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紙或紙板的施膠通常由兩種方式進行,即內(nèi)部施膠(Internal sizing) 和表面施膠(surface sizing)。無論采用哪一種施膠方式,其目的都是為了賦予紙或紙板一定的疏水性或疏液性。

 

施膠工藝對造紙工業(yè)來說是非常重要的。除了少數(shù)紙種之外, 大部分紙張要求具有一定的疏液性能。而作為紙張的天然原料—纖維素本身是親水性很好的物質(zhì), 此外在纖維之間所構(gòu)成的毛細管作用下, 紙張也會產(chǎn)生吸液、吸水作用。為了抑制這種由纖維的親水性和紙張構(gòu)造的吸水性引起的紙張親液性能, 通常在紙張原料中添加某種一定量的施膠劑。

 

由于紙張用途非常廣泛, 因此, 要求紙張具有不同的施膠特性。例如, 衛(wèi)生紙、吸水紙、濾紙、餐巾紙等要求紙張具有很好的親水性；而印刷用紙, 既要印字清晰, 又要紙張具有一定的吸墨性能, 這就要求紙張具有適當?shù)氖┠z度, 再如紙容器, 紙張或紙板就要求具有很高的施膠度。

 

定性地講, 施膠度可以定義為紙和紙板對水溶液滲透的阻力。但是定量地描述施膠度時, 就需要對測定條件做明確的規(guī)定, 例如紙張的定量, 測試時的溫度、濕度以及滲透液的濃度、純度等。

 

施膠測定方法的數(shù)量多, 再加上測定條件、滲透液體種類等的變化, 大大地減小了試驗測定的施膠度的可比性。在這種情況下,怎樣選用合理的施膠度測試方法以及在沒有標準測定條件下怎樣確定較合適的測定條件, 無論對工廠的生產(chǎn)管理, 施膠劑用量、流程、效果等的控制, 以及新品種的紙和施膠劑的開發(fā)等都是非常重要的。

 

為了達到這個目的, 就要使有關(guān)的技術(shù)人員對多數(shù)的施膠度測定方法有一個充分的了解, 從而可以根據(jù)紙、紙板產(chǎn)品的用途來正確地選用它們。

 

施膠度測定方法雖然很多, 但是可以分為三個類型：第一, 利用液體內(nèi)紙張的滲透性能來評價紙張的施膠度, 更直觀地講就是測量液體滲透到預定深度(通常是穿過紙頁)所需要的時間。在這里我們簡稱它為滲透型施膠測定法。第二, 利用紙或紙板在一定滲透時間內(nèi)所吸收液體的量來評價施膠度的吸收型施膠度測試法；第三是利用液體和紙、紙板的表面的相互作用來評價施膠效果的表面型測定法。

 

卷曲試驗法( Carson Curl Test )

 

它是根據(jù)紙張在潤濕時發(fā)生膨脹的原理設(shè)計出來的。當紙張的側(cè)面被水潤濕后, 與水接觸的纖維就會吸水發(fā)生膨脹,因而使紙張向干燥面發(fā)生卷曲。隨著浸透深度的增加, 卷曲也會增大, 當水浸透到紙頁厚度的一半時卷曲達到最大, 隨后就開始減小。當紙頁的反面也被潤濕時, 紙頁會再次變?yōu)槠教範顟B(tài)。

 

在進行施膠度的卷曲試驗時,用秒表測量從紙頁與水接觸到產(chǎn)生最大卷曲之后剛開始減小的時刻的時間。顯然, 施膠度越強, 水的浸透越慢, 相應(yīng)地到達最大卷曲時所要的時間就越長。這種方法被選為TAPPI標準試驗法T466, 并可以購買到相應(yīng)的卷曲度測試儀。

 

紙張施膠度的卷曲試驗, 只要操作熟練的話, 測量既簡單又迅速, 而且還可以用它來衡量薄頁紙的施膠度。但是在強施膠紙的情況下, 卷曲過程變化較慢, 終點也會變得明顯, 難免產(chǎn)生誤差, 同時, 它也不可以用作為無施膠紙或極弱施膠紙的施膠度的評價, 除此之外, 卷曲試驗法雖然屬于浸透型施膠測定法, 但是其結(jié)果與用其它浸透型測試方法所測得的結(jié)果比較, 相關(guān)性并不好。

 

水浮游法(Water Floatation )

 

這種方法是由日本荒力I林產(chǎn)化學工業(yè)發(fā)明的, 基本上可以看成是卷曲試驗法的變型。它主要用于薄頁紙的施膠度測定。

 

水浮游法的操作是, 將邊長為25mm 的紙樣對折成直角, 然后放入20士1℃的蒸餾水中, 測量與水面成直角的邊倒下的時間作為施膠度。這種方法雖然不受紙張的兩面差的影響, 但是卻受到折疊方向的影響, 一般縱向( 抄紙的運行方向) 折疊總是略高于橫向。所以普通測量至少要取十枚試樣, 分別測定其縱向折疊和橫向折疊的施膠度, 然后再取其平均值。

 

這種方法的特點是適用于薄頁紙及較弱施膠紙張的施膠度評價, 測試結(jié)果不受紙張的兩面差、針孔以及紙頁均勻性的影響。方法簡單, 終點明了。

 

Stockigt法(Stockigt Test)

 

它是一種很典型的液體浸透型施膠度測定方法。將5x5cm的紙樣拆成船形, 然后將1%的FeCl3溶液滴在內(nèi)側(cè), 再將其浮到2%的NH4CNS溶液上并同時按動秒表, 測量內(nèi)側(cè)的FeCl3與滲透過來的NH4CNS發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生紅色時的時間作為紙張的施膠度。

 

有關(guān)Stockigt法, JIS(日本工業(yè)標準) 作了修訂和在具體測試條件的詳細規(guī)定。有興趣者請參考JISP8122一1954。

 

Stockigt施膠度測定時, 其操作看起來并不復雜, 但卻很難做得嚴格。按JISP8122一1954的規(guī)定,最好當將試樣得到NH4CNS溶液上的瞬間滴下FeCl3溶液,同時按動秒表,而要做到這一點, 需要相當熟練。

 

干燥指示劑法(Dry Indicator Test)

 

干燥指示劑法又稱為砂糖—染料試驗法, 大多用于美國, 并被TAPPI列為標準測試法T443。它是利用固態(tài)染料遇水變色的原理來測定水透過紙張的時間的。

 

在這里砂糖作為吸水劑, 既能起到隱蔽干燥染料顆粒顏色的作用, 又可以使浸透過來的水與染料顆粒密切接觸。TAPPI標準法T443mm-44對試樣的準備以及測定方法做了詳細的規(guī)定。

 

雖然干燥指示劑法也是用肉眼來判斷終點, 但是實驗表明它的測定結(jié)果再現(xiàn)性好,分布范圍也較小。由于干燥指示劑吸收水蒸汽后也會變色, 所以這種方法一般只用來測定弱施膠紙張的施膠度。

 

K.B.B法

 

測定時, 首先將試樣置于鋅電極上, 再將水飽和的青銅陽極置于紙樣上并同時按動秒表。由于異種金屬與紙頁之間形成了一個原電池, 因而不需要任何外接電源, 陽極板中的水分向紙頁內(nèi)滲透, 紙頁的阻抗減小后電流相應(yīng)地增加。

 

通常將產(chǎn)生8uA的電流值的時刻作為測定終點。但是也有人認為選用10~2000uA為終點的話, 雖然較費時, 但是可以減少紙張的膨脹、皺折、柔軟性以及均勻性等因素對測定結(jié)果的影響。

 

K.B.B施膠測定法具有個人誤差少, 再現(xiàn)性好, 不受水蒸汽、針孔和原電池電動勢大小的影響, 裝置簡單, 使用也比較方便。雖然它的測定精度要比熒光法差, 但仍不失為一種值得推薦的施膠度測定方法。

 

浸漬法(Immersion Tests)

 

浸漬試驗法主要用于紙板的抗水性測試。

 

將試樣稱量后浸入水中, 過一定時間后取出試樣, 除去表面的吸附水分, 再稱量測得紙樣的吸水量作為紙張的施膠度。這個實驗也被列為TAPPI標準法T491, 以23℃的水為浸漬液體, 浸漬時間為10分鐘。

 

但是根據(jù)紙產(chǎn)品的不同用途可以適當?shù)馗淖兘n時間, 溫度和浸透液體的種類, 試樣的吸水重量隨試樣的重量(定量) 的增加而增加, 隨浸漬時間的延長也增加。

 

一般來說, 大部分紙樣在浸漬一小時之后就可以達到吸水平衡狀態(tài)。與浸漬實驗相似, 有人測定了不同施膠度的紙張浮力伽) , 發(fā)現(xiàn)強施膠的紙張浮力高, 而弱施膠紙浮力低。

 

這是因為強施膠的紙只是逐漸地, 少量地吸收水分, 而弱施膠紙卻可以大量地吸收水分, 因而紙層中存在著的空氣量也有差別, 而反映到濕潤紙張的浮力上,此外通過濕潤紙樣的密度測量也可以發(fā)現(xiàn), 無論紙張的施膠狀況如何, 當它們被浸入水中一段時間之后, 紙張的膨潤幾乎相同。

 

浸漬實驗具有簡單, 再現(xiàn)性好等特點。但是它不適宜用來評價較弱施膠的紙或紙板的施膠度。另外去除表面吸附水分的操作也會引起誤差。在進行實驗時還需注意浸透水的調(diào)制, 要使經(jīng)過蒸餾或離交換處理的水有充分時間與空氣達到相平衡。因為不含有溶存空氣的水在浸漬過程中可以溶解試樣中的氣體成份而產(chǎn)生局部真空, 加速浸透過程的進行。

 

滴液試驗(Drep Test)

 

滴液測試可用于測定滴液在紙表面的擴散以及紙本身對水的吸收。將水滴按規(guī)定方法滴到紙或紙板表面, 以光澤完全消失為基準測定液休從滴落到被完全吸收為止的時間, 或測定經(jīng)過一定時間以后的液體的擴散。

 

這個方法適用于測定不施膠紙的餐巾紙, 濾紙等紙張的液體吸收性, 在強施膠的情況,滴液可以存在幾個小時, 用這種方法顯然不適宜。

 

作為吸水性紙張的施膠性能測定, 滴液測試和前述的Kelmm測試法用得比較多。

 

劃線法(Feathering)

 

劃線施膠測定法發(fā)明于德國, 被列為德國工業(yè)標準DIN53126一1957。很明顯, 這種方法是考慮到書寫用紙的實際用途。

 

具體的試驗方法是: 用可調(diào)開口度的鴨嘴筆, 以標準墨水為液體在紙張表面劃線。等墨水干后,主觀判斷墨水向線兩側(cè)的滲透情況。劃線以及墨水的滲透情況也可由文獻介紹的儀器來進行。

 

劃線法直觀, 簡單, 也比較適合于書寫印刷用紙的施膠效果評價。但是它也只有依賴于主觀判斷, 難以精確地數(shù)值化的缺點。除書寫紙、印刷用紙以外的紙種一概用它來判斷評價施膠度顯然是不太妥當。

 

測定施膠度的方法還有很多，在這里簡單介紹了一些主要的施膠度測定方法和常用的紙張表面抗液性能的測試方法。

 

了解和掌握它們是必要的, 但是更重要的根據(jù)紙產(chǎn)品的實際用途和所需要的測定精度來正確地選用它們。雖然許多施膠度測定方法均較為陳舊, 缺乏科學性, 但是只要能正確地選用它們, 是可以測得正確的符合實際情況的結(jié)果的。