增强剂在造纸工业中的应用

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1、增强剂在造纸工业中的应用纸张的强度性质包括抗张强度、撕裂强度、耐破强度等是衡量纸页质量的重要参数，一般工业用纸及生活用纸均要求纸页有一定的强度。影响纸页强度的最重要的因素是纤维结合力（包括氢键结合力、化学键结合力、极性键吸引力、表面交织力）。纸张是具有层状结构，平面内纤维杂乱排列，相互交错，并以二维取向为主，层与层之间结合主要*分子间力和氢键，但作用点数目远小于层内。在纸平面内，纤维素分子链之间通过氢键结合二相互连接，通过打浆作用使纤维束分离、分丝、甚至切断成短纤维，使纤维与纤维之间的结合点增加，从而赋予纸页一定的强度。但是由于纤维素纤维实际上是由分子链刚性很强的纤维素聚集而成的，分子链间及分

2、子束间的物理缠结作用很小，使纸页层与层之间的结合力较小，因此这种*打浆赋予纸页的强度是有限的，需要添加助剂来提高纸页的强度。添加助剂后由于助剂颗粒表面极性较大，和纤维形成较强的范德华力，可使纸页强度提高，以满足工业中和生活中对不同纸张性能的要求。根据水对纸页强度的影响大小，可将纸页的强度分别用干强度和湿强度来表示，相应的助剂则为干强剂和湿强剂。一干强剂许多水溶性的与纤维能形成氢键结合的高聚物都可以成为干强剂。早期使用的干强剂有淀粉和天然植物胶；后来发展了淀粉衍生物，如氧化淀粉、阳离子淀粉、阴离子淀粉和两性淀粉等；水溶性纤维素衍生物，如羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟乙基纤维素等，均有效的提高了纸张

3、的干强度。五十年代后期将聚丙烯酰胺、聚胺等高分子聚合物、水溶性树脂应用于造纸工业中，取得了更好的增强作用。（一）干强的产生机理和干强剂的增强机理氢键结合力是纸页结合强度产生的主要方式，纤维素分子的羟基相当多，假如一根微纤维是由300~500个葡萄糖单元组成，每个葡萄糖基上由三个羟基，则共有900~1500个羟基，所以由无数微纤维相互之间形成的氢键结合力是很大的。干强剂从分子结构的的特点来看都是含有多羟基的高分子聚合物。干强剂的增强机理主要有以下几种：（1）、干强剂分子中的氢键形成基团与纤维表面的羟基形成氢键，氢键结合点越多，结合力越强。（2）、干强剂往往也是分散剂，能使浆中纤维分布更均匀，导致

4、纤维间及纤维与高分子间结合点增加，从而提高干强度。因此所有干强剂均要求具有一定分子量和活性基团，可与纤维的羟基形成氢键结合，以达到增强纸页的要求。（二）常用的干强剂理想的干强剂尽量为线性大分子，相对分子量应较大，具有成膜能力，对纤维有足够的粘合强度并能在纤维间架桥；分子链上应有较多的正点荷中心和羟基，便于和纤维形成静电结合和氢键。1淀粉衍生物淀粉衍生物是目前常用的一种干强剂。原淀粉对提高纸的干强度作用不大，一般要对淀粉进行改性，生成淀粉衍生物。淀粉衍生物一般用量在1%以下。（1）阴离子淀粉阴离子淀粉是由于在淀粉分子链上引入了较大亲水性的取代基，使该性淀粉的水溶液在室温下可长期保存，而不会形成凝

5、胶，且具有良好的稳定性和透明度，可调性较好，成膜性和粘合性也较好。氧化淀粉是应用最广泛且易得的改性淀粉。加入纸浆中可与纤维形成配位键桥，从而使纸页强度增加。造纸工业中常用的是次氯酸盐氧化淀粉，其改性方法是：在少量氢氧化钠存在下以天然淀粉的水悬浮液（固含量30~40%）和次氯酸盐作用生成氧化淀粉。磷酸酯淀粉也具有明显的补强作用，加入后可使耐折度、拉毛速度、裂断长、挺度相应提高。磷酸酯淀粉还可与阳离子聚季铵盐结合使用，和纤维、填料发生吸附作用而留着在纸页中，增加纤维之间、纤维与填料之间的结合力，从而提高纸页强度。（2）阳离子淀粉干强剂阳离子淀粉是美国六十年代开发并得到发展的一种改性淀粉，其制备方法

6、是将淀粉在碱性催化剂作用下，加温与含氮醚化剂反应，使其在结构中引进季铵与叔胺基，从而使淀粉具有阳离子性。阳离子化淀粉带有阳电荷，可直接与带有阴电荷的纤维紧密结合形成较强的纤维结合强度，从而使纸张的强度提高。阳离子淀粉对纤维有极强的吸附力，季铵盐型淀粉几乎可去全部与纤维发生吸附。阳离子淀粉在浆中与纤维、填料和其它添加剂之间起着离子桥的作用，可优先吸附与细小纤维上，提高细小纤维和填料的留着率，并通过长纤维包围细小纤维，形成内聚网络，改善纸的强度，改进印刷性能。一般用作增强剂的阳离子淀粉取代度较低。（3）两性离子淀粉增强剂两性离子淀粉分子链上既有阳离子基又有阴离子基。阴离子基可与浆中其它阳离子助剂结

7、合沉淀。也可通过铝离子与纤维形成配位键，有助于消除体系中有碍于淀粉吸附在纤维上的阳离子，并对阳离子基起保护作用，从而使淀粉中的阳离子基不会发生过早的反应或被中和掉；阳离子基则可直接和纤维结合。两性淀粉能明显增加干强度。加入少量两性淀粉即可显示明显的增强效果：加入量为0.5%时，裂断长可提高25%左右，耐折度提高约80%，耐破度可提高约32%。加大两性淀粉的用量，可满足更高的强度要求。常用作干强剂的