自从1807年伊利(IIIig)首先将松香胶料和明矾一起用于纸张施胶之后,造纸工业就成为世界上消耗松香最多的部门之一。使用松香做成的各种纸张施胶剂可防止墨水浸散,改善强度与平滑度,增加耐磨性,防止过多的吸收润湿水和在印刷时的掉毛。结晶松香不宜于制松香胶,因为结晶体难皂化,在纸张上形成斑点,并且在制造胶料的过程中容易将管道堵塞。
当前,世界上纸张施胶剂已经由酸性转向中性,尽管施胶剂新品种频出,但作为传统的松香系列施胶剂仍为国际上纸张施胶剂的主导。松香系列纸张施胶剂经历了三个阶段:最初是皂化松香胶,目前国内尚大量使用;然后是马来松酸或富马酸改性的强化松香胶,其仍未摆脱皂化胶的范畴;20世纪80年代起国外大量采用完全游离的分散松香胶。松香在造纸工业中的应用在各国都占有相当大的比例,尤其是近年改性松香胶料的使用,使得各种具有特种性能的纸张的制造成为可能。造纸工业的松香用量为1%左右。下面为三个阶段的胶型及制备。
1、皂化松香胶
松香和苛性钠制成松香胶料,与明矾一起加入纸浆中,使松香成为不溶于水的游离松香颗粒,填充在小纤维之间,加强纸张的光滑度和强度,并使纸张不致于太软透水,起防水作用,还能增加对印刷油墨的接受能力。皂化松香胶配方见下表,经此配方所组成的混合物处理的纸张可改善强度和白度。
原料 |
用量/质量份 |
原料 |
用量/质量份 |
缩甲基尿素 |
1--2 |
松香 |
0.5--4 |
二甲基尿素 |
0.5--3 |
荧光增白剂 |
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硫酸锡 |
0.5--1 |
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2、强化松香胶
松香胶起施胶作用的官能基是羧基,所以松香施胶剂中羧基的含量越高,松香胶与纤维的结合点越多,在施胶过程中对纤维覆盖面积就越大,从而有利于提高施胶效能。基于这一理论,将天然松香用马来酸或富马酸(马来酸为顺丁烯二酸,富马酸为反丁烯二酸)改性、再用碱皂化,便可得到强化松香胶。研究和生产实践都证明,强化松香胶的施胶效果比白色松香好得多。由此可见,松香的改性对于提高松香施胶效率起着非常重要的作用。
强化松香的马来酸或富马酸的加成量应控制在3%--5%范围内为宜;富马酸的主要成分为松香酸和富马海松酸;马来松香的主要成分除了松香酸和马来海松酸以外,还有马来海松酸酐和马来海松酸酯;在加成量相同的情况下,富马松香与马来松香相比具有较低的软化点和皂化值,却有较高酸值,有利于改善强化松香胶和分散松香的质量。
3、分散松香胶
分散松香胶是一类由胶粒和作为分散介质的稀水溶液组成的乳状液。优良分散松香胶的平均直径在0.1--0.3µm之间,由松香及其衍生物、表面活性剂和胶体保护层构成。水溶液中含有水溶性高聚物、表面活性剂和水溶性盐类等其他物质。由于乳状液是热力学不稳定体系,影响其稳定的因素很多。
分散松香胶(特别是乳液型松香胶)主要是通过表面活性剂使松香形成一种水包油型的乳液。其特点如下:松香用量(绝干)3%,胶液含量为35%--40%,制胶中可用于天然松香。用高分散松香代替皂胶造纸,可节约松香30%--60%,可在较高PH值下施胶,同时可节约硫酸铝30%以上,并可减轻白水负荷,有利于环境保护,产生综合效益。分散松香胶在日美等国市场占有率已逾八成,从20世纪80年代分散松香胶在我国开始使用到现在,分散松香胶已被各造纸广泛使用。