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第42卷 第23期 包 装 工 程2021年12月PACKAGING ENGINEERING ·8·收稿日期：2021-04-30基金项目：国家自然科学基金（32071722）作者简介：王雄（1996—），男，硕士生，主攻植物纤维化学。
通信作者：王鹏（1979—），男，教授，主要研究方向为植物纤维化学及植物纤维基复合材料。
双醛纤维素的制备及其对纸张强度的增强王雄a ，彭文垚a ，王鹏a,b（湖北工业大学 a.材料与化学工程学院 b.绿色轻工材料湖北省重点实验室，武汉 430068） 摘要：目的 采用球磨降低纤维素的结晶度，制备纤维素超细粉体；采用高碘酸钠氧化球磨后的纤维素，制备出双醛纤维素；利用双醛纤维素改善纸张的抗张强度。
方法 以微晶纤维素为原料，通过球磨粉碎处理，制备出微晶纤维素超细粉体。
利用红外光谱、核磁光谱、X 射线衍射和扫描电镜对不同处理时间的样品进行表征；利用高碘酸钠对球磨粉碎后的微晶纤维素超细粉体进行选择性氧化，制备双醛纤维素超细粉体；将双醛纤维素超细粉体加入纸浆中，研究其对纸张强度的影响。
结果 微晶纤维素经球磨粉碎后，结晶区被破坏，结晶度下降，会形成大小不一的超细粉状；纸张中双醛纤维素超细粉体的质量分数分别为0.8%和1.0%时，纸张干、湿强度提高到最大；微晶纤维素超细粉体与高碘酸钠的质量比为1∶3时，纸张湿抗张强度效果较好，从1.9 Nꞏm/g 增加至2.32 Nꞏm/g ，提高了22.1%。
结论 微晶纤维素超细粉体经高碘酸钠氧化后，纤维表面产生了大量醛基，在抄纸过程中会与纤维表面上的羟基形成半缩醛结构，使纸张的干、湿抗张强度得到改善。
关键词：双醛纤维素；微晶纤维素；球磨粉碎；纸张强度中图分类号：TQ31 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2021)23-0008-07DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2021.23.002 Preparation of Dialdehyde Cellulose and Its Enhancement Effects on Paper StrengthWANG Xiong a , PENG Wen-yao a , WANG Peng a,b(a.School of Materials and Chemical Engineering b.Hubei Provincial Key Laboratory of Green Materials forLight Industry, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China) ABSTRACT: The work aims to reduce the crystallinity of cellulose by ball milling to prepare cellulose ultrafine powder and produce dialdehyde cellulose by oxidation of milled cellulose with sodium periodate, so as to improve the strength of paper with dialdehyde cellulose. Microcrystalline cellulose was milled by ball milling to prepare cellulose ultrafine powder. The cellulose ultrafine powder samples treated for different time were characterized by IR, NMR, XRD and SEM. Dialdehyde cellulose ultrafine powder was prepared through the selective oxidation of the ultrafine powder of microcrys-talline cellulose by sodium periodate. The dialdehyde cellulose ultrafine powder was added to the pulp to study its effect on paper strength. After the microcrystalline cellulose was crushed by ball milling, the crystalline area of cellulose was destroyed which resulted in the crystallinity of cellulose. At the same time, the ultrafine powders of different sizes were formed. When the fraction mass of dialdehyde cellulose in paper was 0.8% and 1.0%, respectively, the dry and wet strength of the paper increased to the maximum. On the condition that the mass ratio of microcrystalline cellulose and so-dium periodate oxidation was 1∶3, the wet tensile strength of paper was the best, which increased from 1.9 Nꞏm/g to 2.32. All Rights Reserved.第42卷第23期王雄等：双醛纤维素的制备及其对纸张强度的增强·9·Nꞏm/g, increasing by 22.1%. After the ultrafine powders of microcrystalline cellulose are oxidized by sodium periodate, a large number of aldehyde groups are produced on the surface of the fiber, which forms a semi-acetal structure with the hydroxyl groups on the surface of the fiber in the process of paper making, thus improving the dry and wet strength of the paper.KEY WORDS: dialdehyde cellulose; microcrystalline cellulose; ball milling; paper strength纸张对水的敏感性很高，一般纸张被水浸透或饱和时，只保留极低（润湿后的强度相对于润湿前的干强度的百分比小于5%）的干抗张强度[1]。
湿强剂一、概述纸和纸板被水浸透后机械强度几乎全部丧失，一般只能保持干纸强度的4~10%，而有些特种纸如照相原纸、晒图原纸、军用地图纸、钞票纸等不仅有一定的干强要求，而且还要求被水浸透以后，仍能保持一定的机械强度和特性，为此需加入湿强剂以提高纸张的湿强度。
湿强度是纸被水浸透以后仍能保持一定的机械强度和特性。
加入湿强剂后，纸张的湿强度可达到原来干强度的20~40%。
湿强剂的增强机理二、增强机理要提高纸张润湿时的强度，最主要的还是从纤维结合强度这一点考虑，一般认为有两种机理：（1）、与纸的纤维交联，湿强剂与纤维之间可可形成新的抗水的结合键。
（2）、湿强剂自身交联在纤维周围产生网膜，减少纤维的吸水和润胀，保护已有的纤维间氢键，湿强剂不一定要与纤维产生化学反应。
三、常用的湿强剂种类最古老的生产湿强纸的方法是对纸采用高温加热或在稀硫酸溶液中羊皮化。
后来在二十世纪三十年代，人们发现一些水溶性合成树脂加到造纸浆料中并在纸机上固化后能赋予纸张湿强度。
此后，湿强剂的发展飞快，美国造纸工业中每年大约要用湿强剂约达1亿美圆。
现在应用于浆料中的湿强剂按作用机理分主要有四类：（1）自交联聚合物，主要为甲醛树脂，包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树酯（2）纤维静电结合，主要为聚乙烯亚胺树脂、聚酰胺、聚胺、聚胺基酰胺。
（3）与纤维形成共价键，主要为环氧氯丙烷、双醛淀粉等。
（4）外交联聚合物，主要有聚丙烯酰胺+乙二醇，干酪素+甲醛等。
1、脲醛树脂（UF）脲醛树脂（UF）是目前较普遍使用的一种湿强剂，为无色或草黄色、透明、均匀糖浆状液体，与水能以任意比例混合而不沉淀。
UF是由尿素与甲醛进行反应，通过中间产物二甲脲缩聚而成的。
由于脲醛树脂具有离子特性，当加入纸浆中时，树脂就会被纤维所吸附，并留着在纤维上。
一般认为，树脂可保护和增强存在于纤维上的氢键，从而降低了纤维的润胀和水化。
它主要作用于对水敏感的半纤维素分子上。
脲醛树脂加入前要过滤和稀释成大约1%的溶液，加入量为0.5%~3.0%（对绝干原料）。
环保型湿强剂的制备及性能研究环保型湿强剂的制备及性能研究摘要: 湿强剂是一种常用于纸张工业中的添加剂，它可以提高纸张的湿强度和抗破裂性能。
然而，传统湿强剂一般含有一定的有机溶剂或甲醛等有害物质，对环境造成了一定的污染。
因此，开发环保型湿强剂成为了当前研究的热点。
本文主要介绍了环保型湿强剂的制备方法以及其性能的研究。
1.引言湿强剂是纸张工业中的重要添加剂，它能提高纸张的湿强度和抗破裂性能，提高纸张的机械强度，降低纸张的泡水度。
传统的湿强剂在制备过程中往往含有一定的有机溶剂或甲醛等有害物质，这对环境造成了一定的污染。
因此，开发环保型湿强剂成为了当前研究的热点。
2.环保型湿强剂的制备方法2.1 天然高分子材料制备湿强剂天然高分子材料具有无毒、无味、容易降解的特点，可以替代传统湿强剂中的有害物质。
例如，纳米纤维素可以通过酸解和机械处理的方法制备，并经过一系列的后续处理得到湿强剂。
2.2 合成水溶性聚合物制备湿强剂通过合成水溶性聚合物，可以制备出具有良好湿强效果的湿强剂。
例如，通过聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺等聚合物的合成，可以制备出具有良好增强效果的湿强剂。
3.环保型湿强剂的性能研究3.1 湿强度测试通过湿强度测试，可以评价环保型湿强剂对纸张湿强度的提高效果。
结果显示，环保型湿强剂能够显著提高纸张的湿强度，与传统湿强剂相比具有相同或更高的效果。
3.2 抗破裂性能测试抗破裂性能是纸张的重要指标之一。
通过抗破裂性能测试，可以评价环保型湿强剂对纸张抗破裂性能的影响。
结果显示，环保型湿强剂能够提高纸张的抗破裂性能，使纸张更加坚固耐用。
3.3 降低纸张泡水度纸张的泡水度会影响其质量和使用性能。
通过泡水度测试，可以评价环保型湿强剂对纸张泡水度的影响。
结果显示，环保型湿强剂能够降低纸张的泡水度，使其更加适用于湿润环境。
4.结论本研究通过制备环保型湿强剂，并对其性能进行了研究。
结果表明，环保型湿强剂能显著提高纸张的湿强度和抗破裂性能，并降低纸张的泡水度。
造纸湿强剂的制备及进展杨开吉 苏文强东北林业大学 生物质材料科学与技术教育部重点实验室 哈尔滨 （150040）摘 要：湿强剂在造纸业中得到广泛的应用，其重要性被越来越多的人们所关注。
本文对各种湿强剂的作用机理和研究现状进行了综述。
关键词：造纸；湿强剂; 制备; 进展纸浆纤维素具有高度的亲水性。
通常,不经任何处理的纸张被水湿透后纤维即失去其大部分强度。
如果纸张中添加一些湿增强剂,使纸张在被水润湿后仍具有可以满足使用要求的机械强度就称之为湿强纸[1]。
目前湿强纸广泛用于人们的日常生活及生产中,如照相原纸,医疗纸床单,钞票用纸,农用育苗纸,液体包装纸盒,户外广告用纸等[2]。
湿强剂按作用机理可分为：自交联型湿强剂、纤维静电结合型湿强剂、纤维共价键合型湿强剂和外交联型湿强剂。
1．自交联型湿强剂在没有加入其他辅助剂就可以和纤维交联成网络而起到增湿强作用的称为自交联型湿强剂。
1.1脲醛树脂（UF）类湿强剂脲醛树脂（Urea －Formaldehyde Resin ，简称UF）在造纸工业上的应用始于20世纪30年代，是由尿素与甲醛反应制得的，是一种非常重要的酸性固化湿强树脂。
作为一种湿强剂，UF 树脂通常用于照相原纸、地图纸和招贴纸等纸品的生产中。
其制备反应式如下：NH 2C=O2H N CHOH C=O H N CHOH 22由上面的反应式可以看出，脲醛树脂的制备要经过两个阶段，称之为A阶段和B阶段，在A阶段中，尿素和甲醛生成单体，而在B阶段中，单体进一步聚合并生成分子量为数千的UF 树脂。
UF树脂易溶于水，呈三维立体分子结构[3]。
- 1 -UF 为非离子型树脂，故不能被带有负电荷的纸浆纤维较好地吸附，用作湿强剂时，不能在浆内直接添加，而只能通过浸渍来提高纸品的湿强度，而且使用时明矾或强酸性的铵盐作催化剂以加速其固化。
因此通常情况下，造纸工业中使用改性脲醛树脂作为湿强剂。
脲醛改性树脂有阴离子改性脲醛树脂和阳离子改性脲醛树脂两大类。
浅谈生活用纸用暂时性湿强剂随着社会的发展、人们生活水平的提高，全球范围内各种生活用纸的数量和品种大大增加，各种一次性生活用纸层出不穷，尤其是别对妇女、儿童和老人的用纸，其品种更丰富，人们把这些纸产品统称为生活用纸；其中许多的纸种要求具有暂时性湿强度，如：卫生纸，餐巾纸。
本文主要介绍了几种生活用纸用暂时性湿强树脂。
根据水浸渍纸之后其纸的湿强度变化，可以推断纸中是否含有湿强剂。
如果纸在润湿10S-2h后会失去二分之一或更多湿强度，则纸中就是含有暂时性湿强树脂；如果失去少于20％的原始湿强时，即纸中含有持久（或永久）湿强树脂。
1 永久性湿强树脂永久性湿强树脂有脲醛树脂（UF）、三聚氰胺甲醛树脂（MF）、聚酚胺-环氧氯丙烷（PAE）树脂等。
脲醛树脂在造纸工业上的应用始于20世纪30年代，是一种热固性、酸性固化氨基树脂，也是最早用作造纸湿强剂的合成树脂。
三聚氰胺树脂是1942年开发出来的一种应用非常广泛的湿强剂，是三聚氰胺和甲醛缩聚的产物（三羟基三聚氰胺）。
三聚氰胺树脂处理过程简单，加入量约为1％-5％（对绝干纤维），在大多数纸中，1％-3％的湿强树脂用量即可达到理想效果，湿强度可高达50％、在提高湿强度的同时，还能使纸的某些干强度指标（如裂断长、耐破度和耐折度等）和施胶度有相应的提高，主要用于钞票纸、海固纸等的生产。
由于脱醛树脂和三聚氰胺树脂仍会含有残留的甲醛，污染操作环境；而且，这2种树脂都是需要在较低的pH下键联、熟化的热固性树脂，损纸回收有一定的困难，因此它们的使用受到限制。
目前，国内纸厂为提高纸张湿强度，普遍使用的湿强剂是聚酰胺-环氧氯丙烷树脂。
这类树脂的湿强效果好，但是固化后不易降解，损纸回用较困难，必须在强碱和强氧化剂的条件下才能完成再制浆；另外，聚酰胺-环氧氯丙烷树脂中有机氯含量高，不利于环保；再有，其性价比不高。
同此，对其进行改性以降低成本是其今后发展的一条途径2 暂时性湿强树脂的种类及作用机理国外自20世纪70年代就已着手开发纸在水中浸泡后其湿强度能明显降低的暂时性湿强剂，但稳定性很差，常温下保质期只有1个星期，后经逐步改进，产品稳定性有所提高，成纸浸泡半个小时后，其湿强度降至初始湿强度的一半。
造纸湿强剂及其研究进展严维博;王志杰;王建;肖川【摘要】该文概述了湿强剂的作用机理,综述了造纸工业常用的几种湿强剂及其研究进展,并指出开发新型环保、高效、价格低廉的湿强剂将是未来的发展趋势.【期刊名称】《造纸化学品》【年(卷),期】2014(026)003【总页数】4页(P8-11)【关键词】造纸;湿强剂;树脂;进展【作者】严维博;王志杰;王建;肖川【作者单位】陕西科技大学轻工与能源学院,陕西西安710021;陕西科技大学轻工与能源学院,陕西西安710021;陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室陕西科技大学,陕西西安710021;陕西科技大学轻工与能源学院,陕西西安710021;陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室陕西科技大学,陕西西安710021;陕西科技大学轻工与能源学院,陕西西安710021【正文语种】中文【中图分类】TS727+.2随着现代科学技术的发展，纸的应用范围越来越广，有些纸种要求在有水的作用下或者在水中应用和加工，如海图纸、钞票纸、药棉纸、工业滤纸、广告招贴纸、农用育苗纸、医疗纸床单及手术衣、手帕纸、液体包装纸盒、照相原纸和茶叶滤纸等，这就需要纸张具有很高的湿强度[1]。
但是，纸张纤维具有高度的亲水性，通常不经过任何处理的纸张被水湿透后纤维即失去其大部分的强度。
在有水的情况下，水与纤维和纤维与纤维之间的结合产生竞争，使纤维之间的结合程度会随着纸中水分含量的增加而降低，即纸张湿强度的降低[2]。
为了提高纸张的湿强度，需要向纸张中添加化学助剂——湿强剂。
经湿强剂处理后的纸页，其内部既有纤维之前的交织，又有加入湿强剂后，通过纸页的熟化处理而产生的聚合物与纤维、聚合物与聚合物之间的化学交联，使得纸页在水中不易膨胀，限制了润胀，从而产生了湿强度。
N Dunlop Jone认为纸页浸湿时可以通过以下办法保留其部分强度，：一是加强和保护已有的纤维结合；二是形成对水不敏感的结合键；三是增强剂与纤维混合形成网络结构[3]。
湿强剂的种类、发展及合成方法纸张的湿强度是指纸页遇水或在潮湿环境中所具有的强度。
在通常情况下，不添加助剂时纸张被润湿后其强度仅为干燥时强度的5%-10%，加入湿增强剂后可使纸张大多能保持原有干强度的20%-40%。
湿强剂属功能性添加剂，大多数是抗水解的合成树脂，在纸成形前加入到纸浆中，不仅可提高湿强度，也可以给高速纸机的操作创造有利条件。
一、湿强剂的种类及发展很早以前，人们用硫酸处理原纸使之羊皮化，用防水漆、塑料薄膜或金属箔来喷涂、覆盖于纸张表面，或用白明胶、动物胶对纸张进行表面施胶，再使施胶纸与矾土、甲醛或乙二醛在高温下接触形成一层保护层。
这些方法都相当昂贵，生产效率也低，而且这方法本身只能起到抗水的作用，并没有从实质上提高纸的湿强度。
1935年人们首先发现用脲甲醛树脂（简称UF树脂）作为表面施胶剂，在进行热处理后便可以使纸张具有一定的湿强度。
随后又可开发出直接加入浆内的UF树脂，但因其具有阴电荷不易和带负荷的纤维结合，存留率较低，湿强效果很差，1942年开发出三聚氰胺甲醛树脂（简称MF树脂），它可直接加入浆内，经加热闹干燥后纸张便可以获得良好的湿强度。
在1946年阳离子型改性UF树脂试制成功，其树脂的存留率和湿强纸效率与MF相似，但价格较低，为大量生产湿强纸创造了条件。
采用脲醛树脂和三聚氰胺树脂作为湿强剂以后，不但使处理过程简单化，而且获得的湿强度可高达50%。
在提高湿强度的同时，还能使纸的某些干强度指标（如裂断长、耐破度和耐折度等）和施胶度有相应的提高。
与此同时，人们还先后开发出一些可以使纸及纸板具有一定湿强度的其它化合物。
如酚醛树脂、聚乙烯亚胺（简称PEI），合成胶乳（丁苯胶乳、丁腈胶乳等），双醛淀粉（简称DAS）等，但酚醛树脂色泽极深，且需高温约（150℃）成熟，合成胶乳价格昂贵，应用时需制成胶乳；而聚乙烯亚胶通常仅适用于制取未施胶的具有吸收性的湿强纸中；双醛淀粉虽然具有不改变纸张吸收性能及湿强度与干燥温度无关这样的优点，但它仅能给予纸张以暂时的湿强度。
造纸湿强剂的作用机理造纸湿强剂是一种广泛应用于造纸工业中的添加剂，它的主要作用是增强纸张的强度和耐久性。
本文将从三个方面介绍造纸湿强剂的作用机理，包括分散、表面活性剂和纳米技术。
分散机理纸张在生产过程中往往会因为纤维太短或者形态不规则等原因而导致纤维的分散不均匀，从而使得纸张的物理性质无法达到理想值。
造纸湿强剂可以通过改变纸张纤维的分散状态，促进纤维的均匀分散，从而使得纸张强度得到增强。
具体来说，造纸湿强剂可以将纤维彼此之间的静电排斥力减小，使得纤维间的相互作用力增大。
这样一来，纤维就容易在纸张中得到均匀分散，使得纸张从整体上获得强度增强的效果。
表面活性剂机理造纸湿强剂中常用的表面活性剂有两种，一种是阳离子表面活性剂，另一种是阴离子表面活性剂。
其中，阳离子表面活性剂可以通过与纤维表面的负电荷结合，从而使得纤维变得更为柔软并有更好的适应性。
这使得纤维可以更加紧密地接触并沉积在纸张中，从而提高纸张的强度和耐久性。
阴离子表面活性剂则可以通过与纤维内部的聚集物分子结合，将其疏水性表面转化为亲水性表面。
这能够有效地提高纤维结构的稳定性和抗氧化性能，进而提高纸张的物理性能。
纳米技术机理随着纳米技术的不断发展和应用，其在造纸湿强剂中也得到了广泛的应用。
纳米级添加剂可以对纤维的表面进行改性处理，从而实现对纸张物理性质的提高。
具体来说，纳米级添加剂可以在纸张制备过程中抑制一些不稳定的物质的生成，并且可以防止纤维中一些有害成分的析出，从而提高纸张的强度和耐久性。
此外，纳米级添加剂还可以改变纤维的电荷状态，从而对纤维进行定向排列，提高纤维的分散状态和纸张整体的强度。
综上所述，造纸湿强剂的作用机理主要包括分散、表面活性剂和纳米技术。
这些机理都是通过改变纤维表面和内部的组成结构，从而增强纸张的强度，提高纸张的耐久性。
通过不断探索和研究这些机理，我们可以进一步提高造纸湿强剂的性能和效果，让造纸工业向更加高效、绿色和可持续的方向不断迈进。
