李春

（國家造紙化學品工程技術(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，冷卻時間縮短，軋機速度提高，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一步提高?，F(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度、抗張強度等物理性能，以防止紙張在軋鋼過程中掉毛掉粉，并可以確保在使用過程中紙張不至于損壞或粘附在不銹鋼板表面，特別是紙張進行多次使用后，若強度不好，就更容易出現(xiàn)問題。 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，以減少對鋼板的腐蝕。 同時紙張對油應(yīng)有較好的吸收性，以吸收在軋鋼過程中冷卻潤滑鋼板時殘留的油。

目前國內(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展。

1 耐溫助劑

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

耐溫助劑最好是無機物，不與其他化學助劑發(fā)生反應(yīng)，也不影響其他化學助劑的應(yīng)用效果，對抄造過程無其他不良影響，在高溫過程中，不會對不銹鋼板產(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糊化，從而保證紙張強度和其他性能，避免了粘貼鋼板和掉毛掉粉現(xiàn)象。

杜敏等[1]分別考察了無機耐高溫助劑、有機耐高溫助劑以及兩者結(jié)合使用時不銹鋼襯紙的耐高溫效果。添加無機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，紙張的物理性能受高溫的影響而降低。 在添加有機耐高溫助劑高溫處理后，紙張的抗張指數(shù)基本保持不變，且與未添加時差別也不大。可見，有機耐高溫助劑比無機耐高溫助劑的耐高溫效果要好，它不會造成紙頁原始強度損失。將兩種助劑結(jié)合起來使用時，抗張指數(shù)較未添加助劑時的變化率與高溫處理前后抗張指數(shù)的變化率基本一致，可見無機耐高溫助劑和有機耐高溫助劑的結(jié)合使用，使紙張的耐熱性能大大改善，在紙張原始物理強度下降不大的情況下，基本達到了進口不銹鋼襯紙的耐高溫性能指標。

楊飛等[2]利用兩種耐溫助劑來降低高溫對紙張纖維的降解。 一種是A 助劑，主要是通過其在高溫時分解吸收熱量而保護紙張，盡可能減少植物纖維的降解，保證紙張強度；另一種是自行合成的B 助劑，該助劑在170 ～190 ℃下會產(chǎn)生交聯(lián)作用，不會惡化紙張強度，起增強作用。 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，其裂斷長的保留率達到95.7%，而未添加助劑的紙張高溫后裂斷長保留率僅為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階段[3]：首先物理吸附水解吸，其次葡萄糖基開始斷裂，再次糖甙鍵開始斷裂，最后殘余部分芳環(huán)化，形成石墨結(jié)構(gòu)。纖維的降解對纖維強度影響很大，纖維聚合度降低到700 ～800 以前，纖維的斷裂強度和斷裂伸長下降很少，但在700 以下，機械性能迅速下降，到達200 以下時，則不具有纖維特征。

楊飛等[2]考察了市場常用的纖維原料——針葉木漿和闊葉木漿，且都各自抽取了三種樣品進行分析，并測定了各種纖維原料的耐高溫性能。用PFI 磨漿機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，由于其原始強度高，高溫后相對下降的比例略大，因而需通過添加化學品提高其高溫后的強度。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，裂斷長和耐破指數(shù)都較高，遠遠超過了另外兩種闊葉木漿高溫后的強度，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度好、纖維長，纖維化后交織中形成大量的空隙；而麥草纖維細而短、具有較強的吸附能力，有利于填充纖維間的空隙。在打漿過程中，本色亞硫酸鹽木漿的長纖維不僅保護了短纖維，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盤磨齒面間，增加了對麥草短纖維的擠壓、摩擦、扭曲，同時本色亞硫酸鹽木漿的長纖維也得到了適當?shù)那袛唷?/p>

3 表面施膠劑

對表面施膠劑的研究正逐漸引起學者們的關(guān)注，一方面廢紙的利用率越來越高，漿料質(zhì)量越來越差，表面施膠劑可以改善、彌補這一缺陷，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)可以減少對施膠劑的依賴，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)過表面施膠后，許多性能會隨之發(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，會降低紙張表面的摩擦系數(shù)，從而影響紙張在印刷機上的運行性能[6]。AKD 在高溫下易水解，用量過大時紙張表面容易掉粉，嚴重影響紙張的應(yīng)用性。與傳統(tǒng)的施膠劑相比，高分子表面施膠劑是專門為表面施膠而設(shè)計的，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，相對分子質(zhì)量低，本身含有交聯(lián)基，在固化過程中形成三維網(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，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-丁二醇和親水擴鏈劑為原料，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。 討論了親水擴鏈劑的種類和用量、 中和方式、 擴鏈溫度等對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)量分數(shù)9%的N-甲基二乙醇胺作為親水擴鏈劑，選擇先中和再乳化的中和方式，擴鏈溫度為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，對紙頁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聚氨酯施膠紙張抗水性能、表面性能以及強度性能的影響。隨著異氰酸酯和醇配比的增大，紙張抗水性能提高，當配比為2 時，Cobb 值是未施膠紙的31.5%；光澤度提高，到配比為1.8 時，達到最大值，是未施膠紙的10.3 倍，而后開始下降；平滑度也明顯提高，當配比為1.8 時，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；紙張橫向裂斷長先有所提高，而后又逐漸降低，縱向裂斷長持續(xù)上升。 當二羥甲基丙酸用量越少時，紙張的抗張指數(shù)、 耐折度、裂斷長等強度性能越好；當用量為3.5%時，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； 當用量為4.5%時，紙張的平滑度大幅度提高，是施膠前的3.9 倍。

硅丙樹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硅單體與丙烯酸酯單體進行乳液聚合制得，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，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，對溫度極為敏感，表現(xiàn)為“熱粘冷脆”現(xiàn)象[12]。有機硅是分子主鏈中含有硅元素的有機高分子合成材料，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硅改性丙烯酸酯樹脂，探索了羥基與異氰酸基的配比、聚氧乙烯基醚的含量、 有機硅的含量等反應(yīng)條件對產(chǎn)物耐熱性及力學性能的影響。 異氰酸基的加入量太多或太少，都會使耐熱性能下降；引入聚醚鏈段后，抗彎折性和沖擊強度沒有變化，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；隨著有機硅含量的增加，耐熱性得到提高，沖擊強度、抗彎折性沒有明顯變化，但表面硬度和附著力都有所下降，若加入量過多，力學性能受影響。 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%，有機硅含量為5%～10%的情況下，制得的硅丙樹脂具有良好的耐熱性和力學性能。

劉曉國等[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，制得了有機硅改性丙烯酸酯樹脂。該樹脂呈淡黃色透明液體，固含量25%，通過紅外光譜分析表明，端烯基聚硅氧烷已接枝進入了丙烯酸酯共聚物的骨架中。 在耐熱性實驗中，該樹脂可以耐溫達180 ℃。

新型表面施膠劑的開發(fā)與應(yīng)用，是表面施膠技術(shù)發(fā)展的一個重要方面。 國內(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市場幾乎被國外公司的產(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)用越來越多。

綜上所述，對于幾種常見的提高不銹鋼襯紙耐溫性的方法的研究表明，適當添加耐溫助劑、優(yōu)選纖維原料或使用表面施膠劑，對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，盡管我國目前使用的耐高溫不銹鋼襯紙大部分依賴進口，但開發(fā)國產(chǎn)的襯紙?zhí)娲鷩猱a(chǎn)品，對于降低生產(chǎn)成本、增強市場競爭能力具有重要的意義。

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