擦度、易排濕并易干燥。世界造紙業從20世紀80年代初開始成功地由酸性工藝轉向堿性工藝，使填充料的利用發生了革命性的轉變：碳酸鈣取代木槳和其他顏料，可改良紙張的光亮度、不透性、空隙度、松密度等。堿基加工首要用于生產需要精細印刷和書寫的紙張，對新聞紙等一些特殊用紙，既可以利用酸基環境生產，但利用碳酸鈣更優。因此目前造紙涂料配方中碳酸鈣使用量大幅增加。

采用了陽離子聚丙酰胺作為保留助劑，陽離子聚丙酰胺的分子長度提供了良好的吸附性能及與氫鍵結合的位置，因此纖維間的結合能夠增強，還具有助留助濾等多種功能。其最大特點是可以提高紙張的撕裂指數，增強紙張的強度，若是用做分散劑，還可以改善紙頁的均勻度。因此陽離子聚丙烯酰胺通常用作提高各種紙張干強度和濕強度的一種助劑，在一定程度上亦能提高紙板的尺寸穩定性和壓縮強度。

芬蘭凱米羅總公司申請的專利號為201480073537.9的專利中將陰離子聚丙烯酰胺（APAM）和高電荷陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺（GPAM）組合物添加到紙漿中。熟知的用于產生干強度的基準是陽離子乙二醛聚丙烯酰胺（GPAM）強度樹脂，其骨架上結合的小量陽離子單體可以使紙張中的聚合物保留在紙張纖維上。若將陰離子PAM與高陽離子乙二醛化聚丙烯酰胺組合能夠使紙張強度得到顯著提高。

華南理工大學樊慧明等申請的專利號為20161176990.X的專利中，其思維是在淀粉改性高濃度填料的過程中提高紙張強度，首先將淀粉在一定速度下充分糊化，然后加入脂肪酸溶液充分反應。待反應終止后添加攪拌均勻的名為GCC的高濃度懸浮液，待沉降反應終止后加入氯化鈣溶液，終止后可以獲得改性后的碳酸鈣。改性后的填料可以用于加填紙張。在此過程中被溶解的淀粉含量幾乎可以忽略，且在同等強度條件下，使用改性后材料加填的紙張比未改性紙張強度提高35%以上。

上述方法都對紙張強度有很大的提高，總體而言，從上述方法可知，提高紙張強度首先可以從制漿階段入手，可以通過在紙漿中加入化學物質來改變紙張的性能，這也提示我們可以從多個渠道來探索和發現能夠使紙張性能提高的其他物質。

改善紙張表面性能來提高紙張表面強度

上文所述是從紙張材料本身來提高紙張強度，與此同時，采用紙張表面性能的優化也可以提高紙張表面強度，提高紙張的強度不僅可以在紙漿中加入干強劑，同樣也可在紙張表面增加干強劑或是表面施膠劑使其強度增加。

山東華泰紙業股份有限公司申請的專利號為201410832955.3的專利中是利用紙機回濕箱在紙張頁面上進行施膠，將表面的施膠劑配成濃度為12%的水混合溶液并通過計量閥加入冷凝水罐，冷凝水罐內的溶液就變成了濃度為3%的表面施膠劑噴淋液，最后將噴淋液通過紙機回濕箱噴嘴噴到紙頁表面，就能完成對紙張表面強度的提高。該發明在對新聞紙的改造上有極大的用處，新聞紙一直是低質量且成本也較低的紙張，但隨著生活質量的提高，人們對新聞紙的紙張也提出了要求，過去有過在紙漿中加入施膠劑和干強劑來增加紙張強度的方法，但對新聞紙這種要求成本低廉的紙張來說，在紙漿中加入施膠劑和干強劑價格太過昂貴，并且新聞紙紙張往往較薄，這種昂貴的方式也不能起到很好的增加紙張強度的效果，因此發明人想出了對新聞紙進行表面施膠的方法，目的在于最低成本的增加紙張的表面強度。該發明所用的表面施膠劑為淀粉，在使用時只需要將淀粉糊化，配置成溶液，把現有的紙機回濕箱進行改造，就能夠把表面增強劑通過紙機回濕箱的噴嘴噴到紙張的表面。紙張在干燥中可以與表面施膠劑融為一體，也就起到了增強紙強度的效果。數據顯示，改造后紙張的表面強度可以提升45.83%，與此同時紙張的撕裂指數、粗糙度的指標與改造前對比均有明顯的 ?提高。

另外，納米纖維對于紙張強度的提升也有一定的效果。杭州富倫生態科技有限公司申請的專利號為201711337227.5的專利中是將漂白的桉木漿進行粉碎，磨漿處理得到紙漿料，將纖維素水解酶加入紙張漿料中酶解，將酶解后的維素納米纖維過濾后在高壓均質機中對紙漿進行均質處理，粉碎利樂包，再經過碎漿、分離、除砂等過程研磨成漿，烘干得到紙幅。最后用處理后的酶解纖維素納米纖維和表面施膠淀粉對紙張進行表面涂布，再經干燥、壓光、卷取后制得酶解纖維素納米纖維增強的紙張。該方法采用酶解纖維素納米纖維和施膠淀粉在紙張成形后的干燥部進行涂布的方法來實現紙張增強，避免了纖維素納米纖維對網部脫水效率的不利影響，紙張增強效果明顯，且生產成本低。

再者，對紙張表面施加施膠劑也能有效提升其表面強度。內江師范學院申請的專利號為201810933960.1的專利中提出了一種用于提高紙張表面強度的表面施膠劑，其基材為大豆分離蛋白（SPI），并由烯基琥珀酸酐（ASA）酰化和三羥甲基三聚氰胺強化改性制得。其特點在于需要將ASA分批加入SPI溶液中，并在一定的PH值條件下進行反應，還可在一定條件下進行強化改性。經由以上方式可制得一種具有杰出疏水性能的施膠劑，將其涂布與紙張表面可大大提高紙張的表面強度和抗水性能。

牡丹江恒豐紙業股份有限公司申請的專利號為201110058982.6的專利提出了一種含琥珀酰化殼聚糖酸鈉的淀粉表面施膠劑，可以改良紙張的表面強度，使紙張的抗菌性得到增強。其制備需經過以下步驟：將琥珀酰化殼聚糖酸鈉溶于水，加入氧化淀粉，70℃～90℃高溫下糊化，保溫至30℃加入穩定劑，調節固含量即可制得此種表面施膠劑。

結束語

綜合所述，當前紙張的廣泛應用和多領域需求，對紙張的性能提出了更高的要求，多種方法對于紙張強度的提升都是有效的。然而，越來越多的需求提示著，在紙張強度的研發上，還有很多的路徑和方法要走，這就需要紙包裝從業者，依據需求努力研發，相信會有更多的有效提升紙張強度的方法出現。

作者單位：河南科技大學包裝工程系

責任編輯：王蕾 wl@cprint.cn