应用 | 固体胶对瓦楞原纸疏水性能的影响

研究背景

瓦楞原纸是纸质包装材料的重要组成部分，因其具有价廉、质轻、易加工、印刷适性好、制造的纸质包装结构简单、防冲抗压强度大等众多优点，近年来需求量一直稳步上升。环压强度和疏水性能是瓦楞原纸生产企业最为关注的两项指标，然而国内多用废纸生产瓦楞原纸，其机械强度较差。实践表明，在淀粉糊化液中添加助剂对纸张进行表面施胶，是同时提高纸张环压强度和疏水性能的有效方法。

因此，本研究针对一种固体胶在瓦楞原纸表面施胶的实际应用，采用多种手段（包括水滴消失时间的测定、动态接触角的测定等)，综合考察固体胶替代部分淀粉进行表面施胶对瓦楞原纸疏水性能和结构性能的影响，以期为相关企业生产质量更优、综合成本更合理的瓦楞原纸产品提供一定的技术参考。

实验仪器

本文采用德国KRÜSS DSA100接触角分析仪对样品疏水性能进行评价。

KRÜSS DSA100接触角测量仪

结论与讨论

水滴消失时间和接触角

对纸张疏水性能的评价，同时考虑了水对纸张的润湿和渗透作用。用胶头滴管在纸张表面滴一滴水滴并立即启动秒表，测定水滴在纸张表面的消失时间，用肉眼即可观察水滴润湿与渗透纸张过程，是一种十分简便的方法，结果如图1所示。从图1可见，随着固体胶用量的增加，水滴消失时间总体呈延长趋势。当固体胶用量从0增加到40%时，水滴消失时间从100% 淀粉施胶纸张的约30 s延长至2~3 h，纸张的疏水性能得到了显著提高。

利用测定水滴消失时间的简易方法时，还可以观察到水滴在纸张表面形成的接触角大小，甚至接触角随时间的变化，但难以定量化。因此，采用接触角测定仪进一步测定。将接触角测定仪设置为在纸张表面自动滴25~30 µL的水滴，然后测量和记录60 s内接触角的变化。

图2 纸张表面60 s内接触角变化图 

以100%淀粉施胶及40%固体胶复配施胶为例，用拍照的方式记录水滴润湿与渗透纸张的过程，结果如图2所示。从图3可见，100% 淀粉表面施胶纸张（见图 2(a)），从水滴接触纸面（0 s）开始，随着时间的延长，接触角逐渐减小的趋势明显，而且可以看到水滴润湿纸张表面后，会逐渐渗透到纸张内部；40% 固体胶复配施胶后的纸张（见图 2(b)），其接触角大（实测数值为 120°），且水滴可以较稳定地存在，即其润湿和渗透纸张的作用不明显，说明用该复配体系进行表面施胶能在纸张表面形成很好的疏水层。

小结

本研究将固体胶和淀粉以不同质量比复配获得施胶液，对瓦楞原纸进行表面施胶，采用多种分析手段综合考察固体胶用量对瓦楞原纸疏水性能和结构性能的影响。随着固体胶取代淀粉的质量比从0增加到40%，接触角从43.6°增大到120.2°，水滴渗透时间从30 s延长到3 h，水分渗透到纸张纤维内部的速度明显下降，说明固体胶可显著提高纸张的疏水性能。淀粉-固体胶复配体系改善纸张施胶效果时，主要依靠固体胶和淀粉形成表面能更低的复合物，减小水对纸张表面的润湿和渗透作用；使用固体胶复配施胶液有助于形成更为致密的纸张结构及更为平整的施胶层，降低纸张平均孔径、孔隙率及表面粗糙度，由此减少纸张对水分的吸收。 

[1]柳云雷,王立军,陈南男等.固体胶对瓦楞原纸结构和疏水性能的影响[J].中国造纸,2023,42(06):48-55.