水溶性纸的研制

水溶性纸属于特种纸，主要原料为羧甲基纤维素钠盐或铵盐，被广泛应用于社会生活的
很多方面：在工农业方面可以应用于电器元件和制造可降解的地膜 [1]；在书写、印刷方
面，可以生产保密纸和便签纸等；在包装工程方面，可用于生产纸袋，在紧急的情况下
可以直接使用，比较便利[2]等。20 世纪中期一些国家开始水溶性纸的研究，但由于水溶
性纸生产工艺的复杂性和特殊性，至今仍只有少数几个国家进行生产。水溶性纸的研究和
生产技术最先进的国家是日本。国内曾进行过水溶性纸的研制，但未见研究成功生产的报
道。
1  抄造方法及过程
    水溶性纸的抄造方法大致分为 3 类：有机溶剂抄造法、湿法(水介质抄造法)M 以及干法
抄造嘲。本文主要采用湿法抄造，抄造过程大致分为 3 步：首先将羧甲基纤维素的钠盐
(CMC)经过酸处理得到不溶于水的羧甲基纤维素酸(HCMC)，然后抄成纸页进行喷碱处理，
为了防止纸页泛黄，最后进行耐候性处理。抄出的纸页烘干后，用喷雾器将一定浓度的碳
酸钠溶液均匀、定量地喷到纸页上，然后于 80℃、一定的压力下烘干即得水溶性生纸。
2 羧甲基纤维素的酸化
2．1 羧甲基纤维素酸的制备机理
酸化主要化学反应是羧甲基纤维素和酸溶液反应[9]，生成 HCMC，反应如下：
              
    在浓酸(如硫酸、磷酸)条件下，发生均相水解；在稀酸条件下，发生多相水解㈣。酸化
的效果，取决于酸化时 CMC 上的钠离子被氢离子取代的程度。若钠含量低，则表示 CMC
中的钠离子被氢离子取代比较完全，酸化效果好；若钠含量高，则表示 CMC 中的钠离子
被氢离子取代不完全，酸化效果不理想。
2．2 羧甲基纤维素酸化的影响因素
2．2．1 酸用量的影响
    酸溶液的选择要考虑到生产成本和废酸的回收难易。硫酸相对于盐酸、硝酸、醋酸等挥
发性酸来说，没有挥发性，而且成本比较低，回收后的酸液可循环利用，所以在试验过
程中选用硫酸来酸化 CMC。硫酸的用量和浓度对 CMC 的酸化影响很大，CMC 经酸化后
变为 HCMC，酸化过程中随着硫酸浓度的降低，CMC 润胀增大，这样会造成过滤洗涤困
难，而且低聚合度和高取代度部分溶出量增加，得率会随之减小；硫酸浓度过高， CMC
的降解严重，酸溶解增加，产品黏度和得率都下降。较适宜的浓度为 15％～30％，在这
一浓度范围内酸化，对产物取代度、聚合度、黏度和得率的影响都较小。
2．2．2 酸化温度及时间的影响
    温度对酸化是最敏感的影响因素，温度高，酸化速度快，所需时间短，但是提高酸化
温度和延长酸化时间，CMC 的降解和低聚合度部分的选择性溶出都增加。资料显示[11]，
酸化在 10～40℃的温度范围内，对产品的取代度、聚合度、黏度和得率影响都不大。2～10h
的酸化条件，亦对产品的取代度、聚合度、黏度和得率影响不大。
2．2．3 洗涤溶液 pH 值的影响
    洗涤时要控制溶液体系的 pH 值，当 pH 值大于 5 时，HCMC 容易溶胀成糊状，溶出增
多，操作困难，pH 值小于 3 时，过滤性能良好。因此，酸化完以后用 pH 值 2～3 的硫酸
溶 液 充 分 浸 泡 ， 再 用 80 ％ 的 乙 醇 除 去 HCMC 中 的 盐 和 杂 质 ， 如
Na2S04、NaHS04、HC1、NaC1、CH20HCOOH、CH20HCOONa 等。