造纸湿强剂是一类重要的造纸化学品,它们的作用不仅仅在于提高纸的质量,还能够引起纸的一种特殊物理性质(干状态时的干强和浸湿后离解的趋势)的不可逆变化。最早赋予纸湿强度的方法是将纸在高温下加热或将其在稀硫酸中羊皮化,到了20世纪30年代,人们发现将某些水溶性合成树脂加入纸料并经纸机熟化后能够赋予纸湿强度,此后,造纸湿强剂的应用得到迅速发展。
加入纸张中的造纸湿强剂通过纸的干燥处理发生化学变化,使纸张在水中不易膨胀,从而产生湿强度。其作用机理主要包括以下几个方面:
1%1加入纸浆中的湿强树脂一般为低分子且溶于水的初期缩合物,加入纸浆能渗透到纤维的表面和内部,并缩聚成高分子聚合物,使得树脂与相邻纤维间的部分羟基结合,形成抗水的亚甲基醚键等共价键,因而使纸张产生一定的湿强度。
1%2湿强树脂的部分高分子聚合物沉积于纤维间,树脂分子构成网状结构的无定形交织,限制了纤维彼此间的活动,相应地就减少了纤维的润胀和纸页伸缩变形等性能,从而增加了纸的湿强度。1%3部分湿强树脂分布于纤维表面,由于树脂成熟后具有持久不变且不溶于水的性质,从而阻止了水分子渗入纤维空隙中,避免纤维因吸水膨胀而破坏纤维结合,因而增加了湿强度。1%4加热或其他化学条件下,能自身聚合固化或与纤维素反应形成共价键。
造纸湿强剂在不同的应用环境中,产生的效果不一样,一般加入量在0.5%~1.0%(对绝干纤维)。用于造纸工业的造纸湿强剂通常分为两大类,即甲醛树脂(又可分为脲-甲醛和三聚氢胺-甲醛树脂)和聚酰胺-环氧氯丙烷树脂。而聚乙烯亚胺、二醛淀粉、带有乙二醛取代基的聚丙烯酰胺和其他物质,在特殊情况下也被应用。还可以使用乙二醛,但不用于湿部。
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