摘 要：研究了聚乙烯醇(PVA)/纳米微纤丝(NFC)涂布对砂纸原纸防油性能及力学性能的影响。研究结果表明：PVA浓度 5%涂布的砂纸原纸各项性能均弱于PVA10%浓度的涂布纸。 5%PVA涂布(涂布量为2.61g/m² )时，随着NFC用量增加，其防油性能得到了相应提高，但其防油等级均在6以下;10%PVA涂布(涂布量为8.27g/m² )时，其涂布后砂纸原纸防油等级均在12左右。在PVA浓度为5%时，涂布纸的拉伸强度比砂纸原纸的提高了约100%;在相同5%N F C的添加量下，10%PVA涂布纸的拉伸强度比5%的提高了约67.37%。随着NFC添加量的增加，纸张的耐折度随之提升。当NFC的添加量在合适范围内，纸张的撕裂度也随NFC添加量的增加而提高。

关键词：聚乙烯醇;纳米微纤丝;涂布;砂纸原纸

Abstract: In this article was discussed the influence of polyvinyl alcohol ( PVA ) / nanofibrillated cellulose( NFC ) coating on the oil-proofing and mechanical properties of abrasive base paper. The results show that PVA concentration of 10% contribute more to the paper properties than 5% PVA concentration. In detail, when 5% PVA is applied (the coating weight is 2.61g/m² ), its oil-proof performance is improved with the increase of NFC dosage, but its oil-proof grade is below 6. When 10% PVA is applied ( the coating weight is 8.27g/m² ), the oil-proof grade is as high as about 12. With 5% PVA concentration, the tensile strength of coated paper is about 100% higher than that of abrasive base paper. With the same 5% NFC addition, the coated paper of 10% PVA is increased by about 67.37% compared with 5% PVA. The folding endurance of paper can be improved with the increase of NFC addition. Paper tearing strength can also increase with the added amount of NFC if the added amount of NFC is within the proper range.

Key words: polyvinyl alcohol(PVA); nanofibrillated cellulose (NFC); coating; abrasive base paper

砂纸原纸除了要求具有较好的机械强度性能外， 还需要具有一定的耐水性、防油性等性能。传统的耐水砂纸原纸因为原纸的防油性能不足，导致植砂时涂胶胶液大量渗入纸内，造成粘砂不牢，影响磨削性能。 因此，砂纸原纸必须具有较高的耐水性和耐油性。 近几年，纸张绿色防油技术的研究开发成为了热点，其中，很多研究人员采用合适涂料通过涂布的方式使纸张达到相应的防油等级。

本文以砂纸原纸为涂布基材，采用聚乙烯醇(PVA)/纳米微纤丝(NFC)复合涂料进行涂布，并对涂布后的砂纸原纸进行防油性能和力学性能的分析，以期提高砂纸原纸质量性能。

1 实验

1.1 实验材料

本实验所采用的砂纸原纸取自浙江金昌特种纸股份有限公司，其定量为60g/m² 。聚乙烯醇为工业级 1799，纳米微纤丝固含量为1.1%。

1.2 纳米微纤丝的表征实验

纳米微纤丝( NFC)的表面形貌采用S-4800扫描电子显微镜 (Hitachi)进行分析。

1.3 聚乙烯醇/纳米微纤丝复合涂料

制备实验 PVA/NFC复合涂料的制备实验在恒温水浴锅中进行。先取一定量的 NFC添加到100ml的烧杯中，再添加一定量的蒸馏水，搅拌充分，再放入超声波清洗器在90Hz下分散15min。在 分散好的NFC溶液中加入一定量PVA 固体颗粒。在60℃下润胀30min，超声 波分散15min，在90～95℃下充分溶解，将溶解后的复合试剂再超声波分散15min，静置脱泡，备用。

1.4 聚乙烯醇/纳米微纤丝涂布实验

PVA/NFC涂布实验采用瑞士杰恩尔 zehntner公 司2AA 2300手工涂布机进行。将制备好的PVA/NFC 复合涂料以手工棒式涂布的方式进行涂布。在涂布过 程中，只进行单向涂布。经涂布后的纸张先在50℃的烘 箱内干燥20min，再放置恒温恒湿试验箱(相对湿度： 50%;温度：25℃)24h，然后，进行防油性能和力学性能测试。

1.5 涂布纸的防油性能测试

Oil Kit Test是美国纸浆与造纸工业技术协会制定的一个国际方法，用于反映纸张或纸板对油脂、油或者石蜡的抵抗性。按照一定的比例，将蓖麻油、甲苯和正庚烷三种物质，配制12种滴定液。将滴定液从 13mm的高度轻轻地释放液滴到待测纸品上，开始计时。15s后用干净的棉花球轻轻擦去纸上的油液。若油液渗透到纸张内部使纸张滴油部分变暗，表明这张纸的抗油性能没有达到这种油滴代表的防油等级。再选取下一等级油滴在一个未经测试的区域继续测试，直到某一等级油滴不产生渗透这一现象，这个等级即是被测纸品的抗油脂值。

1.6 纸张的拉伸强度测试

纸张的拉伸强度采用KSM-b x5450S T双向拉伸 仪进行分析。检测条件为：涂布纸宽度为40mm，长度为 100mm，滑块重量为10N。

2 结果与讨论

2.1 纳米微纤丝表征

图1 纳米微纤丝的SEM图

图1是纳米微纤丝的SEM图。由图可知，纳米微纤丝形成了一定的网络结构，分布均匀，并且在溶液中有着良好的分散性。若将其加入纸浆中，其与纸浆纤维能够紧密结合，从而使纸张的抗张强度、撕裂度、耐折度提高。所以在浆内添加纳米微纤丝， 主要是为了增加纸张的强度。当纳米微纤丝运用于涂料时，其表面羟基通过氢键结合形成二维网络结构，提高纸张表面致密性，因此，涂布纸的表面强度及防油性能得到改善。

2.2 P VA/N F C配比对砂纸原纸防油性能的影响

图2 NFC添加量对砂纸原纸防油性能影响(5%PVA)

有研究表明，NFC可以单独或者与聚合物混合使用作为阻隔材料，如与PVA混合使用，NFC也可以在纤维素水解后作为一个阻隔性压板层的基础纸层。图2 为PVA浓度5%时NFC添加量对砂纸原纸防油性能影响实物图。可见，随着NFC添加量从10%降低到0，砂纸原纸吸附油渍的面积和颜色逐渐增加;随着NFC用量的增加，其防油性能逐渐提升。

图3 NFC添加量对砂纸原纸防油等级的影响(5%PVA)

图3为PVA浓度5%时，NFC添加量对涂布砂纸原纸防油等级的影响(涂布量为2.61g/m² )。由图3可 见，PVA浓度为5%的情况下，原纸的防油等级不到1 级，NFC添加量为5%的涂布砂纸原纸的防油等级为4，而10%NFC添加量的涂布纸的防油等级为5。由此可知，添加了NFC对纸张的防油性能有一定的提高，并且NFC的添加量越高，其防油性能越好。这是因为PVA/ NFC复合涂料，随着NFC添加量的增加会增强涂层网络结构，从而增加涂布纸的密度，因此提高纸张的防油性能。另外，NFC分子上含有大量羟基，而羟基是亲水基团，所以添加了NFC能起到一定的防油性，而且其添加量越高，防油性能越好。

图4为PVA浓度10%时NFC添加量对砂纸原纸防油性能影响的实物图 (涂布量为8.27g/m² )。由图4可见， 当PVA浓度为10%时，随着NFC添加量从10%降低到1%，涂布后砂纸原纸吸附油渍的颜色逐渐增加，可见随着NFC用量增加，复合涂料涂布后防油性能逐渐提高。另外，图4与图2对比可见，10%PVA浓度涂布的纸张防油性能得到显著提高。

图4 NFC添加量对砂纸原纸防油性能的影响(10%PVA)

图5为PVA浓度10%时，NFC添加量对涂布砂纸 原纸防油等级的影响。由图5可见，PVA浓度10%的 条件下，所有纸张防油等级都达到12级左右，说明在10%P VA条件下，NFC添加量对纸张防油等级影响减小。究其原因，PVA分子结构中富含羟基，可以与植物纤维形成良好结合。所以，即使在N FC添加量相同的情况下，PVA浓度高的涂布纸的防油性能更好。

图5 NFC添加量对砂纸原纸防油等级的影响(10%PVA)

因此，随着NFC用量增加，复合涂料涂布后防油性能逐渐提高。另外，随着PVA浓度增加，防油性能显著提高。

2.3 PVA/NFC配比对砂纸原纸拉伸强度的影响

图6 NFC添加量对砂纸原纸拉伸强度的影响(5%PVA)

图6为PVA浓度5%时，NFC添加量对砂纸原纸拉伸强度的影响。由图6可见，NFC添加量从0增加到10%，砂纸原纸的拉伸强度有明显提高。NFC添加量0时，拉伸应力只有26.00MPa，而NFC的添加量为5%时，拉伸强度为52.00MPa，提高了100%。主要是因为NFC表面丰富的羟基和羧基与纸张表面羟基形成大量的氢键，提高了纤维之间的作用力，从而提高了纸张的拉伸强度。 N FC与PVA产生氢键结合，形成致密的网状薄膜，从而提高纸张的拉伸强度。

图7为P VA浓度10%时，N FC添加量对涂布液分散性影响的实物图。由图7可见，随着N F C添加量从1%提高到10%，涂布液呈现的小颗粒越来越多，由此可以推断，随着NFC用量的增加，复合涂料的分散性逐渐降低。

图7 10%PVA涂布液分散性能

图8为PVA浓度10%时，NFC添加量对砂纸原纸拉伸强度的影响。由图8可见，NFC添加量为1%时，涂布纸的拉伸强度为65.58MPa，5%时为87.03MPa，而在10%时则减少至47.69MPa。究其原因，在10%PVA涂 布时，其黏度已经达到较大值，适当的添加NFC能起 到增强纤维结合力的作用。当添加量达到5%时，出现轻 微NFC分散不均现象，当NFC添加量10%时，出现显著 NFC团聚，无法在纸张表面形成均匀的薄膜，从而影响纸张强度。由图6、图8对比可见，在相同5%NFC的添加 量下，10%PVA的涂布纸比5%的提高了约67.37%。

图8 NFC添加量对砂纸原纸拉伸强度的影响(10%PVA)

2.4 聚乙烯醇/纳米微纤丝配比对砂纸原纸耐折度的影响

图9为P VA浓度5%时，NFC添加量对涂布砂纸原纸耐折度的影响。纸张的耐折度主要受纤维自身的强度、柔韧性、纤维长度以及纤维的结合力的影响。由图9可知，原纸的耐折度为1032次，而NFC的添加量达 到10%时，涂布纸的耐折度比原纸增加了261次。

图9 NFC添加量对砂纸原纸耐折度的影响(5%PVA)

图10为 P VA浓度10%时，NFC添加量对涂布砂纸原纸耐折度 的影响。由图10可知，随着NFC用量增加纸张的耐折度也逐渐上升。在NFC的添加量为1%时，纸张的耐折度为1476，而添加量为10%时，耐折度达到2291。 由图9、图10可见，纸张的耐折度与N F C的添加量 有着直接的关系。由此，涂布纸的耐折度是随着N F C添加量的增加而有所提高。引起这种现象的主要原因是 随着N F C的添加量逐渐增加，使得砂纸原纸纤维的结 合力得到了提升。

图10 NFC添加量对砂纸原纸耐折度的影响(10%PVA)

2.5 PVA/NFC配比对砂纸原纸撕裂度的影响

图11为PVA浓度5%时，NFC添加量对砂纸原纸 撕裂度的影响。由图11可见，原纸撕裂度为960mN。 NFC添加量为5%时，涂布纸的撕裂度达到最大值，为1200m N。而后随着添加量的增加，撕裂度逐渐下降。

图11 NFC添加量对砂纸原纸撕裂度的影响(5%PVA)

图12为P VA浓度10%时，NFC添加量对砂纸原纸撕裂 度的影响。由图12可见，撕裂度随着NFC添加量的增加 而增加。涂布纸的撕裂度出现增大的原因在于NFC的 表面含有大量的羟基，它会与纸面上裸露的纤维形成氢键，在一定程度上增强了纤维间的结合力。 因此，NFC可以一定程度提高砂纸原纸的撕裂度。

图12 NFC添加量对砂纸原纸撕裂度的影响(10%PVA)

3 结论

随着NFC添加量增加，砂纸原纸的防油性能逐渐 提高。P VA浓度为5%时(涂布量为2.61g/m² )，原纸的防油等级不到1级，NFC添加量10%时防油等级为5。在PVA浓度为10%的条件下(涂布量为8.27g/m² )，所有纸张的防油等级均为12级左右。

PVA浓度为5%时，涂布后纸张的拉伸强度随着NFC添加量的增加而提高，当NFC添加量为5%时，其拉伸强度比砂纸原纸提高了100%。但随着N F C添加量进一步增加，其拉伸强度的上升趋势明显减缓，这是因为NFC在溶液中的分散性逐步变差。当PVA浓度为10% 时，这种现象尤为明显。

NFC添加量对纸张的耐折度有着积极的作用。 PVA浓度为5%时，随着NFC的添加量增加，涂布纸的耐折度比砂纸原纸增加了261次。在10%PVA涂布的砂纸原纸上，当NFC的添加量为10%时，涂布纸的耐折度比砂纸原纸提高了54.9%。

砂纸原纸的撕裂度也与复合涂料中的NFC添加量有关，NFC可以一定程度提高砂纸原纸的撕裂度