李春

（國(guó)家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心 杭州市化工研究院，杭州310014）

在冷軋卷取過(guò)程中，不銹鋼襯紙是為防止摩擦而插入不銹鋼板之間的一種專(zhuān)用紙。 冷軋溫度一般在180℃左右，但隨著冷軋卷取速度的不斷加快，冷卻時(shí)間縮短，軋機(jī)速度提高，冷卻鋼板用油量減少，不銹鋼板所散發(fā)的熱量更少、 溫度更高，因此紙張所需承受的溫度進(jìn)一步提高。現(xiàn)代軋鋼工藝要求紙張應(yīng)耐200 ℃左右的高溫。

不銹鋼襯紙首先要具有較高的表面強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度等物理性能，以防止紙張?jiān)谲堜撨^(guò)程中掉毛掉粉，并可以確保在使用過(guò)程中紙張不至于損壞或粘附在不銹鋼板表面，特別是紙張進(jìn)行多次使用后，若強(qiáng)度不好，就更容易出現(xiàn)問(wèn)題。 其次紙張的勻度要較好，厚度均勻，平滑度較好，紙張的塵埃度盡量控制最低，有利于紙張有較好的強(qiáng)度，也可以保證卷取的不銹鋼卷厚度均勻。 再次紙張要呈中性，Cl-含量小于100 mg／kg，含量小于150 mg／kg，以減少對(duì)鋼板的腐蝕。 同時(shí)紙張對(duì)油應(yīng)有較好的吸收性，以吸收在軋鋼過(guò)程中冷卻潤(rùn)滑鋼板時(shí)殘留的油。

目前國(guó)內(nèi)在研發(fā)耐高溫不銹鋼襯紙中大多采用添加耐溫助劑、 優(yōu)化纖維原料和使用表面施膠劑等方法來(lái)提高不銹鋼襯紙的耐高溫性能。 這方面的研究取得了較大的進(jìn)展。

1 耐溫助劑

耐溫助劑包括耐高溫的增強(qiáng)劑和耐高溫的纖維保護(hù)劑。在不銹鋼襯紙的生產(chǎn)過(guò)程中，添加耐溫助劑是改善耐高溫效果最有效的方法之一。

耐溫助劑最好是無(wú)機(jī)物，不與其他化學(xué)助劑發(fā)生反應(yīng)，也不影響其他化學(xué)助劑的應(yīng)用效果，對(duì)抄造過(guò)程無(wú)其他不良影響，在高溫過(guò)程中，不會(huì)對(duì)不銹鋼板產(chǎn)生任何不良影響。 在熱量吸收到一定程度后，耐溫助劑發(fā)生分解，生成一種惰性物質(zhì)，此惰性物質(zhì)也能吸收大量熱能，并釋放出水分，使受熱紙張纖維不會(huì)糊化，從而保證紙張強(qiáng)度和其他性能，避免了粘貼鋼板和掉毛掉粉現(xiàn)象。

杜敏等[1]分別考察了無(wú)機(jī)耐高溫助劑、有機(jī)耐高溫助劑以及兩者結(jié)合使用時(shí)不銹鋼襯紙的耐高溫效果。添加無(wú)機(jī)耐高溫助劑高溫處理后，紙張的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)都有所下降，且添加量越大，下降幅度越小。 可見(jiàn)，紙張的物理性能受高溫的影響而降低。 在添加有機(jī)耐高溫助劑高溫處理后，紙張的抗張指數(shù)基本保持不變，且與未添加時(shí)差別也不大?？梢?jiàn)，有機(jī)耐高溫助劑比無(wú)機(jī)耐高溫助劑的耐高溫效果要好，它不會(huì)造成紙頁(yè)原始強(qiáng)度損失。將兩種助劑結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，抗張指數(shù)較未添加助劑時(shí)的變化率與高溫處理前后抗張指數(shù)的變化率基本一致，可見(jiàn)無(wú)機(jī)耐高溫助劑和有機(jī)耐高溫助劑的結(jié)合使用，使紙張的耐熱性能大大改善，在紙張?jiān)嘉锢韽?qiáng)度下降不大的情況下，基本達(dá)到了進(jìn)口不銹鋼襯紙的耐高溫性能指標(biāo)。

楊飛等[2]利用兩種耐溫助劑來(lái)降低高溫對(duì)紙張纖維的降解。 一種是A 助劑，主要是通過(guò)其在高溫時(shí)分解吸收熱量而保護(hù)紙張，盡可能減少植物纖維的降解，保證紙張強(qiáng)度；另一種是自行合成的B 助劑，該助劑在170 ～190 ℃下會(huì)產(chǎn)生交聯(lián)作用，不會(huì)惡化紙張強(qiáng)度，起增強(qiáng)作用。 在紙漿中添加1.0%的A 助劑、0.2%的B 助劑，紙張的耐高溫性能大大改善，190 ℃高溫4 h 后，其裂斷長(zhǎng)的保留率達(dá)到95.7%，而未添加助劑的紙張高溫后裂斷長(zhǎng)保留率僅為75.2%。

2 纖維原料

紙張纖維中含有半纖維素和少量木素，這些組分受熱會(huì)發(fā)生熱降解、氧化降解等，其中以熱降解為主。 纖維素的熱降解分為四個(gè)階段[3]：首先物理吸附水解吸，其次葡萄糖基開(kāi)始斷裂，再次糖甙鍵開(kāi)始斷裂，最后殘余部分芳環(huán)化，形成石墨結(jié)構(gòu)。纖維的降解對(duì)纖維強(qiáng)度影響很大，纖維聚合度降低到700 ～800 以前，纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)下降很少，但在700 以下，機(jī)械性能迅速下降，到達(dá)200 以下時(shí)，則不具有纖維特征。

楊飛等[2]考察了市場(chǎng)常用的纖維原料——針葉木漿和闊葉木漿，且都各自抽取了三種樣品進(jìn)行分析，并測(cè)定了各種纖維原料的耐高溫性能。用PFI 磨漿機(jī)在相同條件下磨三種針葉木漿，綜合考慮，選取打漿度低和Cl-含量最低的2 ＃ 針葉木漿，由于其原始強(qiáng)度高，高溫后相對(duì)下降的比例略大，因而需通過(guò)添加化學(xué)品提高其高溫后的強(qiáng)度。三種闊葉木漿性能相差較大，選取Cl-含量最低、耐高溫性能最好的4 ＃ 闊葉木漿，190 ℃下4 h后，裂斷長(zhǎng)和耐破指數(shù)都較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了另外兩種闊葉木漿高溫后的強(qiáng)度，綜合考量，耐高溫不銹鋼襯紙中的纖維原料以2 ＃ 針葉木漿和4 ＃ 闊葉木漿為宜。

慈元釗等[4]選用60%本色亞硫酸鹽木漿混合40%未漂麥草漿，本色亞硫酸鹽木漿強(qiáng)度好、纖維長(zhǎng)，纖維化后交織中形成大量的空隙；而麥草纖維細(xì)而短、具有較強(qiáng)的吸附能力，有利于填充纖維間的空隙。在打漿過(guò)程中，本色亞硫酸鹽木漿的長(zhǎng)纖維不僅保護(hù)了短纖維，減少了麥草纖維的切斷，而且麥草纖維在本色亞硫酸鹽木漿纖維的夾裹下帶進(jìn)盤(pán)磨齒面間，增加了對(duì)麥草短纖維的擠壓、摩擦、扭曲，同時(shí)本色亞硫酸鹽木漿的長(zhǎng)纖維也得到了適當(dāng)?shù)那袛唷?/p>

3 表面施膠劑

對(duì)表面施膠劑的研究正逐漸引起學(xué)者們的關(guān)注，一方面廢紙的利用率越來(lái)越高，漿料質(zhì)量越來(lái)越差，表面施膠劑可以改善、彌補(bǔ)這一缺陷，提高紙張的質(zhì)量。 另一方面表面施膠的成本大大低于漿內(nèi)施膠，且可控性好，采用表面施膠后濕部系統(tǒng)可以減少對(duì)施膠劑的依賴(lài)，白水的清潔度和循環(huán)回用率大幅提高，廢水的處理壓力得到降低。

紙張經(jīng)過(guò)表面施膠后，許多性能會(huì)隨之發(fā)生變化，不僅可以明顯改善紙張表面性能，如表面強(qiáng)度、抗水性、兩面性、平滑度及印刷適印性等[5]，還可以提高紙張的物理強(qiáng)度、紙的耐久性和耐磨性，減少紙張的兩面性。表面施膠劑可節(jié)省膠料，減少流失。 施膠劑留著率接近100%，使用效率高。

AKD 可以用于紙張表面施膠，但它有熟化期，對(duì)紙張的在線涂布有影響。 熟化后的AKD 可賦予紙張表面很高的抗水性，但AKD 的本質(zhì)是蠟，會(huì)降低紙張表面的摩擦系數(shù)，從而影響紙張?jiān)谟∷C(jī)上的運(yùn)行性能[6]。AKD 在高溫下易水解，用量過(guò)大時(shí)紙張表面容易掉粉，嚴(yán)重影響紙張的應(yīng)用性。與傳統(tǒng)的施膠劑相比，高分子表面施膠劑是專(zhuān)門(mén)為表面施膠而設(shè)計(jì)的，是目前表面施膠的主流產(chǎn)品，在現(xiàn)代造紙工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

聚氨酯是一種高分子表面施膠劑，相對(duì)分子質(zhì)量低，本身含有交聯(lián)基，在固化過(guò)程中形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在紙的表面成膜而不發(fā)生滲透。 聚氨酯由二異氰酸酯和含羥基的多元醇等聚合而成[7]，主鏈結(jié)構(gòu)是由氨基甲酸酯鍵等硬段以及酯基、醚鍵等軟段嵌段結(jié)合組成的。聚氨酯結(jié)構(gòu)中的離子基團(tuán)是聚合物主鏈或側(cè)鏈上的羧基被胺中和成鹽的親水基團(tuán)，它可以使聚氨酯均勻分散在水中，并增加乳液的穩(wěn)定性。 在紙張的施膠過(guò)程中，聚氨酯膠液與淀粉溶液混用，可改善紙張的許多表面性能，如可增加表面強(qiáng)度[8]，抗掉毛和抗涂料滲透等。

徐建峰等[9]以甲苯二異氰酸酯、聚酯二元醇、1，4-丁二醇和親水?dāng)U鏈劑為原料，合成了聚氨酯乳液，并將其和木薯淀粉復(fù)配，制備聚氨酯表面施膠劑。 討論了親水?dāng)U鏈劑的種類(lèi)和用量、 中和方式、 擴(kuò)鏈溫度等對(duì)聚氨酯乳液及其涂膜性能的影響，并將聚氨酯表面施膠劑用于紙張表面施膠。結(jié)果表明： 選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%的N-甲基二乙醇胺作為親水?dāng)U鏈劑，選擇先中和再乳化的中和方式，擴(kuò)鏈溫度為60 ℃，乳液的綜合性能較好。 聚氨酯表面施膠劑的施膠效果良好，對(duì)紙頁(yè)的表面性能具有明顯的改善作用。

郭玉花等[10]利用聚酯多元醇、異佛爾酮二異氰酸酯和二羥甲基丙酸等單體，通過(guò)預(yù)聚體法制得聚氨酯表面施膠劑，并研究了異氰酸酯和醇的配比以及二羥甲基丙酸含量對(duì)聚氨酯施膠紙張抗水性能、表面性能以及強(qiáng)度性能的影響。隨著異氰酸酯和醇配比的增大，紙張抗水性能提高，當(dāng)配比為2 時(shí)，Cobb 值是未施膠紙的31.5%；光澤度提高，到配比為1.8 時(shí)，達(dá)到最大值，是未施膠紙的10.3 倍，而后開(kāi)始下降；平滑度也明顯提高，當(dāng)配比為1.8 時(shí)，施膠后紙張的平滑度是未施膠紙的4倍；抗張指數(shù)逐漸增大；紙張橫向裂斷長(zhǎng)先有所提高，而后又逐漸降低，縱向裂斷長(zhǎng)持續(xù)上升。 當(dāng)二羥甲基丙酸用量越少時(shí)，紙張的抗張指數(shù)、 耐折度、裂斷長(zhǎng)等強(qiáng)度性能越好；當(dāng)用量為3.5%時(shí)，施膠紙的Cobb 值是未施膠紙的29.8%，抗水性明顯增加，但隨著用量的增加，紙張抗水性能降低； 紙張的光澤度先是大幅度上升，然后趨于平緩； 當(dāng)用量為4.5%時(shí)，紙張的平滑度大幅度提高，是施膠前的3.9 倍。

硅丙樹(shù)脂也是一種高分子表面施膠劑，它是由含有不飽和雙鍵的有機(jī)硅單體與丙烯酸酯單體進(jìn)行乳液聚合制得，利用Si—O 鍵具有良好的柔韌性，可形成表面能低、表面張力小的鏈段，使硅丙樹(shù)脂具有優(yōu)異的耐水性、耐候性、耐溫變性、耐污染性[11]。 丙烯酸酯具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，如：優(yōu)異的耐候性、耐腐蝕性、附著力、柔韌性和透明度等，丙烯酸酯一般為鏈狀線型結(jié)構(gòu)，屬于熱塑性材料，對(duì)溫度極為敏感，表現(xiàn)為“熱粘冷脆”現(xiàn)象[12]。有機(jī)硅是分子主鏈中含有硅元素的有機(jī)高分子合成材料，因其結(jié)構(gòu)中含有高鍵能的Si—O 鍵，使得有機(jī)硅具有抗熱分解和抗氧化等性能。

鄭平萍等[13]采用丙烯酸酯單體與端羥基硅油、 聚氧乙烯基醚進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)和羥基縮合反應(yīng)，制得了含有羥基的有機(jī)硅改性丙烯酸酯樹(shù)脂，探索了羥基與異氰酸基的配比、聚氧乙烯基醚的含量、 有機(jī)硅的含量等反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物耐熱性及力學(xué)性能的影響。 異氰酸基的加入量太多或太少，都會(huì)使耐熱性能下降；引入聚醚鏈段后，抗彎折性和沖擊強(qiáng)度沒(méi)有變化，而耐熱性得到提高。隨著醚含量的增加，分子鏈變得更加柔順，耐熱性卻有所下降；隨著有機(jī)硅含量的增加，耐熱性得到提高，沖擊強(qiáng)度、抗彎折性沒(méi)有明顯變化，但表面硬度和附著力都有所下降，若加入量過(guò)多，力學(xué)性能受影響。 故在羥基與異氰酸基的配比為1.05∶1，聚氧乙烯基醚的含量為6%，有機(jī)硅含量為5%～10%的情況下，制得的硅丙樹(shù)脂具有良好的耐熱性和力學(xué)性能。

劉曉國(guó)等[14]將端烯基硅氧烷預(yù)聚體與丙烯酸酯單體在引發(fā)劑作用下共聚，制得了有機(jī)硅改性丙烯酸酯樹(shù)脂。該樹(shù)脂呈淡黃色透明液體，固含量25%，通過(guò)紅外光譜分析表明，端烯基聚硅氧烷已接枝進(jìn)入了丙烯酸酯共聚物的骨架中。 在耐熱性實(shí)驗(yàn)中，該樹(shù)脂可以耐溫達(dá)180 ℃。

新型表面施膠劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，是表面施膠技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。 國(guó)內(nèi)表面施膠劑的研發(fā)并不成熟，尤其是不銹鋼襯紙的整個(gè)市場(chǎng)幾乎被國(guó)外公司的產(chǎn)品所壟斷，研發(fā)能夠改善不銹鋼襯紙耐熱性能的表面施膠劑仍然是學(xué)者們亟待攻克的難題。表面施膠劑的分子結(jié)構(gòu)可調(diào)，同時(shí)可以賦予紙張表面更多更優(yōu)異的性能，因此，表面施膠劑在不銹鋼襯紙中的應(yīng)用越來(lái)越多。

綜上所述，對(duì)于幾種常見(jiàn)的提高不銹鋼襯紙耐溫性的方法的研究表明，適當(dāng)添加耐溫助劑、優(yōu)選纖維原料或使用表面施膠劑，對(duì)于提高其耐溫性是非常有效的。為滿足現(xiàn)代軋鋼工藝的要求，研發(fā)耐更高溫度的不銹鋼襯紙迫在眉睫，盡管我國(guó)目前使用的耐高溫不銹鋼襯紙大部分依賴(lài)進(jìn)口，但開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)的襯紙?zhí)娲鷩?guó)外產(chǎn)品，對(duì)于降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力具有重要的意義。

[1]杜敏，李新平. 不同助劑對(duì)提高不銹鋼襯紙耐高溫性能的比較[J]. 陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，27（6）：36-39.

[2]楊飛，等. 耐高溫不銹鋼工藝墊紙的研制[J]. 中國(guó)造紙，2007，26（5）：11-13.

[3]楊仁黨，廖旭深，等. 耐高溫不銹鋼材隔離紙的研制[J]. 紙和造紙，2008，27（5）：33-35.

[4]慈元釗，劉麗媛. 不銹鋼襯紙的生產(chǎn) [J]. 中華紙業(yè)，2001，22（11）：33-34.

[5]滕銘輝，趙傳山. 表面施膠劑在造紙工業(yè)中的應(yīng)用新進(jìn)展[J]. 天津造紙，2008，30（2）：37-41.

[6]許夕峰，等. 表面施膠劑的發(fā)展及其在現(xiàn)代造紙工業(yè)中的作用[J]. 紙和造紙，2007，26（5）：1-4.

[7]徐建峰，胡惠仁. 聚氨酯表面施膠劑及其合成研究[J]. 天津造紙，2008，30（4）：26-31.

[8]杜郢，等. 硅烷改性水性聚氨酯表面施膠劑的制備與性能研究[J]. 化工新型材料，2011，39（5）：130-133.

[9]徐建峰，胡惠仁. 陽(yáng)離子水性聚氨酯表面施膠劑的制備及其應(yīng)用[J]. 天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24（5）：36-39.

[10]郭玉花，等. 水性聚氨酯表面施膠劑的合成及其應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)造紙，2011，30（1）：10-14.

[11]牛永盛，等. 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的合成及表征[J]. 上海涂料，2011，49（1）：11-13.

[12]付永山，等. 有機(jī)硅改性丙烯酸酯聚合物研究進(jìn)展[J]. 涂料工業(yè)，2007，37（8）：67-71.

[13]鄭平萍，等. 改善有機(jī)硅改性丙烯酸酯聚氨酯相容性的研究 [J]. 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，7（4）：24-27.

[14]劉曉國(guó)，等. 水溶性有機(jī)硅改性丙烯酸樹(shù)脂合成及其性能研究[J]. 絕緣材料，2004，（2）：1-3.