殼聚糖表面施膠劑在印刷書寫紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

高鑫棟，張 鵬，禹宏揚

（駐馬店市白云紙業(yè)有限公司，駐馬店 463100）

表面施膠是在紙張表面均勻涂覆一層膠料，再經(jīng)干燥形成膠膜的紙張改性方式。該方式不僅能夠提高紙張的強度，也能通過改變施膠劑種類使其相應(yīng)的性能（憎液性、耐久性、平滑度等）得以提升[1-2]。對于印刷書寫紙，紙張親疏水性對其用途的影響很大。一般情況下，常規(guī)筆記本用紙張多為抗水性薄頁紙，采用的是抗水型表面施膠劑，以使得紙張具有適宜的表面吸收性能，確保書寫流暢、不透印的書寫效果。對于印刷用途的紙張，則采用增強型表面施膠劑，主要目的是減少印刷過程中的掉毛、掉粉現(xiàn)象，以確保印跡清晰、顏色鮮艷[3]。

駐馬店白云紙業(yè)有限公司為了滿足印刷企業(yè)提升高克重紙張的印刷性能、降低施膠劑成本的要求，試用了一種新型的水溶性殼聚糖表面施膠劑。該施膠劑的主要成分是殼聚糖和淀粉載體。水溶性殼聚糖具有獨特的理化特性，其為2-氨基-D-葡萄糖通過β-1，4-糖苷鍵連接形成的鏈狀高分子，結(jié)構(gòu)中無分支，類似纖維素的衍生物，在分子鏈上分布著許多氨基，可與淀粉羥基形成較強的氫鍵。在施膠后，施膠劑隨紙幅進入干燥部，脫水形成強韌網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可賦予紙張極佳的表面強度。此外，此類產(chǎn)品的施加還可降低紙張的透氣度、提高防潮性能。由于該產(chǎn)品的主要成分均為食品級原料，無毒、無味，且含有超低的揮發(fā)性有機物（VOC），符合企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要[4-6]。

本研究在表面施膠工藝中使用水溶性殼聚糖表面施膠劑代替原有的增強型表面施膠劑，在保證成紙表面吸收性指標(biāo)和表面強度指標(biāo)的前提下，對比了成紙的印刷性能及成本變化。

1 實驗

1.1 主要原料

陽離子玉米淀粉，白度88%，取代度0.029，購自山東諸城某企業(yè)；烷基烯酮二聚體（AKD）中性施膠劑，為白云紙業(yè)自主生產(chǎn)，固含量18%，pH2～4；增強型表面施膠劑，主要成分苯乙烯丙烯酸聚合物，外觀為淺灰色水性乳液，固含量25%，黏度≤100 mPa·s，購自河南濮陽某企業(yè)；水溶性殼聚糖固體表面施膠劑，購自日本某企業(yè)，外觀為淡棕黃色粉狀，含水量≤6.0%，最佳用量是淀粉的0.2%，可與水任意比互溶。

1.2 實驗方法

1.2.1 殼聚糖表面施膠劑的配制

固體殼聚糖表面施膠劑在使用前需溶解，制備方法：準(zhǔn)備帶攪拌器的1000 kg容器（噸桶），加入50 kg表面施膠劑、10 kg硫酸鋁，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%加水，靜置浸泡10 min后，用100目網(wǎng)過濾，置于儲存槽中備用。

1.2.2 紙機參數(shù)及施膠工藝

實驗采用白云紙業(yè)8#紙機，系福伊特高速紙機，幅寬5280 mm，車速1350 m/min，年產(chǎn)量22萬t，可用于生產(chǎn)印刷書寫紙、熱敏原紙、雙面淋膜紙和純質(zhì)紙。

表面施膠采用膜轉(zhuǎn)移施膠工藝，這是一種與傳統(tǒng)雙輥堰池施膠壓榨不同的棒式施膠技術(shù)，經(jīng)計量輥的控制，膠料以設(shè)定用量涂在施膠輥上，形成均勻的料膜，當(dāng)紙幅通過兩個相向轉(zhuǎn)動的施膠輥壓區(qū)時，膠膜轉(zhuǎn)移到紙幅上[7-8]。由于膠料用量經(jīng)過了預(yù)計量，料膜薄而均勻，在壓區(qū)紙幅承受的水力壓力減小，減少了斷頭，提高了紙機的運行效率。

圖1為表面施膠工藝流程圖。表1為膜轉(zhuǎn)移施膠的主要設(shè)備參數(shù)。

圖1 表面施膠工藝流程圖

表1 膜轉(zhuǎn)移施膠的主要設(shè)備參數(shù)

1.2.3 其他工藝參數(shù)和考察指標(biāo)

設(shè)定生產(chǎn)68 g/m2印刷書寫紙，選用漿料的質(zhì)量配比為m（針葉漿）∶m（闊葉漿）∶m（化機漿）=28%∶32%∶40%。固體表面施膠劑為反應(yīng)型AKD，紙張下機后105℃烘箱熟化10 min。

主要對比采用不同施膠工藝時的成紙表面強度和表面吸收性指標(biāo)，同時考察成紙的色相指標(biāo)及化學(xué)品消耗情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 成紙性能指標(biāo)

表2為采用8#紙機生產(chǎn)定量為68 g/m2本白產(chǎn)品時的施膠劑用量及成紙性能。

由表2可以看出，與傳統(tǒng)的苯丙類增強型表面施膠劑相比：（1）灰分基本穩(wěn)定的前提下，成紙表面強度和裂斷長數(shù)據(jù)得到提升，正/反表面強度分別提高0.15 m/s和0.10 m/s，縱向和橫向裂斷長分別提高0.05 km和0.09 km。這是由于施膠劑中的氨基能夠與淀粉的羧基形成較強的氫鍵結(jié)合，在紙張表面形成一層強韌的膜，因而具有更好的表面強度。（2）改變表面施膠劑工藝前后的成紙表面吸收性穩(wěn)定[3]。（3）成紙白度及色度值較穩(wěn)定。雖然殼聚糖表面施膠劑為淡棕黃色粉末，但由于添加量較小，對成紙色相的影響可以忽略。

表2 表面施膠劑用量及成紙性能

2.2 成本分析

因為其他生產(chǎn)工藝沒有變化，僅是改變施膠劑種類和用量，所以只需對比不同工藝時的施膠劑成本。表3為使用殼聚糖表面施膠劑前后的成本對比。在使用殼聚糖表面施膠劑前，生產(chǎn)1 t紙的增強型表面施膠劑用量為4.6 kg，AKD中性施膠劑用量為12.4 kg，施膠劑的總成本為47.35元。在使用殼聚糖表面施膠劑后，生產(chǎn)1 t紙的殼聚糖表面施膠劑用量為0.10 kg，AKD中性施膠劑用量10.2 kg，施膠劑的總成本為31.90元，減少15.45元。

表3 使用殼聚糖表面施膠劑前后的成本對比

3 結(jié)束語

本企業(yè)通過應(yīng)用水溶性殼聚糖固體表面施膠劑改善了成紙的表面強度，提高了其印刷適應(yīng)性；同時，也降低了化學(xué)品消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。結(jié)果表明：在成紙灰分保持穩(wěn)定的前提下，正/反表面強度分別提高0.15 m/s和0.10 m/s，縱向和橫向裂斷長分別提高0.05 km和0.09 km；在改善產(chǎn)品性能的同時，生產(chǎn)1 t紙的AKD中性施膠劑用量減少了2.2 kg，可節(jié)約生產(chǎn)成本15.45元。同時，由于殼聚糖表面施膠劑更加環(huán)保，在滿足企業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要的同時，可以為企業(yè)帶來了顯著的環(huán)境效益。