CN104562845A - 纸张表面施胶液及提升纸张透气阻力的方法 - Google Patents
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Abstract
一种表面施胶液，用于对纸张表面进行施胶，该表面施胶液由天然高分子表面施胶剂、合成高分子表面施胶剂中的至少一种与至少一种含硼化合物组成的物质配制而成，所述天然高分子表面施胶剂包括动物胶、淀粉、石蜡胶中的至少一种，所述合成高分子表面施胶剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺聚氨酯中的至少一种，所述含硼化合物包括硼酸、硼酸盐、氧化硼中的至少一种，所述含硼化合物的添加量为表面施胶剂绝干质量的0.1%-10%。本发明还提供一种利用上述表面施胶液对纸张表面施胶以提升纸张透气阻力的方法。
Description
技术领域
本发明涉及造纸领域，特别涉及一种用于纸张的表面施胶液，以及采用该纸张表面施胶液对纸张进行表面施胶以提升纸张透气阻力的方法。
背景技术
纸张的透气阻力是指在单位压力下，100ml气体通过单位面积的纸张试样所需的时间，单位为s/100ml。透气阻力作为许多纸种重要物理性能指标之一，反映了纸张结构中空隙的多少。减少纸张结构中的空隙，可以提升纸张的透气阻力。纸张在涂布过程中，涂料中的水分及胶粘剂（胶乳及涂布淀粉等）会瞬间扩散和渗透到纸张的空隙中，使得涂层中胶粘剂的量减少，导致涂布纸的涂层强度降低，带来掉粉掉块、涂布纸爆裂加剧等纸病。因此需要将纸张的空隙减少，即提升纸张的透气阻力，来解决上述涂布过程中因透气阻力太低导致的问题。
常用的提升纸张透气阻力的方法通常有以下两种。第一种即提高浆料的打浆度。提高打浆度，使得浆料的细纤维化及分丝帚化更充分，因此会增加纸张中纤维的结合力、降低纸张空隙率，从而提升透气阻力。但是这种方法也有很明显的缺陷，一方面是由于提高打浆度需要提高打浆能耗；另一方面，纸张的松厚度、各项强度指标及不透明度等光学指标随着打浆度的提高而改变，对纸张的品质影响较大。
第二种即提高浆料中针叶木浆的配比。就针叶浆与阔叶浆而言，阔叶木浆成纸疏松多孔，透气性较好，也即透气阻力较低，而针叶木浆成纸紧度较大其自然孔隙率相对较低，透气性较差，也即透气阻力较高。同等成浆质量在不同浆料配比的情况下，提高针叶木浆的配比，可以提高纸张的透气阻力。但这种方法也有很明显的缺陷，即针叶木浆价格高于阔叶木浆，提高针叶木浆配比将大大提高生产成本。
发明内容
本发明旨在提供一种纸张表面施胶液，以及利用该纸张表面施胶液对纸张进行表面施胶以提升纸张的透气阻力的方法。
一种表面施胶液，用于对纸张表面进行施胶，该表面施胶液由天然高分子表面施胶剂、合成高分子表面施胶剂中的至少一种与至少一种含硼化合物组成的物质配制而成，所述天然高分子表面施胶剂包括动物胶、淀粉、石蜡胶中的至少一种，所述合成高分子表面施胶剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺聚氨酯中的至少一种，所述含硼化合物包括硼酸、硼酸盐、氧化硼中的至少一种，所述含硼化合物的添加量为表面施胶剂绝干质量的0.1%-10%。
一种提升纸张透气阻力的方法，包括：
提供由天然高分子表面施胶剂、合成高分子表面施胶剂中的至少一种配制而成的表面施胶液，其中，所述天然高分子表面施胶剂包括动物胶、淀粉、石蜡胶中的至少一种，所述合成高分子表面施胶剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺聚氨酯中的至少一种；
向表面施胶液中加入含硼化合物，混合均匀，其中，所述含硼化合物包括硼酸、硼酸盐、氧化硼中的至少一种，所述含硼化合物的添加量为表面施胶剂绝干质量的0.1%-10%；以及
利用上述步骤中所得的表面施胶液对纸张表面进行施胶。
本发明对常规的表面施胶液进行处理，向其中加入至少一种含硼化合物后配置而成的表面施胶液再对纸张进行施胶，除了工艺简便外，由于是向制备好的表面施胶液中加入含硼化合物，使含硼化合物得以与其中的淀粉等表面施胶剂可以充分接触、混合均匀，有助于含硼化合物的水解，从而与施胶剂中的羟基结合，形成络合物，以有效提升纸张透气阻力。并且，采用使用中后添加含硼化合物的方式，还可以根据实际生产需要，调节含硼化合物的用量，从而满足实际的生产要求。
具体实施方式
表面施胶是指在经过浆内施胶或未经浆内施胶的纸或纸板表面上，涂布均整的薄层胶料，取得憎液性能。用于表面施胶的施胶剂主要有天然高分子表面施胶剂（例如动物胶、淀粉、石蜡胶等）和合成高分子表面施胶剂（例如甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺聚氨酯等）。
常用的表面施胶方法有槽法施胶、辊法施胶、压光施胶、烘缸施胶等。无论采用何种方法，均是将表面施胶剂配置成表面施胶液再将表面施胶液涂布在纸的表面。通过表面施胶能改进纸张的物理强度、耐擦性能、耐久性能、手感性以及纸面平滑度，还能克服纸面起毛、掉粉等缺陷。
本发明提供的表面施胶液乃将常规的表面施胶液进行处理，按照一定比例添加至少一种含硼化合物至表面施胶液中后，再对纸张的两面或单面进行表面施胶，从而提升纸张的透气阻力。应用于本发明中的含硼化合物包括：硼酸、十水合四硼酸钠（简称硼砂）、硼酸锌、硼酸钾等硼酸盐、氧化硼等等。含硼化合物添加量为表面施胶剂绝干质量的0.1%-10%。在使用时，可添加上述添加物的任何一种，也可以添加上述多种添加物的混合物。所谓常规的表面施胶液，是指由天然高分子表面施胶剂或者合成高分子表面施胶剂，或者两者的混合制成的表面施胶液。
换言之，本发明提供的表面施胶液是由天然高分子表面施胶剂、合成高分子表面施胶剂中的至少一种与至少一种含硼化合物组成的物质配制而成。其中，天然高分子表面施胶剂包括动物胶、淀粉、石蜡胶等。淀粉可以是原淀粉，也可以是酶解淀粉或氧化淀粉等改性淀粉。合成高分子表面施胶剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素等纤维素衍生物、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺聚氨酯等。含硼化合物包括硼酸、硼酸盐、氧化硼中的至少一种。硼酸盐可为十水合四硼酸钠（简称硼砂）、硼酸锌、硼酸钾等。
本发明提供的提升纸张的透气阻力的方法，具体步骤即为，先提供由天然高分子表面施胶剂、合成高分子表面施胶剂中的至少一种配制而成的表面施胶液，再向表面施胶液中加入含硼化合物，混合均匀，然后利用上述步骤中所得的表面施胶液对纸张表面进行施胶。
其中，所述天然高分子表面施胶剂包括动物胶、淀粉、石蜡胶中的至少一种，所述合成高分子表面施胶剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺聚氨酯中的至少一种；所述含硼化合物包括硼酸、硼酸盐、氧化硼中的至少一种。硼酸盐可为硼砂、硼酸锌、硼酸钾等，可视需求添加其中的至少一种。所述含硼化合物的添加量为表面施胶剂绝干质量的0.1%-10%。
本发明提供的表面施胶液由于具有含硼化合物，能够增加表面施胶液的粘度，从而可使表面施胶剂最大程度的用于填补纸表面的空隙，使纸张的透气阻力得以提升。
硼砂为无色半透明单斜晶体，水解时以硼氧为中心离子，能与施胶剂中的羟基结合，形成络合物，从而使施胶液的粘度增大。硼酸为白色结晶性粉末或无色微带珍珠状光泽的磷片或六角三斜结晶。硼酸通过交联键羟基极大地改善了施胶强度，提升表面施胶液的成膜性能。硼酸锌、硼酸钾等其他类型的硼酸盐含有四硼酸根，在四硼酸根中有两个BO3平面三角形和两个BO4四面体通过共用角顶O原子而联结起来。以此为中心与施胶剂中的羟基结合，增加了施胶强度，提升表面施胶液的成膜性能。氧化硼中具有由许多三角形BO3单元通过共用氧原子部分有序连接而成的网络结构，其中以硼氧相间的六元环B3O3占优势。该六元环中，硼原子为三配位，氧原子为二配位。通过此种结构与施胶剂结合，可提高、改善施胶效果，提升表面施胶液成膜性能。
本发明的优势体现在：一、在表面施胶液中加入含硼化合物，其加入量很小就能很明显的提升纸张的透气阻力。操作方便简单、同时纸张透气阻力的提升效果明显。二、在表面施胶液中加入含硼化合物，只是对表面施胶液的处理，因此对纸张的松厚度、各项强度、不透明度等纸张物性指标没有影响，即不会对纸张的品质有任何负面的影响。
以下将以不同的对照实验组进一步说明本发明。
实例1：
将酶解淀粉配制成表面施胶液。再将硼砂配制成3%浓度的溶液，然后加入至表面施胶液中，混合均匀，硼砂的添加量为酶解淀粉的绝干质量的0.1%。然后分别用上述添加硼砂后的表面施胶液和没有添加硼砂的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶实验。表面施胶前，两组纸张的原料、物理性能等均为相同。施胶后对两组纸张进行相关测试，实验结果如下表所示。其中对照组为采用没有添加硼砂的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶的实验数据。
由下表可见，采用添加0.1%的硼砂的表面施胶液进行表面施胶的纸张其透气阻力具有更好的表现。
| 方案 | 对照组 | 添加0.1%硼砂 |
| 基重g/m2 | 72.9 | 73.5 |
| 透气阻力s/100ml | 108.3 | 114.4 |
实例2：
将酶解淀粉配制成表面施胶液。再将硼砂配制成3%浓度的溶液，加入至表面施胶液中，混合均匀，硼砂的添加量为酶解淀粉绝干质量的10%。然后分别用上述添加硼砂后的表面施胶液和没有添加硼砂的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶实验。表面施胶前，两组纸张的原料、物理性能等均为相同。施胶后对两组纸张进行相关测试，实验结果如下表所示。其中对照组为采用没有添加硼砂的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶的实验数据。
由下表可见，采用添加10%的硼砂的表面施胶液进行表面施胶的纸张其透气阻力具有明显的改善。通过实例2与实例1的对比，可以发现硼砂添加量变大后，其所得的表面施胶纸的透气阻力也随即变大。
| 方案 | 对照组 | 添加10%硼砂 |
| 基重g/m2 | 72.9 | 73.6 |
| 透气阻力s/100ml | 108.3 | 260.5 |
实例3：
将氧化淀粉配制成表面施胶液。再将硼砂及硼酸锌分别配制成3%浓度的溶液，按1:9的绝干质量比混合，加入至表面施胶液中。
含硼化合物（也即硼砂及硼酸锌的混合物）的总添加量为氧化淀粉绝干质量的0.1%。
然后分别用上述添加含硼化合物后的表面施胶液和没有添加含硼化合物的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶实验。表面施胶前，两组纸张的原料、物理性能等均为相同。施胶后对两组纸张进行相关测试，实验结果如下表所示。其中对照组为采用没有添加含硼化合物的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶的实验数据。
由下表可见，采用添加0.1%的硼砂及硼酸锌的混合物的表面施胶液进行表面施胶的纸张其透气阻力具有更好的表现。
| 方案 | 对照组 | 添加0.1%含硼化合物 |
| 基重g/m2 | 72.9 | 74.0 |
| 透气阻力s/100ml | 108.3 | 112.6 |
实例4：
将氧化淀粉配制成表面施胶液。再将硼砂及硼酸锌分别配制成3%浓度的溶液，按9:1的绝干质量比混合，加入至表面施胶液中。
含硼化合物（也即硼砂及硼酸锌的混合物）的总添加量为氧化淀粉绝干质量的0.1%。
然后分别用上述添加含硼化合物后的表面施胶液和没有添加含硼化合物的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶实验。表面施胶前，两组纸张的原料、物理性能等均为相同。施胶后对两组纸张进行相关测试，实验结果如下表所示。其中对照组为采用没有添加含硼化合物的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶的实验数据。
由下表可见，采用添加0.1%的硼砂及硼酸锌的混合物的表面施胶液进行表面施胶的纸张其透气阻力具有更好的表现。通过实例4与实例3的对比，可以发现硼砂及硼酸锌在总添加量均为0.1%的前提下，改变硼砂及硼酸锌的配比对纸张的透气阻力的影响不大。
| 方案 | 对照组 | 添加0.1%含硼化合物 |
| 基重g/m2 | 72.9 | 73.9 |
| 透气阻力s/100ml | 108.3 | 112.4 |
实例5：
将酶解淀粉配制成表面施胶液。再将硼砂及硼酸锌分别配制成3%浓度的溶液，按1:9的绝干质量比混合，加入至表面施胶液中。
含硼化合物（也即硼砂及硼酸锌的混合物）的总添加量为酶解淀粉绝干质量的5%。
然后分别用上述添加含硼化合物后的表面施胶液和没有添加含硼化合物的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶实验。表面施胶前，两组纸张的原料、物理性能等均为相同。施胶后对两组纸张进行相关测试，实验结果如下表所示。其中对照组为采用没有添加含硼化合物的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶的实验数据。
由下表可见，采用添加5%的硼砂及硼酸锌（绝干质量比1:9）的混合物的表面施胶液进行表面施胶的纸张其透气阻力具有更好的表现。
| 方案 | 对照组 | 添加5%含硼化合物 |
| 基重g/m2 | 72.9 | 73.8 |
| 透气阻力s/100ml | 108.3 | 115.4 |
实例6：
将氧化淀粉配制成表面施胶液。再将硼砂及硼酸锌分别配制成3%浓度的溶液，按9:1的绝干质量比混合，加入至表面施胶液中。
含硼化合物（也即硼砂及硼酸锌的混合物）的总添加量为氧化淀粉绝干质量的5%。
然后分别用上述添加含硼化合物后的表面施胶液和没有添加含硼化合物的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶实验。表面施胶前，两组纸张的原料、物理性能等均为相同。施胶后对两组纸张进行相关测试，实验结果如下表所示。其中对照组为采用没有添加含硼化合物的表面施胶液对纸张进行双面表面施胶的实验数据。
由下表可见，采用添加5%的硼砂及硼酸锌（绝干质量比9:1）的混合物的表面施胶液进行表面施胶的纸张其透气阻力具有明显的改善。通过实例6与实例5的对比，可以发现硼砂及硼酸锌在总添加量均为5%的前提下，改变硼砂的配比比例对纸张的透气阻力的影响较大。
| 方案 | 对照组 | 添加5%含硼化合物 |
| 基重g/m2 | 72.9 | 73.6 |
| 透气阻力s/100ml | 108.3 | 252.8 |
本发明在纸张的表面施胶液中加入至少一种含硼化合物，充分混合后再对纸张进行表面施胶，方法简单易行，并且对纸张的松厚度、各项强度、不透明度等指标没有任何影响。同时加入的这种含硼化合物其添加量只要为表面施胶液绝干质量的0.1%-10%，纸张的透气阻力就可以得到明显的提升效果。
本发明对常规的表面施胶液进行处理，向其中加入至少一种含硼化合物后配置而成的表面施胶液再对纸张进行施胶，除了工艺简便外，由于是向制备好的表面施胶液中加入含硼化合物，使含硼化合物得以与其中的淀粉等表面施胶剂可以充分接触、混合均匀，有助于含硼化合物的水解，从而与施胶剂中的羟基结合，形成络合物，以有效提升纸张透气阻力。并且，采用使用中后添加含硼化合物的方式，还可以根据实际生产需要，调节含硼化合物的用量，从而满足实际的生产要求。
Claims (10)
1.一种表面施胶液，用于对纸张表面进行施胶，该表面施胶液由天然高分子表面施胶剂、合成高分子表面施胶剂中的至少一种与至少一种含硼化合物组成的物质配制而成，所述天然高分子表面施胶剂包括动物胶、淀粉、石蜡胶中的至少一种，所述合成高分子表面施胶剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺聚氨酯中的至少一种，所述含硼化合物包括硼酸、硼酸盐、氧化硼中的至少一种，所述含硼化合物的添加量为表面施胶剂绝干质量的0.1%-10%。
2.如权利要求1所述的表面施胶液，其特征在于：所述硼酸盐为硼砂、硼酸锌、硼酸钾中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的表面施胶液，其特征在于：由酶解淀粉和硼砂配制而成，硼砂的添加量为酶解淀粉的绝干质量的0.1%或10%。
4.如权利要求1所述的表面施胶液，其特征在于：由氧化淀粉、硼酸锌和硼砂配制而成，硼砂和硼酸锌绝干质量比为1:9，硼砂和硼酸锌的总添加量为氧化淀粉的绝干质量的0.1%。
5.如权利要求1所述的表面施胶液，其特征在于：由氧化淀粉、硼酸锌和硼砂配制而成，硼砂和硼酸锌绝干质量比为9:1，硼砂和硼酸锌的总添加量为氧化淀粉的绝干质量的0.1%。
6.如权利要求1所述的表面施胶液，其特征在于：由酶解淀粉、硼酸锌和硼砂配制而成，硼砂和硼酸锌绝干质量比为1:9，硼砂和硼酸锌的总添加量为酶解淀粉的绝干质量的5%。
7.如权利要求1所述的表面施胶液，其特征在于：由氧化淀粉、硼酸锌和硼砂配制而成，硼砂和硼酸锌绝干质量比为9:1，硼砂和硼酸锌的总添加量为氧化淀粉的绝干质量的5%。
8.一种提升纸张透气阻力的方法，包括：
提供由天然高分子表面施胶剂、合成高分子表面施胶剂中的至少一种配制而成的表面施胶液，其中，所述天然高分子表面施胶剂包括动物胶、淀粉、石蜡胶中的至少一种，所述合成高分子表面施胶剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺聚氨酯中的至少一种；
向表面施胶液中加入含硼化合物，混合均匀，其中，所述含硼化合物包括硼酸、硼酸盐、氧化硼中的至少一种，所述含硼化合物的添加量为表面施胶剂绝干质量的0.1%-10%；以及
利用上述步骤中所得的表面施胶液对纸张表面进行施胶。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述硼酸盐为硼砂、硼酸锌、硼酸钾中的一种或多种。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于：将含硼化合物先配制成溶液，再将含硼化合物溶液加入表面施胶液中。
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