聚酰胺環氧氯丙烷樹脂起皺劑在生活用紙中的應用

1 前言

生活用紙作為生活必需品已滲透到人們的日常生活中，是一種受經濟景氣度影響小、預期需求穩定的消費品。生活用紙行業中，品牌差異化趨勢不斷增強，在進口紙品對策方面，一方面投入通用產品，另一方面為提高傳統產品的使用感覺，正在進行高品質化和高附加值化，具體就是：改善生活用紙的手感（體感）；賦予香味和除臭功能；提高溫水洗滌坐便器用紙的強度和吸水性；加長型衛生紙。由于生活用紙是與皮膚直接接觸的紙種，因此手感是受到特別重視的品質之一。

為了提高生活用紙的手感，一般對紙進行了起皺（細小皺紋）——起皺工藝。起皺工藝的皺紋質量是左右生活用紙手感好壞的重要因素（圖1）。

圖1 生活用紙的不同質量的皺紋放大照片

在楊克烘缸起皺過程中使用的起皺劑是穩定操作并獲得良好皺紋不可或缺的化學品。起皺工藝的操作性和皺紋品質隨包括紙機狀況和抄紙環境的改變而變化，針對這些變化，起皺劑進行了各種改良使其能更好地發揮效果。

本文介紹了以聚酰胺環氧氯丙烷（PAE）樹脂為主劑的起皺劑中PAE貼缸劑（圖2）的功能、效果及技術動向。

圖2 起皺用貼缸劑的模型圖

2 起皺劑的功能和效果

起皺工藝一般采用干式起皺法：（1）在高速狀態下使抄造的低定量濕紙粘貼在楊克烘缸表面上進行烘干；（2）在烘干的同時，用烘缸刮刀刀片在紙機運行方向壓縮紙頁；（3）剝離壓縮后的紙頁，使紙頁產生皺紋（圖3）。

圖3 生活用紙的干式起皺工藝

起皺劑大體由發揮貼缸（涂層）作用的化學品（即“貼缸劑”）和發揮剝離劑作用的化學品（即“剝離劑”）二大類化學品組成。起皺劑噴涂到烘缸表面后，起皺劑中的貼缸劑在楊克烘缸上形成涂層薄膜，使濕紙貼在烘缸上，同時也保護楊克烘缸不受刮刀損傷；而起皺劑中的剝離劑在涂層中形成油點，緩和涂層對濕紙的黏性。

毫無疑問，起皺過程的操作性和皺紋質量，與以下因素影響有關：毛布狀況、烘缸材質及表面狀態、抄速等，以及纖維原料、抄造系統pH和導電度、漿內添加化學品的種類和數量等抄造條件的變化。為了應對這些紙機狀況和抄造條件的變化，對起皺劑進行過各種改良，尤其是其中的貼缸劑，因為它是構成起皺工藝基礎的涂層形成的化學品。下面介紹由PAE為主劑制備的起皺劑中的貼缸劑（PAE貼缸劑）的技術動向。

3 非反應型貼缸劑和反應型貼缸劑的特征

PAE樹脂擁有AZR基（圖2），具有通過分子間架橋反應，使其高相對分子質量化的特征。由于PAE樹脂可以根據AZR基的數量任意調節架橋反應程度，因此可以選擇適用于不同紙機和抄造條件的貼缸劑。

表2數據顯示，參與調研的燃氣輪機發電機組在未安裝任何脫硫除塵環保設施的情況下，其SO2 和煙塵實際排放水平均遠低于國家標準規定的排放限值，也遠優于實施超低排放燃煤機組的污染物排放水平。

因為PAE貼缸劑是一種可通過AZR基使PAE樹脂高相對分子質量化的產品，所以根據高相對分子質量化后的PAE樹脂中有無AZR基殘留，大體可分為反應型貼缸劑和非反應型貼缸劑。

非反應型貼缸劑是沒有AZR基的貼缸劑，具有在楊克烘缸上噴涂后不產生相對分子質量變化的特征。反應型貼缸劑是有AZR基的貼缸劑，在楊克烘缸上噴涂后可以通過AZR基發生架橋反應，具有高相對分子質量化的特征（圖2）。

反應型貼缸劑按其AZR基的數量在楊克烘缸上可以提高非反應型貼缸劑無法達到的架橋程度，形成高相對分子質量化后的涂層。反應型貼缸劑比非反應型貼缸劑的涂層耐水性高，對濕紙水分高的紙機能形成穩定的涂層薄膜。因此，非反應型貼缸劑適合烘缸入口水分低的中高速圓網紙機，反應型貼缸劑適合濕紙水分高的新月形成型器等高速紙機。

4 PAE貼缸劑的技術動向

20世紀70年代以來起皺用貼缸劑的技術動向如表1所示。

表1 20世紀70年代以來起皺用貼缸劑的技術動向

20世紀70年代起皺劑開始在日本市場銷售。銷售初期，漿內添加反應型貼缸劑的例子較多，到了20世紀80年代，開始普及在楊克烘缸上使用噴涂裝置，用于噴涂的濕紙貼缸性能優越的非反應型PAE貼缸劑開發完成并開始在楊克烘缸上噴涂，噴涂工藝與漿內添加工藝相比，前者極易形成涂層薄膜。

20世紀90年代，由于圓網紙機的改良和新月形成型器的投產，紙機進入高速化，并且楊克烘缸開始采用熔射加工。紙機的高速化使得濕紙在烘缸入口的水分升高，因而涂層薄膜較難形成，增加了維持均一涂層的難度。而且熔射加工造成了楊克烘缸表面粗糙度增加，從而濕紙與烘缸粘貼可能變得更加困難。為了形成對濕紙水分穩定的涂層，及提高涂層的耐水性，并且提高濕紙的貼缸性，非反應型PAE貼缸劑通過高相對分子質量化提高了其性能，因而對改良圓網紙機和熔射加工烘缸顯示了良好效果。而通過高相對分子質量化和增加AZR基數量，耐水性的反應型貼缸劑對速度較高的新月形成型器紙機顯示了較好的效果。

進入21世紀后，為了改善生活用紙的手感（接觸肌膚時的感覺），開始使用改善手感的化學品（柔軟劑）。一般來說，改善手感的化學品含有疏水性物質，定著在濕紙中起著剝離劑的作用，使得濕紙貼缸性能下降。

為了追求PAE貼缸劑的高性能化，通過引入具有氫鍵結合能的官能基，提高了聚合物之間的氫鍵結合,抑制了涂層對水的耐受性。該技術的導入可以提高非反應型貼缸劑和反應型貼缸劑2種貼缸劑的濕紙貼缸性和耐水性。

20世紀70年代以來，通過PAE貼缸劑高相對分子質量化的改良——增加AZR基數量和提高氫鍵結合能，推進了非反應型貼缸劑（以下簡稱“非反應型”）及反應型貼缸劑（以下簡稱“反應型”）的高性能化，分別見圖4和圖5。圖5中：“耐水性”的評價方法是，將在培養皿上干燥的貼缸劑薄膜浸漬在溫度為50℃的水中，評價未被溶解的殘存的薄膜比例，數值越大表示耐水性越好；“濕紙貼缸性”是指在定位測試儀（tacking tester）的探頭上（溫度為110℃）涂上貼缸劑后，將涂布面貼到濕紙上后拉開時的抵抗力。

5 新型PAE貼缸劑CA6003和CA6006

2010年以后由于下述原因提高PAE樹脂相對分子質量的趨勢仍在延續：用于改善生活用紙手感的化學品用量的增加；紙機速度提升和造紙纖維原料的多樣化。為了形成穩定的涂層薄膜，以及提高濕紙貼缸性，出現了起皺劑中貼缸劑成分的比例高于剝離劑的傾向。提高起皺劑中貼缸劑使用比例后，涂層薄膜變得容易在楊克烘缸兩端等位置堆積。如果硬化涂層薄膜在楊克烘缸兩端等部位過度堆積，將加大與之接觸的烘缸刮刀刀片的負荷，結果造成刀片磨耗加速，壽命縮短，而且因為刀片振動（咔噠聲）還會增加產生針眼和斷紙，還可能引起烘缸受損。正如在PAE貼缸劑的技術動向中所述的那樣，PAE樹脂的高相對分子質量化、AZR基數量的增加及提高氫鍵結合能的改良方法在提高涂層薄膜耐水性和濕紙貼缸性方面具有效果；但是，如果進一步強化這些方法，將出現涂層薄膜玻璃化溫度上升，涂層薄膜硬化的問題，見圖6。圖6中的“涂層薄膜硬度”的評價方法是，用鉛筆硬度測試法評價在培養皿上干燥的貼缸劑涂層薄膜硬度，數值越高代表涂層薄膜硬度越大。

圖4 20世紀70年代以來PAE貼缸劑相對分子質量的變化

圖5 20世紀70年代以來PAE貼缸劑效果的變化

圖6 20世紀70年代以來PAE貼缸劑的玻璃化溫度和鉛筆硬度實驗結果的變化

以前發現PAE樹脂聚合物之間的氫鍵結合越強，越容易造成涂層薄膜的硬化。根據這一發現，采用聚合物間氫鍵結合較緩慢的官能基置換氫鍵結合能較強的官能基，并且利用最新的技術，推進高相對分子質量化和AZR基數量增加，可以在使涂層薄膜軟化的同時，提高耐水性和濕紙貼缸性。

應用了上述技術的新型PAE貼缸劑CA6003（非反應型）和CA6006（反應型）的濕紙貼缸性和涂層薄膜耐水性評價結果如圖7所示。玻璃化溫度和涂層薄膜硬度的關系如圖8所示。

圖7 新型PAE貼缸劑的濕紙貼缸性和耐水性的評價結果

圖8 新型PAE貼缸劑的玻璃化溫度和涂層薄膜硬度的關系

由圖7和圖8可見，與傳統產品相比，新型PAE貼缸劑CA6003和CA6006具有形成較低玻璃化溫度、較軟的涂層薄膜、濕紙貼缸性及耐水性較佳的特征。

6 新型PAE貼缸劑CA6003，CA6006應用實例

6.1 CA6006在衛生紙紙機上的應用實例

關于CA6006的操作性，與傳統產品相比，容易形成涂層薄膜，貼缸劑用量可以減少10%；另一方面由于貼缸劑用量減少，用刮刀剝離紙頁變得容易，剝離劑用量減少了20%以上。另外，刮刀磨耗減輕，刮刀刀片壽命延長了2倍以上，見表2。

表2 CA6006和傳統產品的用量和起皺刮刀磨耗的比較

品質方面，傳統產品在驅動側不能形成皺紋或皺紋質量變差，而使用CA6006時，在驅動側也能與中間和控制側一樣取得質量良好的皺紋，橫向全幅起皺均勻，見表3。

表3 形成的皺紋質量比較

使用傳統產品時，橫向溫度分布不均勻，特別是驅動側溫度較低。估計這與驅動側的起皺質量不良有關。在使用CA6006時，可以看到橫向溫度分布均勻。表4為用放射溫度計測量的剛出楊克烘缸出口后卷取的紙溫。

6.2 CA6003在面巾紙中的應用實例

關于CA6003的操作性，與傳統產品相比，在楊克烘缸端部的PAE樹脂堆積（殘渣）減少，紙張針眼和斷紙發生頻率改善。另外CA6003使涂層薄膜形成變得容易，抄造速度可以提高1.2倍。

表4 烘缸出口后卷取的紙溫比較

7總結

最近開發的提高聚合物間氫鍵結合能的新型PAE貼缸劑具有降低涂層薄膜硬度的同時，擁有優良耐水性和濕紙貼缸性的特征，與傳統產品相比，新型PAE貼缸劑不僅能夠較好地適應紙機和抄造條件的變化，而且在改善操作條件和產品質量方面有如下優勢：操作方面能延長刮刀刀片使用壽命，提高了烘干效率，提高了抄造速度和減少了起皺劑用量；質量方面減少了針眼，紙機橫向全幅起皺均勻，皺紋質量優良。