適用于低定量紙板的漿內(nèi)添加及表面施膠的干強(qiáng)劑

最近幾十年來掛面紙板和瓦楞原紙向低定量的轉(zhuǎn)變已成為造紙行業(yè)的趨勢。由于定量降低，紙張強(qiáng)度普遍趨于下降。紙張強(qiáng)度性能中最難彌補(bǔ)的是抗壓強(qiáng)度的下降。增強(qiáng)纖維間結(jié)合及預(yù)防彎曲是改善抗壓強(qiáng)度的重要辦法。漿內(nèi)添加干強(qiáng)劑能較有效地增加纖維間結(jié)合，而表面施膠能有效地預(yù)防彎曲。該文介紹了新研發(fā)的適用于低定量紙板的漿內(nèi)添加及表面施膠的、具有多支鏈結(jié)構(gòu)和高相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺（PAM）干強(qiáng)劑。該新研發(fā)的PAM比傳統(tǒng)PAM具有更高的留著率和更好的滲透性，無論用于漿內(nèi)添加還是表面施膠都顯示了提高低定量紙板強(qiáng)度的優(yōu)越性能。如將新研發(fā)的PAM同時(shí)應(yīng)用于漿內(nèi)添加和表面施膠，則對(duì)提高低定量紙板的抗壓強(qiáng)度更有效。

1　序言

出于環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源和降低生產(chǎn)成本的考慮，瓦楞紙板生產(chǎn)正朝低定量化方向發(fā)展。瓦楞紙板由掛面紙板和瓦楞原紙構(gòu)成；掛面紙板的平均定量從1990年的207.0 g/m2下降至2005年的198.4 g/m2，15年間降低了約4.2%，同時(shí)定量為160 g/m2以下的低定量掛面紙板的產(chǎn)量也在增加；而瓦楞原紙方面，已經(jīng)開始生產(chǎn)可以代替定量160 g/m2的120 g/m2的瓦楞原紙。瓦楞紙板的低定量化過程中，不僅僅是掛面紙板和瓦楞原紙的低定量化，而且還通過改進(jìn)瓦楞紙板的瓦楞形狀，在維持瓦楞紙強(qiáng)度的同時(shí)，減少了瓦楞紙板的用量，以及通過改變瓦楞紙箱的形狀，降低瓦楞紙板的用量。由于掛面紙板和瓦楞原紙的低定量化影響紙箱強(qiáng)度；因此，掛面紙板和瓦楞原紙的低定量化過程中，維持二者的強(qiáng)度是一個(gè)重要課題。

紙的強(qiáng)度主要取決于：（1）紙漿纖維自身的強(qiáng)度；（2）纖維間結(jié)合（結(jié)合面積、結(jié)合強(qiáng)度和纖維的交織）；（3）勻度（紙層內(nèi)纖維密度的均一性）。因使用纖維強(qiáng)度較低的廢紙纖維為原料而產(chǎn)生的紙張強(qiáng)度下降，可以通過使用干強(qiáng)劑強(qiáng)化纖維間的結(jié)合進(jìn)行彌補(bǔ)。

另一方面，低定量紙中，形成紙的纖維數(shù)量減少，是造成紙張強(qiáng)度下降的決定性因素；有文獻(xiàn)稱，假如定量從160 g/m2到120 g/m2的低定量化過程中，即使原料使用100%的原生紙漿也不能彌補(bǔ)因纖維數(shù)量減少而造成的紙張強(qiáng)度下降；因此，紙板低定量化過程中，造紙化學(xué)品，特別是干強(qiáng)劑的作用顯得非常重要。

本文圍繞提高低定量紙板的強(qiáng)度，將介紹漿內(nèi)添加和表面施膠聚丙烯酰胺（PAM）二者增強(qiáng)效果的差異、各自存在的問題，以及漿內(nèi)添加和表面施膠PAM（下簡稱“新型PAM”）的高性能化的研究結(jié)果。另外，為了更有效地提高紙張強(qiáng)度，還研究了同時(shí)采用漿內(nèi)添加和表面施膠新型PAM時(shí)二者的最佳使用比例。

2　抗壓強(qiáng)度

據(jù)報(bào)道，因定量降低而造成的紙張抗張強(qiáng)度和耐破度下降可以通過采用漿內(nèi)添加PAM彌補(bǔ)，但是抗壓強(qiáng)度很困難。這可以理解為，抗壓強(qiáng)度與抗張強(qiáng)度和耐破強(qiáng)度等其他強(qiáng)度指標(biāo)相比，紙漿纖維間結(jié)合強(qiáng)度的貢獻(xiàn)度較低。掛面紙板和瓦楞原紙的抗壓強(qiáng)度是為確保瓦楞紙箱所必需的抗壓強(qiáng)度的重要強(qiáng)度指標(biāo)。紙的抗壓強(qiáng)度與紙層內(nèi)部因破壞引起的變形和彎曲有關(guān)。所謂彎曲，是指在紙片上施加的荷重超過一定值時(shí)，產(chǎn)生較大撓曲的現(xiàn)象，撓曲使外觀抗壓強(qiáng)度降低。

表1顯示了依據(jù)《JIS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）P8156：2012》、《ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)）9895：1989的短距抗壓強(qiáng)度測試（SCT）》和《JIS P8126：2008的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度測試（RC）》的測試數(shù)據(jù)及模式圖。

表1　SCT和RC的測試條件

比較測定短距抗壓強(qiáng)度和環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的紙片，可以知道測定環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的紙片的細(xì)長比較大?？箟簭?qiáng)度測試中，測試紙片的細(xì)長比越大，紙片的撓曲應(yīng)力越小，越易引起撓曲；因此，環(huán)壓抗壓強(qiáng)度與短距抗壓強(qiáng)度相比受撓曲的影響更大。再加上低定量化使紙張厚度變薄，測試紙片的細(xì)長比變大，更容易引起撓曲。已經(jīng)確認(rèn)，定量在120 g/m2以下時(shí)低定量紙的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度對(duì)定量具有依賴性。

短距抗壓強(qiáng)度的JIS標(biāo)準(zhǔn)是在2012年4月新制定的，而日本的紙板生產(chǎn)廠家對(duì)紙板抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)控制依然以環(huán)壓抗壓強(qiáng)度為主。作者認(rèn)為，隨著紙板的低定量化，今后一段時(shí)間需要將重點(diǎn)放在有效達(dá)到環(huán)壓抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)上。

3　漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM對(duì)提高紙張強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度）的效果差異

下面介紹漿內(nèi)添加和表面施膠PAM分別對(duì)提高抗壓強(qiáng)度效果的研究結(jié)果。采用或者不采用漿內(nèi)添加PAM（漿內(nèi)添加PAM的牌號(hào)為DS 4409），制成定量分別為120 g/m2（下簡稱“低定量”）和200 g/m2（下簡稱“高定量”）的手抄紙；對(duì)未采用漿內(nèi)添加PAM制成的手抄紙，涂布相當(dāng)于漿內(nèi)添加PAM用量的表面施膠PAM（表面施膠的PAM的牌號(hào)為ST 5005），制成涂布紙；分別測定上述各種紙張的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度及短距抗壓強(qiáng)度。

圖1和圖2分別顯示了消除定量影響后PAM用量分別與環(huán)壓抗壓強(qiáng)度和短距抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。

由圖1和圖2可見，對(duì)環(huán)壓抗壓強(qiáng)度而言，高定量紙（200 g/m2）采用漿內(nèi)添加PAM時(shí)，抗壓強(qiáng)度較優(yōu)，低定量紙（120 g/m2）采用表面施膠PAM時(shí)，抗壓強(qiáng)度較優(yōu)；而對(duì)短距抗壓強(qiáng)度而言，無論何種定量，結(jié)果都是使用漿內(nèi)添加PAM時(shí)，短距抗壓強(qiáng)度較高。

由圖1和圖2顯示的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度和短距抗壓強(qiáng)度的抗壓強(qiáng)度趨勢的差異可以解釋為，是由于漿內(nèi)添加和表面施膠PAM的效果不同以及抗壓強(qiáng)度測試方法的不同。采用漿內(nèi)添加PAM時(shí)，PAM均勻地定著在纖維上，能夠均衡地增強(qiáng)紙張整體的纖維間結(jié)合；而對(duì)成紙涂布表面施膠PAM的表面施膠法，PAM集中存在于紙的表（背）面附近，能夠有效提高紙表（背）面的強(qiáng)度。漿內(nèi)添加PAM對(duì)于受撓曲影響較小的高定量紙的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度和短距抗壓強(qiáng)度顯示了良好的抗壓強(qiáng)度，表面施膠PAM對(duì)受撓曲影響較大的低定量紙的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度顯示了較好的抗壓強(qiáng)度。

圖1　PAM用量與環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

圖2　PAM用量與短距抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)以上結(jié)果，可以說漿內(nèi)添加PAM主要通過抑制紙層內(nèi)部的破壞/變形。表面施膠PAM主要通過抑制撓曲來提高抗壓強(qiáng)度。為了更有效地提高抗壓強(qiáng)度，可以考慮同時(shí)采用漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM；但是，傳統(tǒng)漿內(nèi)添加的PAM在添加量過多時(shí)，在纖維上的留著率下降，因此添加率超過1%時(shí)，提高紙張強(qiáng)度的效果將不復(fù)存在，未留著的漿內(nèi)添加PAM有可能增加污染及惡化作業(yè)環(huán)境；另一方面，傳統(tǒng)表面施膠的PAM在原紙上的留著率為100%，紙張強(qiáng)度隨著添加量由低到高成直線上升，但是涂布液黏度受涂布機(jī)的限制，不得已只能采用比漿內(nèi)添加PAM效果差的低相對(duì)分子質(zhì)量PAM；并且在涂布量較高時(shí)，只能降低紙機(jī)速度，減少產(chǎn)量。總之，傳統(tǒng)漿內(nèi)添加和表面施膠的PAM都存在不少需要解決的課題。

纖維用量較少的低定量紙其絕對(duì)強(qiáng)度下降，為了維持與高定量紙相同的紙張強(qiáng)度，漿內(nèi)添加及表面施膠PAM的用量必然增加。為了將來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低定量化，需要提高漿內(nèi)添加和表面施膠PAM的性能。

4　漿內(nèi)添加PAM的高性能化

漿內(nèi)添加PAM一般使用兩性共聚PAM，由于造紙系統(tǒng)條件的變化，導(dǎo)致其很難發(fā)揮，如造紙?jiān)现械膹U紙比例增加帶來的碳酸鈣用量增加導(dǎo)致抄紙系統(tǒng)pH上升。

然而在高pH條件下，兩性共聚PAM留著效果大大下降；為了彌補(bǔ)這種效果的下降而大量使用硫酸鋁，由此將產(chǎn)生抄造系統(tǒng)內(nèi)電導(dǎo)率上升以及硫酸鈣結(jié)垢等問題；因此，主動(dòng)停用硫酸鋁的廠家在逐漸增加。這就要求在不用或少用硫酸鋁的條件下，漿內(nèi)添加PAM也能發(fā)揮效果。

通過向兩性共聚PAM導(dǎo)入支鏈架橋構(gòu)造以達(dá)到高相對(duì)分子質(zhì)量化，可以提高其在纖維上的留著率并增強(qiáng)紙張強(qiáng)度。因此，采用新型共聚法，促進(jìn)兩性共聚PAM的進(jìn)一步多支鏈化；與此同時(shí)，著眼于相對(duì)分子質(zhì)量和聚合物的擴(kuò)展（回轉(zhuǎn)半徑），開發(fā)出了新型多支鏈漿內(nèi)添加的新型PAM。該新型PAM不僅能有效應(yīng)對(duì)抄紙系統(tǒng)的高pH和硫酸鋁用量的減少等抄造系統(tǒng)條件的變化，而且還能提高低定量紙的強(qiáng)度。

表2顯示了相同離子組成的傳統(tǒng)PAM和新型PAM的物理性能數(shù)據(jù)（根據(jù)GPS-MALS法求得）。

表2　傳統(tǒng)PAM和新型PAM的物理性能數(shù)據(jù)

雖然新型PAM的固含量和黏度與傳統(tǒng)PAM相同，但相對(duì)分子質(zhì)量卻高2倍。新型PAM的結(jié)構(gòu)具有比傳統(tǒng)PAM更多的支鏈。由于聚合物鏈的密度較高，對(duì)提高紙張強(qiáng)度起作用的丙烯酰胺含量不會(huì)減少，能夠提高單位分子聚合物的離子性基團(tuán)密度，使其在纖維上的留著率提高。多支鏈構(gòu)造的導(dǎo)入使PAM相對(duì)分子質(zhì)量高分子化，因此不會(huì)使纖維過度絮聚而對(duì)成紙勻度造成不利影響。

圖3顯示了PAM稀釋液的pH與透光率的關(guān)系曲線（用CaSO4、CaCl2調(diào)節(jié)溶液電導(dǎo)率）。

圖3　PAM稀釋液的pH與透光率的關(guān)系曲線

由圖3可見，在低透光率范圍內(nèi)，形成了復(fù)合體（分子間聚離子復(fù)合體），參見圖4。

圖4　聚離子復(fù)合體的形成和因鹽溶液濃度上升而被破壞

調(diào)查提高鹽溶液濃度后的聚離子復(fù)合體的形成能變化，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)PAM的聚離子復(fù)合體的形成能因鹽溶液濃度的增加而急劇下降，而新型PAM的下降幅度則較小。對(duì)此可以理解為，由于多支鏈構(gòu)造的單位聚合物分子的離子性基團(tuán)密度變大，離子性基團(tuán)變得不易被鹽遮蔽以及形成后的聚離子復(fù)合體構(gòu)造變得致密，使得聚離子復(fù)合體在高濃度鹽溶液條件下也不容易受到破壞。

將瓦楞廢紙漿（游離度CSF 350）電導(dǎo)率調(diào)節(jié)到150 mS/m后，添加 PAM（0.25%～2.0%），在 pH=7條件下制成定量為100 g/m2手抄紙，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5所示。

圖5　手抄片中PAM留著率（a）及紙張強(qiáng)度（b）

由圖5可見，與傳統(tǒng)PAM比較，新型PAM顯示出了優(yōu)越的提高紙張強(qiáng)度性能，當(dāng)PAM用量增加時(shí)，二者的差別更加顯著。手抄紙中的PAM留著率與紙張強(qiáng)度提高效果的趨勢成正比關(guān)系，因多支鏈化而增大的離子性基團(tuán)密度及聚合物的擴(kuò)展性對(duì)提高在纖維上的留著率作出了貢獻(xiàn)。

此外，還進(jìn)行了改變抄造系統(tǒng)電導(dǎo)率條件的評(píng)價(jià)。將PAM用量固定在0.5%，用CaSO4和CaCl2將瓦楞廢紙漿料的電導(dǎo)率分別調(diào)節(jié)到150 mS/m、350 mS/m和550 mS/m，進(jìn)行抄片評(píng)價(jià)。圖6顯示了抄造系統(tǒng)電導(dǎo)率的變化對(duì)紙張強(qiáng)度的影響。

由圖6可見，與傳統(tǒng)PAM相比，新型PAM在電導(dǎo)率上升時(shí)紙張強(qiáng)度下降的幅度較小。

如上所述，通過分子結(jié)構(gòu)的多支鏈化，可以在不提高產(chǎn)品黏度的同時(shí)合成高性能新型兩性共聚PAM。

圖6　抄造系統(tǒng)電導(dǎo)率的變化對(duì)紙張強(qiáng)度的影響

新型PAM在纖維上的留著性能、提高紙張強(qiáng)度效果等方面都比傳統(tǒng)PAM優(yōu)良。PAM用量越大其效果越顯著，很適用于需要高強(qiáng)度的低定量紙板。在現(xiàn)場紙機(jī)應(yīng)用中，新型PAM獲得了比傳統(tǒng)PAM可減少20%～40%用量的結(jié)果。目前該產(chǎn)品用戶數(shù)量正在不斷擴(kuò)大。表3列出了針對(duì)不同紙種和紙機(jī)特性所適用的不同類型的新型PAM系列。

表3　不同類型的新型PAM的適用范圍

5　表面施膠PAM的高性能化

在紙板低定量化進(jìn)程中，紙張強(qiáng)度下降幅度最大，并且很難彌補(bǔ)的強(qiáng)度指標(biāo)是環(huán)壓抗壓強(qiáng)度。低定量紙受撓曲的影響較大，因此抑制撓曲是提高環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的有效手段，為此需要提高紙的彎曲剛性。下面介紹表面施膠PAM與紙張彎曲剛性關(guān)系的研究結(jié)果。假定紙張的構(gòu)造為未滲透表面施膠PAM的紙層被夾在滲透了表面施膠PAM的紙層之間（圖7），紙張整體的彎曲剛性Sb可以通過公式（1）求得。

圖7　涂布紙模型圖

通過涂布表面施膠PAM提高E1時(shí)對(duì)Sb的影響如圖8所示。模擬方法為，制作PAM含量不同的浸漬紙，求得紙中PAM濃度與楊氏模量的關(guān)系后，假定表面施膠PAM的涂布量一定，計(jì)算出表面施膠PAM滲透到某個(gè)深度時(shí)的滲透層內(nèi)的平均PAM濃度，再分別求得E1及Sb。圖8的橫軸滲透深度［（D-d0）/ D］表示PAM相對(duì)于紙的厚度的滲透程度。

圖8　PAM滲透深度與彎曲剛性的模擬結(jié)果

由于模擬中PAM均一地分布在紙的厚度方向，當(dāng)紙的表、背面的厚度方向分布分別達(dá)到15%～20%（紙張整體的30%～40%）時(shí)，Sb最大。由此說明，表面施膠PAM的滲透深度存在著最佳值，控制表面施膠PAM對(duì)紙的滲透性是提高彎曲剛性的重要因素。

表面施膠PAM的滲透性受其涂布液黏度的影響很大；而表面施膠PAM黏度受相對(duì)分子質(zhì)量、離子性和聚合物構(gòu)造的影響。為有效提高PAM的增強(qiáng)效果，需要在表面施膠PAM中導(dǎo)入一定數(shù)量的離子性基團(tuán)。這是為了使PAM離子性基團(tuán)與紙中所含的硫酸鋁等離子性物質(zhì)相互作用。

下面介紹在使用相同離子量的聚合物、改變其相對(duì)分子質(zhì)量及構(gòu)造的情況下，涂布液黏度、滲透性對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的研究結(jié)果。

5.1表面施膠PAM相對(duì)分子質(zhì)量的影響

用構(gòu)造相同、相對(duì)分子質(zhì)量不同的表面施膠PAM樣本A～D，對(duì)定量為120 g/m2的瓦楞芯紙進(jìn)行浸漬，制成浸漬紙；并用實(shí)驗(yàn)涂布機(jī)對(duì)定量120 g/m2、幅寬800 mm的瓦楞芯紙，在涂布速度為700 m/min的條件下，進(jìn)行表面施膠PAM涂布試驗(yàn)。圖9顯示了表面施膠PAM樣本A～D的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其涂布液黏度的影響。

圖9　表面施膠PAM的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其涂布液黏度的影響

圖10顯示了浸漬法（a）和涂布法（b）中表面施膠PAM的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)紙張抗壓強(qiáng)度的影響。

圖10　浸漬法（a）和涂布法（b）中表面施膠PAM的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)紙張抗壓強(qiáng)度的影響

由圖10（a）可見，表面施膠PAM的相對(duì)分子質(zhì)量越高，浸漬紙的抗壓強(qiáng)度提高越多。這是因?yàn)榻n法中使用任何表面施膠PAM都能均一地分布在紙中，相對(duì)分子質(zhì)量越高的表面施膠PAM，其對(duì)紙張強(qiáng)度提高效果越好；而對(duì)于涂布紙，由圖10（b）可見，當(dāng)表面施膠PAM相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)到一定值時(shí)，紙張強(qiáng)度反而趨于下降。這是因?yàn)殡S著表面施膠PAM相對(duì)分子質(zhì)量的提高，涂布液黏度增加，表面施膠PAM對(duì)原紙的滲透性變差；因此，為了觀察表面施膠PAM的滲透性和紙張強(qiáng)度的關(guān)系，下面分析了各樣本對(duì)原紙的滲透性。

5.2表面施膠PAM的滲透性與抗壓強(qiáng)度

將涂布了樣本A～D的紙從表面依次切開。測定切開的紙中氮元素含量，分析表面施膠PAM從紙表面滲透的程度。圖11顯示了表面施膠PAM的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其滲透性影響。

圖11　表面施膠PAM的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其滲透性的影響

由圖11可見，表面施膠PAM的相對(duì)分子質(zhì)量越高，滲透性越差。通過圖9與圖11的比較，表面施膠PAM從紙表面滲透達(dá)30%深度時(shí)的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度提高幅度最大。

通過實(shí)驗(yàn)涂布機(jī)得到的涂布紙的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的表面施膠PAM的最佳深度，與表面施膠PAM的不同滲透性與彎曲剛性的關(guān)系得到的模擬結(jié)果之間存在著差異。這是由于環(huán)壓抗壓強(qiáng)度不僅來自于彎曲，表面施膠PAM在抑制紙層內(nèi)部破壞方面也發(fā)揮了作用。

從浸漬紙的結(jié)果來看，可以肯定表面施膠PAM相對(duì)分子質(zhì)量的提高能有效提高紙張強(qiáng)度；但是涂布法中涂布液的黏度由于隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加而上升，對(duì)原紙的滲透性下降，不能夠充分發(fā)揮增強(qiáng)紙張強(qiáng)度的效果；因此，需要兼顧適合于提高環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的滲透狀態(tài)及通過PAM的高相對(duì)分子質(zhì)量化獲得紙張?jiān)鰪?qiáng)性能，為此進(jìn)行了表面施膠PAM結(jié)構(gòu)控制的研究。

5.3通過控制表面施膠PAM結(jié)構(gòu)提高性能

通過采用PAM多支鏈化技術(shù)，提高支鏈度使其高相對(duì)分子質(zhì)量化，合成出了能抑制涂布液黏度上升的樣本E和F。圖9同時(shí)顯示了樣本E和F的相對(duì)分子質(zhì)量和涂布液黏度的關(guān)系。圖12顯示了在上述相同條件下用實(shí)驗(yàn)涂布機(jī)獲得的抗壓強(qiáng)度。

圖12　表面施膠PAM的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)紙張抗壓強(qiáng)度的影響

樣本E的相對(duì)分子質(zhì)量雖然與樣本D相同，但涂布液黏度低，與樣本B相同；樣本F的相對(duì)分子質(zhì)量雖然比樣本D高，但涂布液黏度與樣本B相同，它們對(duì)原紙的滲透性與樣本B相同；因此，在此次實(shí)驗(yàn)條件下，能夠獲得最佳滲透狀態(tài)。如果滲透狀態(tài)相同，相對(duì)分子質(zhì)量越高，越能發(fā)揮紙張?jiān)鰪?qiáng)效果，特別是相對(duì)分子質(zhì)量較高的樣本F提高紙張強(qiáng)度的效果非常顯著。由此可知，通過聚合物結(jié)構(gòu)控制，成功開發(fā)出具有優(yōu)越的紙張?jiān)鰪?qiáng)效果的高相對(duì)分子質(zhì)量表面施膠PAM。該表面施膠PAM并具有在本次實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)了最佳滲透深度的黏度特性，能有效提高低定量紙板的抗壓強(qiáng)度。

5.4高濃度涂布

表面施膠PAM的滲透性取決于涂布液的黏度，因此通過改變涂布液濃度可以控制表面施膠PAM的滲透性。在高濃度涂布時(shí)，為了達(dá)到提高環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的最佳滲透狀態(tài)，需要使表面施膠PAM的黏度進(jìn)一步下降；因此合成了相對(duì)分子質(zhì)量與樣本F相同、涂布液黏度與樣本A相同的表面施膠PAM樣本G，以高2倍的涂布液濃度，制成涂布紙。表面施膠PAM樣本G以高濃度涂布，在相同涂布量條件下，環(huán)壓抗壓強(qiáng)度高出30%左右，與表面施膠PAM樣本F的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度相同，見圖13。

提高涂布液濃度還能減輕后段烘缸的干燥負(fù)荷，不僅提高了紙張強(qiáng)度，還提高了生產(chǎn)效率。

圖13　表面施膠PAM的涂布液濃度對(duì)紙張環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的影響

提高環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的最佳表面施膠PAM滲透性，因涂布機(jī)、涂布液濃度、原紙品種和使用的化學(xué)品種類等各種條件的不同而不同。通過采用表面施膠PAM的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，能夠設(shè)計(jì)出適合于實(shí)際使用條件的表面施膠新型PAM。開發(fā)了各種不同涂布液黏度的表面施膠新型PAM，見表4。

表4　表面施膠新型PAM的涂布液黏度及適用范圍

6　低定量紙板同時(shí)采用新型PAM漿內(nèi)添加和表面施膠

通過結(jié)構(gòu)控制能夠提高用于漿內(nèi)添加及用于表面施膠的PAM的性能；因此研究了能有效提高定量為120 g/m2紙板環(huán)壓抗壓強(qiáng)度的漿內(nèi)添加和表面施膠新型PAM的二者最佳使用比例（漿內(nèi)添加的新型PAM使用了牌號(hào)DS 4412，表面施膠添加的新型 PAM使用了牌號(hào)ST 5018，PAM的總用量為2%），并進(jìn)行試驗(yàn)室評(píng)價(jià)。其結(jié)果見圖14。

圖14　同時(shí)采用新型PAM漿內(nèi)添加和表面施膠的組合

由圖14可見：漿內(nèi)添加使用傳統(tǒng)PAM（用量2%）時(shí)，環(huán)壓抗壓強(qiáng)度未能達(dá)到200 N·m2/g，而漿內(nèi)添加使用新型PAM牌號(hào)為DS 4412（用量2%）時(shí)，環(huán)壓抗壓強(qiáng)度超過了200 N·m2/g；如果漿內(nèi)添加（使用新型PAM牌號(hào)為DS 4412）和表面施膠（使用新型PAM牌號(hào)為ST 5018）同時(shí)采用，效果更好；當(dāng)w（DS 4412）∶w（ST 5018）=0.7%∶0.5%時(shí)，取得了相當(dāng)于w（DS 4412）=2%（單獨(dú)采用漿內(nèi)添加PAM）的環(huán)壓抗壓強(qiáng)度，由此能夠降低PAM用量約40%。

雖然同時(shí)采用新型PAM漿內(nèi)添加和表面施膠的最佳比例隨紙機(jī)、化學(xué)品的使用及紙張?zhí)匦缘鹊牟煌兓?；但能夠有效提高低定量紙板?qiáng)度的效果是肯定的。

7　總結(jié)

新研發(fā)的具有多支鏈結(jié)構(gòu)、高相對(duì)分子質(zhì)量的PAM干強(qiáng)劑，無論應(yīng)用于漿內(nèi)添加還是表面施膠都顯示了能提高低定量板紙強(qiáng)度的優(yōu)越性能，如同時(shí)應(yīng)用于漿內(nèi)添加和表面施膠，則對(duì)提高低定量紙板的抗壓強(qiáng)度更有效；其同時(shí)使用時(shí)二者的最佳比例應(yīng)根據(jù)紙機(jī)、化學(xué)品的使用及紙張?zhí)匦缘染唧w情況進(jìn)行優(yōu)化。

（杜偉民編譯）