Введение:

С развитием современной науки и техники все более широкими становятся области применения бумаги, некоторые из которых требуют нанесения и обработки под действием воды. Например, морская тарловая бумага, специальная картографическая бумага, денежная бумага, бумага для рекламных плакатов, гигроскопическая хлопковая бумага, скатерть, промышленная фильтровальная бумага, фотобумага-основа, фильтровальная бумага для чая и т. д.

Необходимо придать бумаге такого рода характеристики прочности во влажном состоянии, то есть добавление агентов, повышающих влагопрочность, во время процесса изготовления бумаги или в процессе отделки, чтобы придать бумаге определенную прочность во влажном состоянии.

Что такое влагопрочный агент?

Волокна гидрофильны. После смачивания бумаги вода погружается между макромолекулами целлюлозы, обрывая исходные водородные связи бумаги и соединяя их через водные мостики, тем самым сильно снижая прочность бумаги.

Обычно бумага, полностью смоченная водой, может сохранять лишь от 4% до 10% своей первоначальной прочности в сухом состоянии.

В этот момент форма бумажной страницы будет повреждена при незначительном внешнем воздействии.

Вообще говоря, армирующий агент, который может поддерживать прочность в сухом состоянии на уровне более 15% исходной бумаги после полного пропитывания бумаги водой, называется армирующим агентом для влажной бумаги, также известным как агент для повышения прочности во влажном состоянии.

Как работает агент для повышения прочности во влажном состоянии?

В настоящее время существует два механизма агентов прочности во влажном состоянии: а именно, теория защиты и теория усиления.

Согласно теории защиты, после добавления влагопрочного агента химическая сшивка между смолами образует сетчатую структуру, обернутую вокруг гемицеллюлозы. Это химическое сшивание не гидролизуется, что предотвращает поглощение воды и набухание гемицеллюлозы и облегчает снижение прочности бумаги во влажных условиях.

Согласно теории повышения прочности, добавление агента, повышающего влагопрочность, образует химическую связь с волокном и в то же время усиливает внутреннюю водородную связь. Термореактивные смолы содержат высокоактивные функциональные группы, образующие ковалентную связь с гидроксильными группами в волокнах. Ковалентные связи не разрушаются при смачивании бумаги.

Вышеуказанные две теории не противоречат друг другу. Для многих агентов, повышающих прочность во влажном состоянии, эти две теории часто работают одновременно.

Какие усилители обычно используются ?

В настоящее время армирующими агентами, используемыми в бумажной промышленности, являются в основном полиамидэпихлоргидриновая смола (далее именуемая смола ПАЭ), меламиноформальдегидная смола (далее именуемая MF-смола) и мочевиноформальдегидная смола (далее именуемая UF-смола).

Полиамид-эпихлоргидрин (ПАЭ): смола ПАЭ является термореактивной и может быть полимеризована в водорастворимую при нагревании. Поэтому температура хранения должна быть ниже 30 ℃. ПАЭ необходимо хранить в кислой среде, чтобы предотвратить образование эпоксидных групп, и во время использования следует добавлять щелочь.

Эпоксидная смола и гидроксил волокна образуют сшитую структуру, обеспечивающую необходимую прочность во влажном состоянии. Когда значение pH раствора больше 5,0, в разбавленном растворе образуется гель. Чтобы сохранить стабильность смолы, смолу ПАЭ следует подкислить до pH 3,5–6,0 в конце приготовления.

Смола PAE может выбрать анионный армирующий агент, чтобы поделиться с ней, что может легко произвести армирующий эффект. Эффективными анионными смолами являются АПАМ и карбоксиметилцеллюлоза или анионный латекс.

Мочевиноформальдегидная смола (UF): Мочевиноформальдегидная смола представляет собой смолистое вещество, образованное поликонденсацией CO (NH2) 2 и формальдегида (CH2O). В процессе поликонденсации молекулярная масса увеличивается, вязкость реакционной среды непрерывно увеличивается, и реакция продолжается. Смола становится нерастворимой в воде. Следовательно, реакция поликонденсации может привести к получению водорастворимых и растворимых в органических растворителях продуктов в соответствии с контролируемыми условиями.

Карбамидоформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы широко используются в промышленности. Помимо придания прочности бумаге, они также могут повысить ее износостойкость, устойчивость к складыванию, удлинение, прочность на разрыв во влажном состоянии и устойчивость к усадке полотна.

Эксперименты показали, что при использовании меламиновой смолы в баке, чем короче время отверждения смолы, тем выше прочность во влажном состоянии. Разница в прочности во влажном состоянии увеличивается с увеличением количества добавляемой смолы.

При использовании смолы в резервуаре соотношение аминогруппы и формальдегида влияет на эффективность прочности во влажном состоянии. Чем выше содержание формальдегида, тем выше эффективность влагопрочности.

Меламиновая смола (MF): Меламиновая смола относится к смолистому веществу, образованному поликонденсацией меламина C3N3 (NH2) 3 и формальдегида (CH2O).

Его свойства аналогичны свойствам мочевиноформальдегидной смолы, обе из которых относятся к категории аминосмол.

Он может реагировать с шестью молекулами формальдегида с образованием гексаметилмеламина.

Нанесение водорастворимой меламиновой смолы на целлюлозу в венчике может повысить прочность бумаги во влажном состоянии.

Из-за разного заряда меламиновой смолы и волокон целлюлозы смола прилипает к поверхности волокон из-за электростатического притяжения. Таким образом, увеличивается сила связывания между волокнами и уменьшается деформация бумаги.

Кроме того, в мякоти содержится меламиновая смола, уменьшающая набухание волокон. Это основная причина меньшей деформации бумаги в сухой и влажный периоды. Уменьшение деформации набухания означает увеличение прочности во влажном состоянии.

Полиэтиленимин (ПЭИ): оригинальный метод производства мономера полиэтиленимина заключается в реакции этаноламина с серной кислотой с образованием аминоэтилсерной кислоты. Затем это будет реализовано добавлением щелочи для превращения ее в этиленимин, регулированием реакции полимеризации и использованием различных кислотных катализаторов. Токсичность мономера очень сильна, но полимер является безопасным веществом.

Механизм действия полиэтиленимина аналогичен действию анионных смол UF и MF, но полученный уровень прочности во влажном состоянии ниже, чем у термореактивных смол.