植志強(qiáng)，陳栩鑫，覃玉英，何淑嫻，孔素蘭，顏進(jìn)華

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510300）

聚酰胺環(huán)氧氯丙烷（PAE）是自帶陽離子的具有反應(yīng)性含氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)的濕強(qiáng)劑，因能與纖維形成共價(jià)鍵，自身分子間也交織成鍵，具有紙品濕強(qiáng)劑增強(qiáng)的2層效果：保護(hù)機(jī)理和增強(qiáng)機(jī)理，且能自留著，在較寬pH范圍內(nèi)作用，成為應(yīng)用最廣泛的濕強(qiáng)劑。

干強(qiáng)劑是紙品纖維增強(qiáng)的另一類添加劑，增強(qiáng)的機(jī)理是，與纖維間的成鍵數(shù)量多，因而干強(qiáng)劑相對(duì)分子質(zhì)量大，分子結(jié)構(gòu)上與纖維的成鍵基團(tuán)豐富。陽離子淀粉（CS）和聚丙烯酰胺（PAM）是最常用的干強(qiáng)劑。

一般地，干強(qiáng)劑開發(fā)與應(yīng)用以PAM為基礎(chǔ)，通過與低成本的組分（如淀粉）共聚、接枝、交聯(lián)等方法，降低成本，提高留著；而以PAE為中心的改性，并應(yīng)用于干強(qiáng)劑的研究還較少。

本文從濕強(qiáng)劑PAE出發(fā)，利用其自留著性，將含豐富羥基的成分，比如淀粉和聚乙烯醇，通過適當(dāng)改性方式，連接到PAE分子上，增加與纖維的成鍵數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)干強(qiáng)劑的增強(qiáng)效果。

1 實(shí)驗(yàn)

材料：PAE（來自生產(chǎn)廠家），PAM干強(qiáng)劑（來自生產(chǎn)廠家），聚乙烯醇（PVA）（PVA 1799 和 PVA 1788），CS，取代度0.03，某公司提供。

方法：采用CS改性PAE（以下記為增強(qiáng)劑1號(hào)系列）和PVA改性PAE（以下記為增強(qiáng)劑2號(hào)系列），配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%固含量的改性產(chǎn)品，抄紙時(shí)，溫度105℃下真空干燥。完全干燥的紙樣品標(biāo)記后，即裝入塑料袋中備用。

檢測(cè)：采用相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試耐破度。

2 結(jié)果與分析

2.1 增強(qiáng)劑1號(hào)的增強(qiáng)效果

增強(qiáng)劑1號(hào)系列是CS與PAE配用的增強(qiáng)改性產(chǎn)品，CS與PAE的配用比例不同，其增強(qiáng)效果不一樣，固定CS用量為5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以紙漿質(zhì)量計(jì)，下同），改變混合物中PAE的用量，所得增強(qiáng)劑應(yīng)用于抄紙，抄紙時(shí)固定添加用量1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以紙漿質(zhì)量計(jì)，用量忽略固形物濃度，下同），圖1顯示了增強(qiáng)劑1號(hào)中PAE用量對(duì)其增強(qiáng)效果的影響。

圖1 增強(qiáng)劑1號(hào)中PAE用量對(duì)其增強(qiáng)效果的影響

從圖1可看出，PAE用量為15%質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)（以紙漿質(zhì)量計(jì)，下同），增強(qiáng)劑1號(hào)的增強(qiáng)效果最好。

圖2顯示了增強(qiáng)劑1號(hào)的混合制備溫度對(duì)其增強(qiáng)效果的影響。試驗(yàn)條件：CS用量為5%，PAE用量為10%。

圖2 增強(qiáng)劑1號(hào)的混合制備溫度對(duì)其增強(qiáng)效果的影響

從圖2可看出，增強(qiáng)劑1號(hào)的混合制備溫度相對(duì)低時(shí)其增強(qiáng)效果好。以下試驗(yàn)的混合制備溫度均取55℃。

圖3顯示了增強(qiáng)劑1號(hào)的CS與PAE混合質(zhì)量比對(duì)其增強(qiáng)效果的影響。

從圖3看出，CS與PAE混合時(shí)，由于二者均帶正電，相互之間存在排斥，混合時(shí)反應(yīng)交聯(lián)的程度較低，影響對(duì)纖維的增強(qiáng)，二者混合比例越接近一致，增強(qiáng)效果越差。當(dāng)PAE繼續(xù)增多，CS的電性不足夠抵抗PAE，與之交聯(lián)的機(jī)會(huì)增多，紙樣強(qiáng)度得到提高；而不加淀粉的純濕強(qiáng)劑抄紙強(qiáng)度不高，說明淀粉與纖維的結(jié)合力較濕強(qiáng)劑高?？梢酝茰y(cè)，這里采用原淀粉，也可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同增強(qiáng)的效果。

圖3 增強(qiáng)劑1號(hào)的CS與PAE混合質(zhì)量比對(duì)其增強(qiáng)效果的影響

雖然混合液增強(qiáng)劑中PAE占比越多，抄紙后增強(qiáng)效果越明顯，但增加幅度均不大。CS是相對(duì)便宜的材料，綜合起來，選用更多的CS較合算，這里m（CS）∶m（PAE）為1∶3較好。 選用該比例時(shí)增強(qiáng)劑1號(hào)的不同用量對(duì)抄紙?jiān)鰪?qiáng)效果的影響如圖4所示。

圖4 CS與PAE混合質(zhì)量比為1∶3時(shí)增強(qiáng)劑1號(hào)的不同用量對(duì)其增強(qiáng)效果的影響

從圖4看出，CS與PAE混合的增強(qiáng)效果很突出，混合后的增強(qiáng)劑1號(hào)用量越多，增強(qiáng)效果越好，當(dāng)用量為1.5%時(shí)，比不加的空白紙樣增加了24%。

2.2 增強(qiáng)劑2號(hào)的增強(qiáng)效果

增強(qiáng)劑2號(hào)系列是PVA與PAE配用的增強(qiáng)改性產(chǎn)品，PVA與PAE的配用比例不同，其增強(qiáng)效果不一樣，固定PVA（PVA為1788）用量為3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以紙漿質(zhì)量計(jì)，下同），改變混合物中PAE的用量，溫度為60℃，混合時(shí)間為1 h，所得增強(qiáng)劑應(yīng)用于抄紙，抄紙時(shí)固定添加用量1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以紙漿質(zhì)量計(jì)，用量忽略固形物濃度，下同），圖5顯示了PAE用量對(duì)增強(qiáng)劑2號(hào)增強(qiáng)效果的影響。

圖5 增強(qiáng)劑2號(hào)中PAE用量對(duì)其增強(qiáng)效果的影響

從圖5可看出，PAE用量越多，增強(qiáng)效果越好，而純的PAE增強(qiáng)效果并不理想，考慮到PVA比PAE便宜些，這里選15%，即PVA和PAE的質(zhì)量比為1∶5更合適。

選用該比例，添加不同用量增強(qiáng)劑2號(hào)進(jìn)行抄紙，測(cè)試其對(duì)增強(qiáng)效果的影響；另外，為了比較PVA 1788和PVA 1799這2種PVA的效果，相同方法配制了PVA 1799與PAE的混合物，并測(cè)試2種混合液對(duì)紙樣增強(qiáng)效果的影響。上述2項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均見圖6。

圖6 增強(qiáng)劑2號(hào)的不同用量對(duì)其增強(qiáng)效果的影響

從圖6看出：PVA和PAE混合而成的增強(qiáng)劑2號(hào)增強(qiáng)效果比干強(qiáng)劑好；PVA 1799和PAE混合而成的增強(qiáng)劑2號(hào)增強(qiáng)效果比PVA 1788更好。

2.3 CS和PVA分別與PAE組成的混合液的增強(qiáng)效果對(duì)比

由上看出，PAE與親水性大分子如CS和PVA均可以混合使用，均能提高紙品的干強(qiáng)度。CS是原淀粉羥基化學(xué)改性的產(chǎn)物，CS的陽離子電荷，使羥基間弱鍵變?yōu)殡娦晕?，增加了與纖維間的吸附力。資料研究表明，CS的留著率達(dá)90%，而陰離子留著率不到40%[1]。但CS分子結(jié)構(gòu)仍是淀粉，即具有支鏈和直鏈結(jié)構(gòu)，并不是線型分子，且葡萄糖單元的空中椅式結(jié)構(gòu)占有空間較大。這種結(jié)構(gòu)一方面與紙漿纖維接觸容易，另一方面，分子自身較大的空間阻礙其在纖維上的纏繞，增強(qiáng)受到影響。

PAE是完全線性大分子，羥基數(shù)量龐大，溶解后羥基在水中伸展，與纖維的接觸點(diǎn)多，由于機(jī)械接觸遠(yuǎn)不如電性吸附牢固，雖沒有文獻(xiàn)報(bào)道PVA直接抄紙的留著率數(shù)據(jù)，可以想象PVA直接與纖維混合抄紙留著很低，但PVA纖維與紙漿一起抄紙，增強(qiáng)效果明顯[2]7-11。PVA也一直是重要的紙品增強(qiáng)的表面施膠劑[2]7-11。如何實(shí)現(xiàn)PVA在纖維上的留著是關(guān)鍵。當(dāng)PVA與PAE混合并加熱處理，PVA的羥基與PAE上的反應(yīng)性基團(tuán)進(jìn)行初步化學(xué)固著，隨PAE在纖維上的留著而保留下來，可以實(shí)現(xiàn)PVA抄紙對(duì)紙品的增強(qiáng)效果。

對(duì)上述增強(qiáng)劑1號(hào)和增強(qiáng)劑2號(hào)進(jìn)行對(duì)比，重新抄紙，用量均為1%，檢測(cè)紙樣強(qiáng)度，并與干強(qiáng)劑、濕強(qiáng)劑及不加助劑的紙樣進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從表1可看出，增強(qiáng)劑1號(hào)和增強(qiáng)劑2號(hào)均表現(xiàn)出比干強(qiáng)劑更好的增強(qiáng)效果，其中PVA 1799的增強(qiáng)效果最好。

3 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)及分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）CS與濕強(qiáng)劑PAE以1∶3質(zhì)量比混合可以作為干強(qiáng)劑，增強(qiáng)效果比干強(qiáng)劑更好。

（2）PVA與濕強(qiáng)劑PAE以1∶5質(zhì)量比混合可以作為干強(qiáng)劑，增強(qiáng)效果超過干強(qiáng)劑。

（3）以上2種混合增強(qiáng)劑中：PAE的效果比CS更好；PVA 1799的效果比PVA 1788更好。