黃德義 彭鵬杰，* 徐金霞 周小凡

（1.國(guó)家漿紙產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，福建莆田，351100；2.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇南京，210037）

環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度是瓦楞原紙最主要的強(qiáng)度性能指標(biāo)，直接影響包裝容器的抗壓性能。雖然在瓦楞原紙的生產(chǎn)過(guò)程中，可以采取控制打漿、上網(wǎng)工藝、優(yōu)化漿網(wǎng)速比等方法來(lái)控制和提高環(huán)壓強(qiáng)度［1］，但仍然很難達(dá)到令人滿意的效果。表面施膠是提高紙張環(huán)壓強(qiáng)度的方法之一，可使幾乎所有施膠液都留著于紙張表面，克服了漿內(nèi)添加增強(qiáng)劑流失的缺點(diǎn)，提高了施膠液的利用率，有利于紙機(jī)白水的封閉循環(huán)。工廠常采用淀粉或合成類表面施膠劑對(duì)紙張進(jìn)行表面施膠。然而，淀粉、合成類施膠劑施膠量低，膠層挺硬性不高，環(huán)壓強(qiáng)度的提高幅度受限［2-3］。筆者曾使用硅酸鈉水溶液進(jìn)行表面施膠，使瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度增幅最高達(dá)161.7％。但是，硅酸鈉水溶液黏度低，施膠過(guò)程容易斷紙，最為重要的是硅酸鈉膜耐水性不佳，施膠后紙張沒(méi)有防水性。本實(shí)驗(yàn)采用淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系作為表面施膠劑，在保證紙張一定防水性能的情況下，取得了理想的增強(qiáng)效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

瓦楞原紙，定量120g/m2，環(huán)壓指數(shù)6.30·m/g，耐破指數(shù)1.13kPa·m2/g，無(wú)錫榮成紙業(yè)有限公司提供；玉米氧化淀粉，上海洗霸科技有限公司提供；硅酸鈉（模數(shù)為3.25），化學(xué)純，廣州市番禺力強(qiáng)化工廠；非離子高含氫硅油乳液（固含量50％）、碳酸鋯鉀防水劑，南京華拓化工有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

DCP-KY3000電腦測(cè)控壓縮試驗(yàn)儀；YQ-Z-23A電動(dòng)紙張耐破度測(cè)定儀；P95930 Z000表面吸收質(zhì)量測(cè)定儀（奧地利PTI）；DGG-9070A電子恒溫烘箱；電熱恒溫水浴鍋；強(qiáng)力恒速攪拌機(jī)、NDJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)；接觸角測(cè)量?jī)x。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 原料配制

配制固含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為56％的硅酸鈉水溶液。再配制固含量為10％的淀粉溶液，90℃下糊化0.5h。取糊化好的淀粉與硅酸鈉水溶液復(fù)配，淀粉用量分別為33％、50％、67％（對(duì)硅酸鈉絕干量，下同），用強(qiáng)力恒速攪拌機(jī)攪拌均勻。使用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定70℃時(shí)復(fù)配體系的黏度。并與淀粉黏度進(jìn)行比較。

1.3.2 復(fù)配體系表面施膠

采用K-式涂布法進(jìn)行表面施膠。通過(guò)改變施膠力度、施膠速度來(lái)控制施膠量。表面施膠完成后，在105℃條件下烘干。測(cè)定紙張的環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度、Cobb30值。

1.3.3 加入防水劑的表面施膠

取淀粉用量為33％的淀粉-硅酸鈉復(fù)配液，加入一定量的碳酸鋯鉀或者硅油（以硅酸鈉絕干量計(jì)算）作為防水劑，攪拌均勻后，采用K-式涂布法進(jìn)行表面施膠。在105℃條件下烘干。測(cè)定紙張的環(huán)壓強(qiáng)度、Cobb30值、Cobb60值及表面接觸角。

1.3.4 紙張檢測(cè)

對(duì)紙樣進(jìn)行恒溫恒濕平衡處理，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)各項(xiàng)物理性能指標(biāo)

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)配體系黏度的比較

為了研究淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系的黏度及變化趨勢(shì)，使用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對(duì)復(fù)配體系的黏度進(jìn)行了測(cè)定。復(fù)配后體系的黏度與淀粉用量的關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系黏度

從圖1中可看出，硅酸鈉水溶液的黏度遠(yuǎn)低于復(fù)配體系和淀粉的黏度；硅酸鈉水溶液中復(fù)配淀粉會(huì)使體系黏度增大，且黏度隨淀粉的用量增加呈增大趨勢(shì)。但復(fù)配體系黏度要低于純淀粉液。這是因?yàn)?，硅酸鈉水溶液在高溫條件下對(duì)淀粉進(jìn)行了分解，降低了淀粉的聚合度，減小了體系黏度。

淀粉用量為33％的復(fù)配體系固含量高達(dá)40％，但其黏度僅為190mPa·s（見(jiàn)圖1）。由此可知，高固含量、低黏度是復(fù)配體系的顯著特征。這不僅為表面施膠創(chuàng)造了較為理想的條件，而且可以節(jié)省烘干蒸汽，減輕干燥設(shè)備的負(fù)荷，提高紙機(jī)車速，使生產(chǎn)效率更高。

2.2 復(fù)配體系進(jìn)行表面施膠對(duì)瓦楞原紙強(qiáng)度的影響

瓦楞原紙作為瓦楞紙板及紙箱的原料，其強(qiáng)度決定了成品的使用性能。使用不同復(fù)配比例的施膠液，對(duì)瓦楞原紙進(jìn)行表面施膠處理，討論了復(fù)配體系對(duì)瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 復(fù)配體系表面施膠后環(huán)壓指數(shù)的變化趨勢(shì)

從圖2中可看到，淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系對(duì)紙張環(huán)壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效果介于硅酸鈉水溶液和淀粉單獨(dú)表面施膠的效果之間。硅酸鈉水溶液表面施膠后，紙張環(huán)壓強(qiáng)度隨施膠量的增加呈遞增趨勢(shì)。但復(fù)配淀粉后，隨施膠量的增加，紙張環(huán)壓強(qiáng)度先增大，到達(dá)一個(gè)峰值后呈下降趨勢(shì)。淀粉用量越多，峰值來(lái)得越早，峰值也越小。以33％的淀粉復(fù)配的淀粉-硅酸鈉施膠液，施膠量為10.5g/m2時(shí)，紙張環(huán)壓指數(shù)為11.34N·m/g，比原紙?zhí)岣吡?0％，增幅最大。

圖3 復(fù)配體系表面施膠后耐破指數(shù)變化趨勢(shì)

從圖3可觀察到，淀粉賦予紙張的耐破度最大，且隨施膠量的增加呈增大趨勢(shì)。復(fù)配體系對(duì)耐破度的增強(qiáng)效果，同樣介于硅酸鈉水溶液和淀粉單獨(dú)表面施膠之間。耐破指數(shù)隨施膠量的增加，先增大，到達(dá)一個(gè)峰值后即開(kāi)始降低，淀粉用量越多，峰值越大且出現(xiàn)得越早。以67％的淀粉復(fù)配的淀粉-硅酸鈉施膠液進(jìn)行施膠，施膠量為5.4g/m2時(shí)，成紙的耐破指數(shù)為1.71 kPa·m2/g，與原紙相比提高51％，增幅最大。

綜合圖2、圖3可知，淀粉-硅酸鈉表面施膠劑與硅酸鈉水溶液相比，瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度均下降。這是因?yàn)?，淀粉和硅酸鈉膠體粒子相互包裹、分割著，使成膜強(qiáng)度低于硅酸鈉膜。復(fù)配體系賦予紙張的環(huán)壓強(qiáng)度要大于淀粉賦予的，但耐破度卻要低于淀粉賦予的。這是因?yàn)楣杷徕c膜的強(qiáng)度是淀粉膜的近2倍，復(fù)配膜強(qiáng)度界于兩者之間［4-6］，但硅酸鈉膜脆性大，容易龜裂，因加入淀粉而得到改善［7］。復(fù)配體系中，淀粉用量越多，環(huán)壓強(qiáng)度下降得越多，且隨施膠量的增加達(dá)峰值后呈下降趨勢(shì)；耐破度隨施膠量的增加達(dá)峰值后雖呈下降趨勢(shì)，但最終大小持平。盡管如此，淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系同時(shí)兼顧了環(huán)壓強(qiáng)度和耐破度，滿足了使用要求。

2.3 淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系表面施膠防水性能的改善

為了滿足瓦楞紙箱的實(shí)際使用環(huán)境的需要，瓦楞原紙的防水性能非常重要。為了進(jìn)一步增強(qiáng)瓦楞原紙的抗水性，進(jìn)行了在淀粉-硅酸鈉體系中添加防水劑的實(shí)驗(yàn)，以改善表面施膠的效果。選用碳酸鋯鉀（用量1％和5％）和硅油（用量5％）為防水劑［8］，加入到淀粉-硅酸鈉體系中，然后進(jìn)行表面施膠。

添加防水劑碳酸鋯鉀后紙張的Cobb值見(jiàn)表1。由表1可知，不加防水劑時(shí)，淀粉-硅酸鈉表面施膠后紙張Cobb30值略低于原紙。加入碳酸鋯鉀防水劑，能改善紙張的防水性能，加入量越大，改善程度越好。這是因?yàn)樘妓徜嗏浄浪畡┛膳c含羥基、羧基基團(tuán)的化合物反應(yīng)形成防水膜［9］。但夾雜于體系中的硅酸鈉仍極易吸水、溶于水，使紙張防水性的改善受到限制。

表1 淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系添加碳酸鋯鉀防水劑時(shí)的Cobb30值

添加硅油為防水劑后紙張的Cobb值見(jiàn)表2。從表2中可看出，淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系中加入硅油（用量5％），表面施膠后紙張的Cobb值遠(yuǎn)低于原紙，說(shuō)明紙張的吸水性遠(yuǎn)低于瓦楞原紙。施膠后，液滴接觸紙張表面0s時(shí)接觸角為106°，接觸20s時(shí)為102°，說(shuō)明水分很難潤(rùn)濕并滲透紙張，已經(jīng)具有良好的防水性能。同時(shí)，淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系中加入硅油并表面施膠后，瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度比未施膠原紙?jiān)執(zhí)岣吡?6％，耐破度提高了47.7％，全面滿足了使用性能。

表2 淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系中添加硅油防水劑進(jìn)行表面施膠后紙張的性能

3 結(jié)論

3.1 淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系具有高固含量、低黏度的特性，以此為施膠劑進(jìn)行表面施膠可以節(jié)省蒸汽，減輕干燥設(shè)備的負(fù)荷，提高紙機(jī)車速，使生產(chǎn)效率更高。

3.2 淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系表面施膠，淀粉用量33％（對(duì)硅酸鈉用量）、施膠量10.5g/m2時(shí)，瓦楞原紙環(huán)壓指數(shù)為11.34N·m/g，增幅可達(dá)80％；以67％的淀粉復(fù)配的液粉-硅酸鈉表面施膠劑施膠，施膠量為5.4g/m2時(shí)，成紙的耐破指數(shù)為1.71kPa·m2/g，增幅可達(dá)51％。并且復(fù)配體系固含量高，可以生產(chǎn)出低定量的高強(qiáng)瓦楞原紙。

3.3 淀粉-硅酸鈉復(fù)配體系作為表面施膠劑，施膠后，成紙的防水性能欠佳，可采用添加防水劑來(lái)進(jìn)行改善。以碳酸鋯鉀作為防水劑，改善程度有限。添加一定量的硅油時(shí)，該復(fù)配體系既能滿足成紙的防水性能要求，也能滿足物理強(qiáng)度性能要求。

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