纸页除有普通结构材料的所有力学性能之外，还有一些特殊的力学特性。如抗张性能、撕裂性能、耐折度、弯曲性能、耐破性能、表面强度、内部结合强度、抗压性能。

    由于水对纸强度的影响很大，所以对纸页的强度通常分别用干强度和湿强度来表示，但两者关系密切。纸页强度受抄纸配料因素和过程因素的双重影响，配料方面，针叶木纤维生产出的纸强度明显高于阔叶木纤维生产的纸；另一方面，填料会降低纸页的强度；碱性pH值条件下生产的纸张强度要高于酸性pH值条件下生产的纸张。抄纸过程中，增加湿压和打浆度都能增加纸的强度。这些配料因素和过程因素对纸强度的影响可归纳为以下四个基本因素：

    ①单根纤维强度；②内部纤维结合强度；③内部纤维键合数量；④纤维的分布状况。

    以上因素中，可以认为湿部化学对单根纤维强度的影响很小，因为它受木材品种、制浆过程、漂白过程和纤维循环利用次数的影响。

    影响纤维结合力的因素很多，主要有打浆、原料的种类、半纤维素的含量、纤维素、木素、纤维长度、添加剂和纸页成形过程。在原料的种类和制浆方法一定的情况下，讨论打浆、添加剂和纸页成形过程对纸张强度性能的影响。

纤维间结合强度和分布受纸页成形过程的强烈影响，同时受机械的和化学因素的影响也很大。不良的成形过程对纸页强度将产生不利的影响。由于纸页成形会影响纸的其他性能，所以，人们总是希望获得好的纸页成形。

    像前面提及的，湿部化学通过对造纸配料的絮凝和滤水性的影响来影响纸页的成形，过多的絮凝将导致“浆团”产生，纸页的成形变差，当纸料的滤水速率低时，就必须增加流浆箱的浓度，这样又会导致纸页成形中的更大困难。

    为了减小湿部化学因素对纸页成形的不利影响，也通过机械方式来调节造纸系统的状态以改进成形。内部纤维结合强度和结合面积会受到干强剂的强烈影响，同时，干强剂也对造纸其他过程造成很大的影响。

    目前有三种实用的方法可用来增加纸页的强度和内部纤维的结合数量，即打浆、干强剂、湿压榨，其中，打浆是用得最多的一种方法。

    打浆是对纤维的机械作用，打浆可得到纸页或纸板成形时所希望的纤维性能，打浆使纤维产生变形、润胀、压溃、切断和细纤维化等作用。这种方法于18世纪中期随着荷兰打浆机的发明而开始。从那时起，打浆设备在不断发展演化，目前，大多数工厂都用盘磨机来达到打浆的目的。

    荷兰打浆机的原理是用一个打浆辊在盛纤维的浆槽内旋转，静止的刀片固定在打浆辊的下面，当纤维在打浆辊下循环时，它们将经受到挤压并在飞刀和底刀之间受到机械力的作用，这样会分裂内部和外部纤维表面而导致纤维的切断和帚化，使其吸收大量的水，纤维发生润胀并变得更加柔顺，这样纤维之间结合时就会有更多的内部纤维结合点，即增大了结合面积。

(一)打浆对纸张性能的影响

    打浆对纸的强度性能的影响，大多数强度性能随打浆度而增加，只有撕裂度是个例外，这样，如果用户希望同时有高的撕裂度和高的抗张强度的话，仅仅靠打浆是不能满足的。

(二)打浆对纤维结合力的影响

    随着打浆度的增加，纤维润胀和细纤维化增加，纤维的比表面积增大，游离出更多的羟基，促进纤维间的氢键结合，使纤维的结合力不断上升。

    打浆初期纤维结合力曲线上升很快，说明纤维润胀和细纤维化增长的速度快；打浆中期纤维结合力曲线上升慢，说明纤维的外表面积已充分暴露，纤维结合面积的增加速度已越来越慢；在打浆后期，纤维结合力曲线逐渐平直，说明打浆后期已高度吸水润胀和细纤维化。打浆的基本矛盾是纤维结合力和纤维长度间的矛盾。随着打浆度的增加纤维结合力不断上升，而纤维长度不断下降，使纸页的各种强度指标下降，这两种因素结合使曲线出现了转折现象。

(三)纤维间结合对其他性能的影响

    打浆也会影响纸页除强度之外的其他性质，很显然，仅仅通过打浆只能获得有限的纸张性能，改进的办法就是在纸料中加入一定量的化学添加剂，该种添加剂称为干强剂，通过它来保持纸的其他性能不变而改进纸的强度性能。

    许多水溶性的，与纤维能形成氢键结合的高聚物都可以成为千强添加剂．事实上，纤维中也含有自己本身的干强剂，即半纤维素，众所周知除掉半纤维素提高纤维的结合强度是很困难的。一个典型例子就是用棉花纤维生产的纸，要获得很高的内部纤维结合强度较困难。其原因就是棉花纤维中几乎不含有半纤维素。

(一)常用的干强剂   

    下面是北美普遍应用的三种干强剂的商品类型及市场分布情况：

    淀粉衍生物                 (阳离子型占95%)

    天然胶（聚甘露糖半乳糖）   (阳离子型占1％)

    合成干强剂                 (阳离子型占4%)

    其他物质如未改性的阴离子淀粉、可溶性纤维素衍生物、聚乙烯醇和乳胶(1atex)占剩余的1％，该类物质通常用在特殊用途的纸产品中。

1．淀粉基干强剂

    在造纸工业中淀粉衍生物，是目前最常用的一种干强剂。最近TAPPI出版的“纸和纸板制造中商业实用型化学助剂”列出了27种不同品种淀粉作为干强剂。经验证明要想获得造纸中各配料有高的留着。就必须将阳离子物质接枝在天然淀粉的结构中。天然淀粉的留着相当低，一般小于40％，这从经济和环境方面都是不希望的。除作为干强剂和助留剂之外，阳离子淀粉也可作为合成施胶剂的乳化剂，以及多组分助留剂中的阳离子组分。

1)       淀粉的一般性能

    淀粉在造纸工业中，具有提高填料和细小纤维留着、纸页干强度、以及表面施胶、涂布胶料和粘合剂等多种功能的湿部助剂，这方面的淀粉用量约占到美国淀粉消耗量的2／3以上。

2)淀粉的结构

    淀粉在化学结构上与纤维素相似，由葡萄糖单元通过C₁和C₄连结而成的高聚物，直链淀粉和纤维素的不同在于配糖键连接筒萄糖单元的构象不同。在纤维素中，连接C₁和氧桥的结合键是定向地平行于葡萄糖环的平面(β-键)，这样导致高聚物分子采取锯齿状分子构型，在直链淀粉中，连接C₁和氧桥的结合键是定向地垂直于葡萄糖环的平面(α-键)，结果聚合物分子倾向于采取盘绕的螺旋状分子构型，纤维和淀粉分子结构上的这种不同导致在工业应用中自然功能上的明显差别。

事实上，多数的淀粉是以线性分子和支链分子的混合物形式存在的，分枝部分被称为支链淀粉，支链淀粉含有α-1，4苷键，链环带有支链点通常通过β-1.6苷键连接支链。偶然也有通过C₃键连接支链的，平均大约每18~27个葡萄糖单元之间有一分枝点。

直链淀粉分子比支链淀粉分子有更强的结晶聚集倾向(淀粉恶化)，所以支链淀粉更适合于作湿部添加剂。   

改性淀粉的分子量取决于其来源，例如，Harvey报道土豆淀粉两个试样的平均相对分子质量为3×10⁶～3.5×10⁶，而玉米淀粉的三个试样平均相对分子质量则在0．8×10⁶～1．8×10⁶范围之间，其值对应于聚合度范围从9000到22000，高分子量与支链淀粉的分支大小与数量有直接的关系。

3)淀粉的分散

淀粉颗粒能很容易地分散在冷水中，不会产生严重地颗粒问粘合，造纸淀粉必须经过糊化才能使用。当淀粉悬浮在水中以及温度逐渐增加到淀粉的凝胶温度时，颗粒会突然大量润胀，分散的直链分子从润胀的颗粒中会被滤去，当润胀的颗粒接触在一起形成一个连续相时，分散液的粘度会大幅度地增加，虽然高的温度会降低液相的粘度，但这只不过是被溶解下来的直链淀粉的浓度和增加润胀颗粒的体积所抵消的结果，当分散过程达到某一点时，润胀的颗粒便开始分裂。粘度随之降低，随后冷却导致粘度快速增加，最终引起凝胶化发生，凝胶与直链淀粉的含量有关，所以凝胶也是分批处理蒸煮淀粉的一个缺点，淀粉表现的凝胶化程度与直链淀粉的相对分子质量也有关，当直链淀粉的每一个分子中含有150～200个葡萄糖单元时将达到凝胶的最大值。任何高于或低于此值都会降低凝胶化的倾向。

在蒸汽喷射蒸煮时，淀粉颗粒的破坏是通过温度增加到160℃并伴随内部机械切变作用来完成，这种分散体不同于分批蒸煮使整个颗粒都进行。在玉米淀粉中，分散体明显地对凝胶有抵抗作用。喷射蒸煮能导致淀粉相对分子质量的平均降低，由于淀粉作为纸张有效的内部纤维结合剂，直接与分子分散的程度和其相对分子质量有关。要产生最佳性能，在蒸煮中保持这些关键因素的平均和稳定是相当重要的。 

4)淀粉的改性

未改性淀粉的有效性和适用性随淀粉的不同性能如支链／育链比例，颗粒尺寸，凝胶温度和各组分内的相对分子质量而不同，改性淀粉能更好地扩大淀粉作为湿部化学添加剂的适应范围。许多研究成果将使造纸应用淀粉得到新的发展，一般通过物理的、化学的和遗传改性以及将这些方法结合来增加淀粉的有用性能，淀粉的改性方法有：物理改性、直链支链分离、热机械转换、酸性水解、化学改性、氧化衍生物、酶转化等。

热机械转换、酸水解和酶转化都会导致其相对分子质量的降低和淀粉溶液粘度的降低，这样将使得淀粉改性易操作和产品易于输送。

5)阳离子淀粉

为了获得淀粉在纤维上有好的留着，必须在淀粉分子上接枝阳离子取代基，由于阳离子淀粉对纸的强度、填料留着和滤水都有很大的影响，所以各种品级的纸张中都要采用。阳离子淀粉有高度的分散性和对纤维有较高的留着性等优点。淀粉阳离子化是用叔胺或季铵基进行的。最常用的叔胺基是二乙基胺氯乙烯基胺，最常用的季铵基是环氧丙基三甲基氯化铵形成的基团，叔胺基阳离子电荷将取决于pH值，在pH大于7.0时，电荷显著降低，但季铵盐阳离子淀粉基在所有pH值范围内仍保持全部电荷。典型的商业用湿部化学添加剂的阳离子基团取代度从0.01到0.05。即每100个脱水葡萄糖单元中有1～5个单元的葡萄糖中含有阳离子基团。这体现出了每个分子的大量电荷，例如，在相对分子质量为400万和取代度为0.01的淀粉中，每个分子大约有250个阳离子电荷，取代度为0.02时，每个分子链将含有5 00个阳离子电荷。阳离子化给予淀粉以高的分散性和溶解性，颗粒的内部结合力减小以及淀粉糊化比天然淀粉要快，阳离子淀粉可随其母体淀粉来源、取代基、取代度、阳离子基团的分布以及分子尺寸和形状而不同。

选择固定阳离子电荷密度的阳离子淀粉作多种用途产品时，一般采用连续糊化时用化学药剂使其同时阳离子化。例如用各种不同的胺基和阳离子树脂，但该方法应用还不普遍。

6)两性淀粉

两性淀粉分子是在同一分子链上含有阳离子和阴离子基团，如果体系用阳离子淀粉，当造纸配料系统中由于电荷积累而变得过阳离子化以后，在纸机操作中出现很多困难。这时两性淀粉就非常有用，同时两性淀粉中有掩蔽系统中阳离子如CA^2＋和Mg^2＋的能力。有利于保持循环用水中的电荷平衡，消除阳离子垃圾，使得纸机运行良好。

两性淀粉的制造，一般采用首先对淀粉阳离子化，第二步可通过碱性醚化而产生磺酸基、羧酸基或者是酯化而产生磷酸酯，而淀粉阳离子化后磷酸酯化则是商业上常用的两性造纸添加剂。

7)淀粉接枝聚丙烯酰胺

淀粉能与丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等单体进行接枝共聚反应，形成接枝共聚淀粉。不同的接枝单体，可制得各种具有独特性能的产品。如淀粉与丙烯腈、丙烯酰胺接枝共聚可制得高吸水性树脂淀粉，与丙烯酰胺接枝共聚可以制得造纸用增强剂、助留助滤剂，具有用量少，效果明显等优点。

接枝共聚的方法一般有三种，即离子型引发法、游离基引发法和辐射引发法接枝共聚。目前主要以游离基引发法为主，引发剂有过硫酸铵、硝酸铈胺、高锰酸钾等。

2．聚丙烯酰胺类干强树脂

聚丙烯酰胺除用作助留助滤剂之外，也可用作干强添加剂，这些水溶性聚合物含有重要的氨基，当其存在于纤维之间时，与表面的纤维素分子形成氢键来增强内部纤维的结合如像阳离子淀粉一样，聚丙烯酰胺干强剂能获得通过打浆而无法得到的纸张各种性能。例如，可在不影响纸页松厚度或外观的前提下来获得纸张强度的大幅度提高。

1)改性聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺结构是一个非离子性材料，对造纸纤维只有很小的吸附力，当直接加入到造纸配料中后，不能有明显地留着效果，那么，在聚合物结构中引入一个电荷基团是非常必要的。

阴离子聚丙烯酰胺(APAM)—首次生产出阴离子聚丙烯酰胺是在20世纪50年代，其方法是通过丙烯酰胺和丙烯酸共聚，这样在聚合物链上就引入一个离子化的羧基，另外还可以通过聚丙烯酰胺的部分酰胺基在碱性条件下水解而得到。

羧基是一个弱酸，其电离程度取决于系统的pH值，特别是在酸性造纸(pH＝4.0～5.0)条件下，仅有部分羧基电离，即阴离子聚丙烯酰胺在该pH值下不具有完全的电荷，当pH升高时，电离平衡发生移动，即当pH＞7.0时，羧基基本上100%电离，因此，在碱性造纸条件下(pH=8.0～8.5)，APAM是完全带电荷的。   

阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)一由于阴离子PAM带有负电荷，所以不会直接吸附在纤维上，这样就必须用阳离子物质(如铝盐)作为促进剂来连接它们以提高其留着，为了避免使用阳离子促进剂。将阳离子基团直接结合在聚丙烯酰胺的骨架上足完全可能的。20世纪60年代有人已进行了这类物质的合成，现已变成了非常普遍的阳离子聚丙烯酰胺干强剂。

CAPM的制备可通过丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚，丙烯酰胺与METAMS共聚得到的阳离子聚丙烯酰胺；或者通过改性聚丙烯酰胺分子链中的一些氨基使其成为阳离子基，如可通过聚丙烯酰胺在次氯酸钠作用下进行Hofman降解，得到阳离子的聚丙烯酰胺。

当CPAM作为干强剂，特别是有10%的单体带电荷时，不像APAM那样，CPAM则在整个pH范围内是完全电离的。典型的聚丙烯酰胺型干强剂的相对分子质量大约在10万到50万之间，这个范围最低（10 万）到聚合物不能在颗粒间架桥引起絮凝，高到(50万)使其活性丧失而阻止聚合物向纤维孔隙内的迁移行为。

2)       CPAM做为干强剂应注意的问题

CPAM类干强剂通常以水溶液(10％～20％)，或者是在使用前用水溶解的粉末来供应。可加到浓的或稀的浆料中，要达到最好的增强效果，必须在最好的混合点加入。加入量为0．1％～0.5％，过多会使配料过度阳离子化而降低其他阳离子添加剂的效率。

3)       水溶性天然干强剂

水溶性植物胶，如洋槐、豆胶和瓜尔豆胶，开始用在造纸工业是在第二次世界大战之而壳聚糖用作造纸助剂则时间还很短，这些高分子的亲水性聚合物与纤维素有相似的化学结构，使其能参与纤维表面额外的氢键结合，天然物质是非离子化的。通过纤维时没有任何程度的留着，然而，成功的商品都含有接在主链环上的阳离子基团，这样就增加了胶和纤维的吸引力，提高聚合物的留着性。在大多数情况下，仅加入0.1％～0.35％的该类物质就可达到有效的干强效果。

壳聚糖的结构是聚2-氨基-2-脱氧葡萄糖，是通过甲壳素在强碱条件下水解而成的，其在稀醋酸和甲酸溶液中是水溶性的，这样，只要pH不低于使浆的羧基阴离子质子化，壳聚糖可直接溶于浆中，可通过调高pH使其沉淀在纤维上，壳聚糖可同时提高湿强和干强，特别对草浆的干强提高作用是巨大的，但对硫酸盐浆作用相对较小。壳聚糖处理过的纸页电镜照片显示出在纤维接触处有聚合物的膜形成。其湿强程度提高与聚乙烯亚胺相近。壳聚糖还可通过化学改性使其发挥更好的作用，如用壳聚糖与丙烯基单体丙烯酰胺接枝共聚，生成的共聚物具有较好的增强作用，也可通过控制单体的比例来制得助留助滤剂，效果较好目前国内已有应用。

(二)干强产生机理

纸的强度是受多种因素影响的，首先取决于成纸中纤维间的结合力和纤维本身的强度，以及纸中纤维的排列和分布。而最主要的是纤维间结合力，纤维的结合力一般有四种：化学键、氢键、范德华力和纤维表面交织力。其中化学键力是固定的，表面交织力和范德华力的作用较小，氢键结合力与打浆的关系最密切，氢键结合力是纸页结合强度产生的主要方式，纤维素分子的羟基相当多，假如一根微纤维是由300~500个葡萄糖单元组成，每个葡萄糖基上有三个羟基则共有900~1500个羟基，所以由无数微纤维相互间形成的氢键结合力是很大的。干强添加剂从其分子结构的特点来看都是含有多羟基的高分子聚合物，这就是与纤维素分子间形成氢键结合的基础，也是干强添加剂增加纸张干强的主要途径。

干强添加剂的增强机理有以下几种：

第一种机理是干强剂分子中的氢键形成基团与纤维表面的羟基形成氢键。如淀粉的自由葡萄糖羟基参与了纤维表面纤维素分子氢键的形成，所以淀粉增加了内部纤维的结合力，在两束纤维，间的自然结合面上增加了氢键的数量。这是纤维系统的“化学水合，，作用。在造纸的操作过程中，精磨会使纤维变得软而短，正是由于这一原因，通常磨浆也降低了纸的撕裂强度，这时可通过应用干强剂得到弥补，从化学键角度看，增加的结合力一般不会影响单束纤维的强度。

第二种机理是干强剂对纸页成形的过程的改进作用，即干强剂提供了更加均匀的纤维间结合。

第三种机理一般认为不太重要，即干强剂增加了细小纤维留着和纸页脱水，改善了纸幅的挺度。这几种机理之间互相并不排斥。

(三)影响干强剂干强行为的因素

1．阳离子淀粉和造纸配料组分间的反应

为了使淀粉参与内部纤维间的结合，首先，淀粉必须吸附在纤维表面上，淀粉要大量的留着就必须有阳离子的电荷。Marton已证实了纤维对淀粉的吸附是淀粉紧密地束缚住了羧基(阴离子基团)，所以，纤维的羧基含量越高，吸附淀粉量越大，其他阴离子配料组分也有类似的结果。   

已经证明纤维对阳离子淀粉吸附是不可逆的。当留在纤维上的淀粉长时间暴露在热水中，仍有85％的淀粉留在纤维上，只有通过强酸处理才能重新溶解。

当淀粉加入到造纸配料后，淀粉在纸料各组分间分布不均匀，一般倾向于吸附在高比表面积的组分上，这样细小纤维和填料吸附的淀粉会比纤维吸附多些。实际的结果是当高含量的细小纤维和填料存在时，只有少量的淀粉来增强纤维间的结合。

2．淀粉电荷密度和剂量对吸附的影响

淀粉的电荷密度和添加量对其吸附影响很大，中性天然淀粉在纤维表面只有很少的留着。所以，在淀粉分子上引入一个阳离子集团后，淀粉与纤维表面间将产生较强的吸引力，吸附速率增加，被吸附的淀粉量也增加。

随着淀粉取代度的增加，吸附可达一个最大值，然后再降低引，淀粉吸附量受其电荷密度和添加剂量的影响。在低的取代度下(取代度为阳离子0.02)时，吸附量随着电荷密度的增加也增加，当吸附达到最大值时，随电荷密度的增大，纤维表面电荷产生过量时，淀粉和纤维表面的吸引力会降低，淀粉的加入率越大，该点到达的越早，所以，要达到高效率，必须密切注意淀粉的剂量和电荷密度。造纸上实际应用的淀粉添加量为0.25%～2.5％。

纤维吸附淀粉的能力可随着表面的阴离子性的增强而增加。例如，pH值从4上升到8时，会增加纤维对淀粉的吸附能力。这种现象在酸性造纸转换到碱性造纸时更加显著。

3．其他因素的影响

前面已经指出纤维表面积，纤维表面电荷，淀粉电荷密度和淀粉添加量在确定造纸配料组分时对淀粉的吸附(留着)中起着关键性的作用。其他的因素，如浆料浓度，混合条件，保持时间以及其他添加剂的竞争也起着一定的作用。快而完全的淀粉留着(或任何干强剂)，是这些添加剂应用效率的一个最重要的标志，如何理解这些因素对添加剂的作用足非常重要的。

4．使用淀粉干强剂时应注意的问题

有效地利用淀粉就必须提供淀粉在纤维表面快速完全的吸附环境，以及使淀粉与其他添加剂或干扰物的负作用最小。必须取得淀粉的吸附、电荷密度和添加量之间的平衡。如果加入过多的淀粉时，也许能通过有效的吸附获得希望的强度，但同时未吸附的淀粉会集结在白水系统，导致环境和其他问题。由于淀粉在各种不同组分上的吸附程度不同，同时吸附又是不可逆的，淀粉吸附在纤维上处于最佳状态时，可提供最好的强度。然而，添加点的选择也是非常重要的。下面是造纸配料中添加淀粉的一般规则：

①在最好的混合点加入；②避免在靠近其他添加剂的点加入，在加入淀粉之前，要使其他添加剂有足够的时间与浆料混合；③避免在靠近相反电荷添加剂的地方加入；④如果可能，尽量在磨浆之后加入；⑤在纸页成形之前，淀粉要有足够的时间吸附在配料组分上，也应避免过量加入，如果加入量高于2.0％～2.5％将是无效的。

 (一)湿强纸的定义

湿强添加剂，像干强添加剂一样也是一类聚合物材料，为了有效的发挥作用，也必须吸附在配料组分上。另外，在纸产生湿强之前，所有湿强树脂都必须经过一个固化阶段，这样在湿部化学反应中又增加了另一层复杂性。对湿强纸较全面的论述文章近来很多。

纸页成形一般是通过从悬浮纤维的水中过滤纤维和其他粒子的一个过程，经后续压榨和干燥形成纸幅，当纸页经压榨部形成纸幅时，纤维间的键合很少，然而，当经干燥部去除水以后，会产生大量的内部纤维键合。

由于氢键在内部纤维键合中起着重要作用，水分子能参与广泛的氢键结合，当纸与水接触以及纤维一纤维问结合被水一纤维间键合取代后，纸将失去其结合强度是很自然的，当纸被水饱和后，非湿强度纸一般只保留其原干强度的2％～10％左右，这对许多纸的应用来说是不利的。

某些纸和纸板要求有一定的湿强度，如：毛巾纸和吸水性擦布；包裹、兜包纸和纸袋纸；折叠箱包纸；照相原纸、过滤纸；地图纸；货币纸。

成品纸当被水饱和后能保持其原干强度的50％以上的强度是不可能的，大多数纸的湿强度保持在20％～40％范围内，然而，一般的观点认为当纸的湿强度在于强度的15％以上就称其为湿强纸，湿强纸的衡量指标一般采用湿强对干强的比例，通常用抗张强度指标比较。

湿强纸通常以湿强持续的时间来区分，非湿强纸当被水饱和后在几秒钟内将失去其强度。有一些湿强纸仅仅是缩短了强度丧失的时间，该种纸一般被称作“临时”湿强纸，而有些湿强添加剂则能产生“持久”湿强纸。

湿强度的试验方法应根据不同的应用对象而不同，湿强试验中，抗张强度比耐破度更常用，抗张强度一般用于书写纸、印刷纸、卫生纸、纸板等，而耐破度则用于提包和包装纸。在脱盐或蒸馏水中浸泡2h是区分持久性树脂(如MF、UF和聚合环氧氯丙烷树脂)与暂时性树脂(如双醛淀粉、乙二醛一聚丙烯酰胺树脂)的标准时间。短时间的暴露以10s的浸渍或用毛刷湿润为好，磊胶湿强纸在试验前必须完全湿润，必要时可采用真空浸渍或用湿润剂。  

(二)湿强产生机理

Dunlop-Jones指出当纸湿的时候为了保持其强度，一般有以下一种或多种方法：

①增强原有的纤维结合；②保护已有的纤维间结合；③形成对水不敏感的结合键；④使添加物质与纤维混合形成一个网络结构。

湿强添加剂以各种机理增进纸页的湿强。但一般认为主要有两种机理，应该说两种机理不是互相排斥的。

一种是保护已有纤维间结合机理，该机理认为湿强剂在纤维周围会产生一个交错链状网络结构，可以阻止纤维的润胀和吸水以保持已有的纤维间氢键，这种机理被认为是“同心交叉链”机。

另一种是产生新的、抗水的纤维间键合机理，该机理认为湿强剂与纤维间可形成新的抗水的结合键，如共价键、氢键，以交叉链方式来连结纤维，这种机理被称为‘‘加固新键或相互交错连接”机构。

湿强树脂的固化是湿强树脂发挥作用的关键。与其他树脂一样，要发挥其作用，首先树脂必须高效率地留着在纤维上，如果这一点能达到，就有希望获得好的强度效果。但对大多数湿强剂来说，只有高的留着还是不够的，因为对大多数湿强剂来说必须有一个固化过程，这样才能达到以上4种方式的基本条件。即使固化在纸机湿部不发生，但也会强烈地受纸页化学特性的影响，所以，一般认为固化也是湿部化学问题，下面我们讨论几种典型的湿强树脂。

(三)常用的湿强树脂

最古老的生产湿强纸方法是对纸采用高温加热或者在稀Hzsot溶液中羊皮化。后来，在20世纪30年代，人们发现一-此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，湿强剂的发展很快，现在美国造纸工业中每年大约要用湿强剂约达1亿美元。湿强树脂必须有下列4个特性：

①必须是高聚物，并有一定的力学强度来保护纤维间结合不受润胀和损坏。②必须是阳离子型的，可吸附在负电荷的纤维上，并达到快速完全的留着。③必须是水溶性的或水分散型的，以保证在浆料中分布均匀。④必须能形成化学网络结构，反应为热固型，使纸张对水的润胀有一定抵抗力。

湿强树脂的种类很多，列出了目前应用并商品化的水溶性湿强树脂。

1．脲醛树脂（UF）

1)化学结构

第一个湿强树脂是从甲醛浸渍纸的实践中发展来的，其制造方法是用1:2mo1的脲素与甲醛产生二羟基甲脲即可产生湿强效果，列出了二羟甲脲交联形成湿强树脂。但由于二羟基甲脲易聚合成不溶性使得其作为湿部添加剂不适合。这种树脂的不溶性在脲醛树脂作为湿强剂之前必须克服。

脲醛树脂可通过二硫化钠或甘氨酸改性制成一种水溶性的阴离子物质。这种树脂必须通过铝盐才能与纤维结合。

为厂提高脲醛树脂在纤维上的吸附，人们发现可用乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、胍或取代胍以及一或二乙醇胺对脲醛树脂进行阳离子化，阳离子化的脲醛树脂可吸附在纸浆上并且能很好的留着。

商品化的脲醛树脂以25％～40％的水溶液，粘度一般低于100mPa.s，在中性条件下存放，有些是不稳定的，在存放中还会继续聚合，往往由于过聚而失去有效性，所以只能存放几个月。

2)脲醛树脂在纸厂的应用

脲醛树脂加入之前要过滤和稀释成大约1%的溶液，由于UF是酸性固化，所以应有铝盐和一些其他酸性物质存在。应用脲醛树脂的网前箱pH一定要在4.0～4.5之间，同时抄纸的pH也应在此范围内。脲醛树脂的加入量为0.5％～3.0％(绝干量)，这也取决于纸湿强度的要求。通常加在冲浆泵位置，当用松香施胶剂时，很重要的一点是铝矾、松香要先完成反应，否则阳离子脲醛树脂会与松香反应产生泡沫状的复杂沉淀物。

脲醛树脂湿强纸在纸机上一般不能达到其完全固化，所以必须要有一个经过加快固化(5～15min，104℃)的过程。新鲜的脲醛树脂湿强剂的损纸很容易重新制浆，而完全固化的脲醛树脂必须在pH＝3～4，65C或更高温度下处理才能破坏，进行重新制浆。

当脲醛树脂是高度阳离子化时，它会强烈地与接触到的阴离子物质反应。脲醛树脂溶液无论稀浓，在pH低于6.0时都会发生快速聚合。

由于游离甲醛对人体的有害作用，造纸应用脲醛树脂近年来不断减少，但不论怎样应用，都应坚持严格的安全标准。

2．三聚氰胺甲醛(MF)树脂

1)化学结构

三聚氰胺一甲醛树脂(MF)最早应用于20世纪40年代。MF树脂制备的第一步是三聚氰胺与甲醛反应产生三羟甲基三聚氰胺，三羟甲基三聚氰胺是非常有效的湿强剂，当用盐酸处理时，会产生一高度阳离子化胶体悬浮液，对造纸纤维有很好的加固作用。形成酯与甲醛的交联在湿强形成中是很重要的，高温、低pH可以改善其交联反应。后来，又发现了一种更高效的改性三聚氰胺树脂，该树脂是用高比例的甲醛处理三羟甲基三聚氰胺而得到六羟甲基三聚氰胺，该树脂不但效率高，而且抗硫酸根离子下扰强。三羟甲基三聚氰胺树脂是能自由流动的白色固状物。

2)MF树脂在纸厂的应用

MF树脂通常以干粉或者制好的直接可用的酸性胶体形式供应。。干粉使用前必须在稀酸中溶解并经特殊条件的老化(熟化)，酸性条件下MF树脂带有强的阳离子电荷。MF树脂的制备和处理细节。

MF树脂的加入量约为1％～5％(对绝干纤维)，在大多数纸中1％～3％即可达到理想的效果。

MF、树脂应尽可能靠近网前箱加入(1％的溶液)，要保证有足够的时间使其均匀和吸附，应避免遭受磨浆机处理过程，理想的添加点各纸厂也不尽相同。

当正确地应用MF时，其他添加剂如施胶、铝矾和淀粉不会干扰MF，然而，不正确的添加顺序或加入点，会造成MF与松香或淀粉反应导致纸机出现沉淀和纸病。

正常的操作pH值为5～6，MF固化很快。在纸机正常干燥之后应具有适当的湿强度，然而纸机的pH在5～6时，也可能会出现不完全固化(可通过将纸样放在120lC下加热10min后，检验其湿强度的改善，如果改善显著，说明未完全固化)，就应在纸贮存前进行固化处理。    ’

极少量的硫酸根(25～100mg／kg)存在对MF树脂固化是有利的。但硫酸根在浆中含量高时(>200mg／kg)影响MF效率。新的未完全固化的MF处理纸可以直接制浆，如果MF完全固化后，一般要采用高温(75～90℃)、低pH值(2％～3％的铝矾)处理。

3．双醛淀粉(DAS)

乙二醇能被高碘酸氧化成醛，其反应式如下：

高碘酸氧化后的淀粉称为双醛淀粉，高碘酸还原成碘酸。在工业上可利用电解原理使碘酸再氧化成高碘酸而循环使用。双醛淀粉经加热到90～95 C使其糊化并分散在水中。一般采用在硼砂和亚硫酸氢钠存在下加热将双醛淀粉的醛基转化成亚硫酸钠的加成物，再制成胶体分散体双醛淀粉的醛基转化成亚硫酸钠的加成物该分散体系在水介质中带有微量的阴离子性，所以，要用阳离子物质如二氰胺树脂、聚酰胺环氧树脂、锆盐、铝矾或阳离子淀粉才能使双醛淀粉吸附在浆料上，双醛淀粉也可以通过阳离子衍生物如醛羰基、季铵盐酰肼、格林雅试剂在水介质中加热使其阳离子化。阳离子化的双醛淀粉可直接吸附在纤维上。

在使用之前，双醛淀粉必须经过充分溶胀并分散乳化，阳离子双醛淀粉的制备是通过在3％的淀粉分散体中加入对淀粉5％的格林雅试剂P或T，加热到92'C保温10min到20min。阴离子韵双醛淀粉也相似，使双醛淀粉与10％～20％亚硫酸氢钠形成加成物，。制备中不能用高硬度的水。

阴离子双醛淀粉或阳离子驭醛淀粉湿强效果的产生，一般认为与双醛淀粉的醛基与纤维的羟基反应形成半缩醛基，并进一步与其余的羟基形成缩醛有关。

该反应需要酸催化，称为酸固化型树脂。其有效pH值在4.5～5.5之间。在抄纸系统中，水的硬度对阴离子双醛淀粉有益而对阳离子双醛淀粉则不利。

也许因为双醛淀粉的醛基能与纤维羟基或自身与其余双醛淀粉分子交联。在增加湿强度的同时也增加了干强度，阳离子双醛淀粉的最佳加入量为2％～5％。

当纸页通过烘缸干燥时，双醛淀粉的醛基与纤维的羟基反应形成半缩醛的反应会很快建立平衡，当纸页离开烘缸时已基本完成固化。因为阳离子双醛淀粉与纤维的反应是一个动态平衡，所以当纸页重新浸入水中时会产生可逆反应，因此，双醛淀粉产生的湿强度是一种暂时湿强度，纸页浸泡2h后的湿强度比10s后的湿强度要低30％～50％，所以，双醛淀粉更适合于用在面巾纸、薄页纸、毛巾纸中，特别是在碱性条件下，固化反应的可逆性使得损纸的处理很容易。

4．乙二醛聚酰胺树脂(PAMG)

乙二醛聚酰胺树脂是60年代出现的，中等分子量的树脂制造是通过少量的阳离子单体如叔胺或季铵、二丙烯二甲基氯化铵、阳离子聚丙烯酰胺在溶液中用乙二醛处理，引入具有反应活性的酰胺基，并与丙烯酰胺分子进行交联，其余留下的基团是与纤维在纸页干燥时反应。

PAMG树脂是以10％的固含量溶液供应，在纸机湿部的添加量为0.25％～1％(对绝干浆)，有时称为中性固化树脂，但实际上是酸周化树脂。在pH增加时，比脲醛树脂更具有持久性，最有效的pH值是4.5，当有铝矾存在时pH升到6仍然有效。由于树脂的反应是依靠醛基，乙二醛聚酰胺树脂非常像双醛淀粉能直接与羟基形成半缩醛，与其他树脂相比更能增加干强度。在加热时其湿强度对加入量的变化是非常稳定的，由于树脂阳离子电荷低和酰胺基极性等，该树脂与其他树脂相比更能降低纸页的吸水性。

由于醛基与纤维羟基形成的半缩醛很容易水解，所以，纸页产生的湿强度也是暂时的，碱性条件下损纸一般很容易处理。

5．聚酰胺环氧氯丙烷湿强树脂(PAE)

1)化学结构

大约30年前，PAE树脂就是专为中性或碱性造纸而制备的。是目前最广泛的湿强剂。合成步骤为：第一步，由二元酸与三元胺生成聚酰胺，第二步，聚酰胺用环氧氯丙烷处理得到可烷基化的次氨基，这些基团会自身烷基化形成3-羟基氮杂环丁烷基团，该基团对PAE树脂的阳离子性和湿强度产生都很重要，最终产品有较低的相对分子质量(<10万)和阳离子化。

PAE树脂产生湿强的机理一般认为有两步反应：一是分子链上的氮杂环丁基团与另一分子链上的第二个氨基产生交联反应。二是在单个树脂分子中的杂氮环丁基与在两根纤维上的羧基产生交联。

2)聚酰胺环氧氯丙烷树脂在造纸上的应用当溶液的pH大于5时稀溶液将发生凝胶，为了保持树脂的稳定，PAE树脂在制备最后要酸化到pH为3.5～6，因此，必须使用耐酸的管子、泵和罐，树脂装运的固含量为12.5％～33％。PAE树脂是热固性的，可通过加热聚合成非水溶性的，所以储存温度应低于30℃。   

PAE树脂一般要加在高位箱，pH值在5～9之间，最好在6-8之间，在低pH时树脂的反应活性会降低，典型的添加量为：0.25％～0.75％。如果为厂更好的吸附，可在系统更靠前地方加入，也可加在冲浆泵处。

20％～33％是树脂的溶解界限，当与其他物质相混时也会发生反应。另外，由于其高阳离子性，PAE树脂与阴离子树脂是互不相容的。   

稀释的PAE溶液与一些弱阴离子物质是可相溶的，但与强阴离子物质是不能相溶的，这样，保持PAE在纸机上的加入点要远离阳离子(如松香施胶剂)的添加点，否则，松香与PAE反应会形成泡沫并沉淀。

PAE在纸机上不能完全固化，为了达到较高的湿强度，通常，对纸样应进行80℃，30min的固化处理。

新制备的PAE湿强纸由于其未完全固化，所以很容易再制浆，而完全固化的纸则必须要经过热碱液(80℃，pH＝11)处理，必要时还要用氧化剂(如NaCl0)处理。

6．聚胺一环氧氯丙烷树脂

通过环氧氯丙烷与聚亚多甲基多胺反应而成的树脂有商品供应，如用二六亚甲基三胺与环氧氯丙烷反应生成的湿强树脂。在该树脂中，充足的环氧氯丙烷有两个作用、，其一是连接聚胺分子戚链，其二是将反应性和热固性的官能团连在分子链中，这两个作用司一次完成。

因为聚胺树脂的反应活性官能团与PAE相同，所以，其湿强度也取决于pH值，然而在相同用量情况下效果不如PAE，一船只量为绝干浆的0.25％～1％，在树脂中，固化温度对其交联反应阳影响比PAE树脂大。

7．碱反应性树脂

PAE树脂的胺基与环氧氯丙烷反应生成叔胺，进一步靠自身的烷萼形成季铵型阳离子树脂。同样也可以直接用叔胺与环氧矗丙烷反应制成季铵型阳离子树脂。如用聚甲基二烯丙基叔胺与环冬氯丙烷反应可得到季铵型阳离子树脂。该树脂一般用盐酸作稳定剂在酸性溶液中可保存几个月，使用时用碱使其恢复活性，一般以固含量20％供应。该树脂也能与纤维素的羟基反应，固化后可获得理想的湿强度和干强度，比相同用量的PAE树脂产生的强度要高。湿强度损纸的处理也需要化学和机械搅拌相结合进行。

8．其他聚合物树脂

合成胶乳、聚乙烯亚胺、羧甲基纤维素、壳聚糖等，这类树脂一股没有明显的亲电性和热固性基团。

合成胶乳：如苯乙烯一丁二烯聚合树脂是抗撕裂剂，氯丁胶是一种抗化学性、抗挠度的湿强剂。它是一种乳液分散体，干燥后会形成高相对分子质量的交联胶膜，填充纸页间隙，其树脂的疏；水性会阻止纸页的湿润。   

聚乙烯亚胺：在酸催化下乙烯亚胺开环聚合而成，具有高支链，分子中大约有1:2:1的伯、仲、叔胺基。合适的相对分子质量一般从几百到10万，分子中无热固性基团，也不会凝胶，但对氧化剂敏感，与重金属离子形成有色物。在近中性pH时加入浆内，能产生中等程度的湿强，也可作为湿部助滤剂。

(四)影响湿强树脂行为的因素

影响湿强树脂效率的因素一般有树脂、纤维、化学环境以及机器条件等，这些因素间相互作用使树脂发生留着和固化，产生湿强度。湿强树脂仅有高留着是不够的，留着的树脂还必须固化。

1．树脂的添加

关于树脂的加入很难归纳为一种方式，这主要取决于生产的纸品种和树脂的特性两方面，湿强剂在湿部的加入范围一般是树脂的固含量对绝干浆的0.1％～1％，当浆上的阴离子场所被饱和以后，纸页湿强度的增加不会随树脂量的增加而增加，许多树脂在高加入量时只会产生相对于干强度25％的湿强度。湿强树脂可在流浆箱处采用溢流方式加入，如果要有足够的时间让其树脂留着在浆料上，还可在冲浆泵处加入，目的足为了使树脂与浆能很好的混合；有些树脂则必须在打浆机前加入。

2．纸浆纤维对湿强树脂吸附的影响

不同造纸纤维对树脂的留着有不同的影响，纤维对树脂留着的各种主要影响因素如下：纤维上阴离子的位置，浆的浓度，接触时间，施胶剂浓度，浆的精磨。

1)浆中的羧基含量

由于电离的羧基可为树脂提供吸附场所，故羧基含量越高，浆中争着的树脂就越快越多，一般未漂针叶木硫酸盐浆有高的羧基含量，其次是漂白阔叶木硫酸盐浆和漂白针叶木硫酸盐浆，最后是漂白针叶木亚硫酸盐浆。湿强树脂留着也遵循其相同的次序。湿强树脂的吸附遵循Langmuir吸附规律，即开始加入的树脂会全被吸附，逐渐地阴离子点被饱和，吸附速率也会随之降低。湿强树脂的增强过程与大多数吸附行为是一致的，最初的影响很大。

2)浆浓和接触时间

浆浓和接触时间都影响树脂的留着，高浓度时，吸附过程是非常快而完全的，由于高浓度时聚合物分子与纤维表面碰撞前要移动的距离比低浓度时要短，数据支持了这种观点。

3)树脂的稀释

为了使树脂分布得更好，有必要将树脂用清水稀释到10:1后加入，用清水稀释最好，由于白水和其他水可能会含有阴离子干扰物而影响树脂的吸附。

4)浆的精磨

当湿强树脂添加量高时，精磨浆能显著地提高PAE树脂的效率，因为高度精磨浆会有更大的表面面积吸附树脂；相反，当湿强树脂添加量低时，精磨浆也有一定帮助，但湿强度增加不显著。

3．化学环境对树脂性能的影响

除上述讨论的因素之外，化学环境在决定湿强树脂性能中也起关键作用，对湿强树脂性能影响的化学环境因素有：残氯、pH值、浆温和阴离子污染物。

1)残氯对PAE性能的影响

在再制浆中，次氯酸钠常被用来分解PAE树脂，所以从回用浆厂或漂白浆厂过多带入的活性氯将会与PAE树脂反应。降低其效率，在树脂加入前，浆料应该用脱氯剂亚硫酸钠处理。

2)pH值

PAE树脂在pH为5～9时是最有效的，当pH低于5时，树的效率也会降低，因为，第一，pH低时浆中羧基电离度小，对衬且旨的吸引力小；第二，湿强树脂中的胺基质子化后不容易与杂氮环氧丁烷发生交联反应。说明pH对PAE性能的影响。

UF和MF树脂需要酸性pH值才能固化，如果纸页的pH值高于4.5时，对固化会产生不利的影响。

3)浆温

延长浆在高温下的时间将会降低PAE树脂的效率，这是由于杂氮环氧丁烷的水解作用，所以PAE树脂不应该长期保持在高温浆中。

4)干扰物质

在浆厂浆料漂白时残留的干扰物如木素、半纤维素、循环使用的造纸添加剂、阴离子物等都会与阳离子湿强树脂发生反应，干扰树脂在纤维表面的吸附。当干扰物含量高时，在树脂添加前必须用电荷中和这些干扰物，如用铝盐来处理浆料或完全洗涤浆料。有时阳离子树脂与纤维表面的色料反应会增加纸的白度，这是幽于阳离子树脂与阴离子色料的作用，在重染色湿强纸中变得史突出。   

也可通过利用纤维含量低的羧基，使阳离子PAE和阴离子聚合物的反应来加强树脂的留着。在该情况下，阴离子羧甲基纤维素(CMC)与PAE反应形成弱阳离子复合物，吸附在纤维表面上。

实质上CMC能提供吸附PAE所必须的羧基，手巾纸中添加CMC后对PAE的影响。

4.干燥温度对PAE固化的影响  

PAE树脂是热固性的，纸机的干燥条件是关键因素，说明了固化温度对湿强形成的速率和强度的影响，也就是说纸机，上的干燥过程对固化速率和最终获得湿强效果有很大影响，这意味着如果纸机干燥部于燥时间与温度不同时，生产上规定相同干度的纸也许会有不同的湿强结果。

(五)湿强损纸的回用及处理

1．损纸的回用

双醛型树脂形成的半缩醛是很容易用水分散的，必要时可加入少量的碱，是完全可以再制浆的，酸固化的持久性湿强树脂可用稀酸水解，因此在热的铝矾溶液和稀的硫酸溶液中机械制浆是很有效的。PAE、PE和胺一环氧氯丙烷树脂交联后的氮碳键是不埸水解的，所以，含PAE的损纸可通过pH6.5～7.0、0.5％～3％、50℃的次氯酸盐处理再制浆。如果损纸再回抄湿强纸时必需用去氯荆来处理残留的次氯酸盐是很关键的，如用NaHSO₃、Na₂SO₃处理以防止次氯酸盐再继续破坏新加入的湿强树脂。

2．纸页中湿强树脂的分析

纸厂用损纸制浆，首先必须分析其回用纸中的湿强树脂的种'类，以便于采用相应的处理剂。其中，一个简单的办法就是看纸，霹是暂时湿强还是持久湿强，如果纸在润湿后10s到2h之间会失去1/3或更多湿强度时就是暂时湿强树脂，可用热水或稀碱来处理损纸。如果失去少于20％的原始湿强时，即为持久湿强树脂。也可用酸度法来区分，用铝矾或硫酸来区别出UF、MF树脂和碱固化性树脂。也可以用染色法来区分各种湿强树脂。

定量测定含氮树脂中的氮元素量可计算出树脂的量，高含量韵树脂可通过凯氏定氮分析，也可通过合适的酸性染料来染纸，再漂洗除去多余的染料并干燥，直接测量其反射系数来计算出树脂的含量，或直接从纸页中提取后用比色法测量，该方法可准确地知道纸页中树脂的含量。