Обработка поверхности при производстве бумаги: принципы, области применения и функциональная классификация

1. Введение: Эволюция технологий проклеивания поверхности

Поверхностное проклеивание является важнейшим процессом в технологической цепочке производства бумаги и картона, который, как правило, осуществляется на сушильной секции бумагоделательной машины. В ходе этого процесса проклеивающий раствор наносится на бумажный полотно — когда полотно еще не полностью высохло, но уже приобрело достаточную прочность — с помощью распылительного или наносящего механизма. После последующей сушки на поверхности бумаги образуется сплошная пленка, что позволяет изменить поверхностные свойства бумаги или картона в соответствии с конкретными эксплуатационными требованиями.

С исторической точки зрения развития бумажной промышленности поверхностное проклеивание превратилось из нишевой технологии в незаменимый технологический процесс. На ранних этапах, ввиду технологических ограничений и специфических требований к имевшимся сортам бумаги, средства для поверхностного проклеивания применялись исключительно для производства специальных видов бумаги, таких как бумага для банкнот, бумага с защитными элементами и бумага для диаграмм. Однако по мере совершенствования технологий бумажного производства поверхностное проклеивание стало стандартным процессом обработки бумаги во всей отрасли.

Основная цель поверхностного проклеивания заключается в повышении прочности поверхности бумаги, улучшении печатных свойств и водостойкости. Поверхностное проклеивание повышает водостойкость бумаги и укрепляет связь между поверхностными волокнами, тем самым улучшая печатные свойства. Растущая в последние годы популярность технологий печати, копирования и факсимильной связи предъявляет всё более строгие требования к поверхностным свойствам, прочности и водостойкости бумаги для печати, упаковочной бумаги и гофрокартона, что стимулирует постоянный поиск новых технологий поверхностного проклеивания во всей бумажной промышленности.

LY Chem Technology Co., Ltd. , обладая более чем двадцатилетним опытом в производстве химикатов для бумажной промышленности, предлагает широкий ассортимент решений для проклеивания поверхности, в том числе наши LY-AKD302 — поверхностный проклеивающий агент AKD и LY-BB201 — стирол-акрилатный пропиточный агент для поверхностей—разработано с учетом разнообразных потребностей современных производителей бумаги.

2. Функциональная роль проклеивания поверхности в бумажном производстве

2.1 Определение размеров поверхности

Под поверхностным проклеиванием понимается нанесение проклеивающего состава на поверхность уже сформированного бумажного полотна, как правило, на проклеивающем прессе, расположенном вблизи конца сушильной секции бумагоделательной машины. В отличие от внутреннего проклеивания — которое наносится на целлюлозу на мокрой части машины и действует за счет замедления проникновения воды посредством молекулярной диффузии — поверхностное проклеивание создает защитное покрытие на поверхности листа, препятствующее впитыванию и вытеканию.

Поверхностное проклеивание не охватывает отдельные волокна, а наносит защитное покрытие непосредственно на лист бумаги, предотвращая впитывание и просачивание. При поверхностном проклеивании на поверхность бумаги наносится сплошная, непрерывная гелеобразная пленка. Это принципиальное отличие объясняет, почему бумага с поверхностным проклеиванием, как правило, обладает лучшими писческими качествами, большей прочностью на разрыв и более высокой устойчивостью к отрыву, чем бумага с внутренним проклеиванием.

2.2 Механизм нанесения поверхностного покрытия

Механизм действия поверхностного проклеивания основан на сочетании физических и химических эффектов. За исключением проклеивающих веществ на восковой основе, поверхностные проклеивающие вещества, как правило, не обладают гидрофобными свойствами, как внутренние проклеивающие вещества; вместо этого они действуют путем герметизации листа, то есть заполнения капилляров и пор проклеивающим составом. Образуя сплошную пленку на поверхности бумаги, средства поверхностного проклеивания:

• Заполняет поверхностные поры и капилляры, снижая поверхностную пористость
• Скрепляет волокна на поверхности, уменьшая образование пыли и ворса
• Создайте гладкую, однородную поверхность для улучшения качества печати
• Придать поверхности бумаги контролируемую гидрофобность

Преимущество поверхностной проклейки в случае бумаги для письма и печати заключается в том, что на поверхности бумаги образуется пленка, которая не задерживает перо при письме и не приводит к появлению клейких следов при печати липкими чернилами.

2.3 Эволюция от нишевого направления к массовому

Технология поверхностного проклеивания возникла около 1930 года с появлением прессов с вертикальными валками. В 1950-х годах широкое распространение получили системы с горизонтальными валками, обеспечивавшие более равномерное распределение проклеивающего раствора. К 1960-м годам доминирующей конфигурацией стали наклонные прокатные валки для нанесения клеевого раствора — как правило, расположенные под углом 45° — которые позволяли значительно улучшить гладкость бумаги и одновременно снизить загрязнение клеевой ванны.

Первоначально проклеивание поверхности применялось исключительно в премиальных областях, таких как производство бумаги для банкнот и защищенной бумаги, ввиду высокой стоимости и сложности процесса. Однако по мере развития полиграфических технологий и повышения требований к качеству сфера применения проклеивания поверхности расширилась и теперь охватывает широкий спектр сортов бумаги, включая бумагу для печати книг и журналов, упаковочную бумагу и гофрокартон.

Сегодня проклеивание поверхности признано незаменимым процессом в современном бумажном производстве, а объем мирового рынка средств для проклеивания поверхности бумаги оценивается в US$ 1 114 млн в 2024 году и, по прогнозам, достигнет US$ 1 505 млн к 2031 году, демонстрируя среднегодовой темп роста (CAGR) на уровне 4,81 TP3T.

3. Основные преимущества нанесения поверхностного покрытия

Пропитка поверхности обеспечивает целый ряд преимуществ, которые напрямую влияют на качество бумаги, эффективность производства и экономическую эффективность.

3.1 Улучшенная печатаемость

Пропитка поверхности значительно улучшает печатные характеристики бумаги и картона. Благодаря созданию гладкой, однородной поверхности с контролируемой пористостью и гидрофобностью пропитка поверхности обеспечивает:

• Четкое воспроизведение печати: Снижение размывания и растекания чернил
• Высокая плотность печати: Улучшенная устойчивость чернил на поверхности
• Снижение образования ворса и пыли: Поверхностные волокна скреплены между собой, что предотвращает их отрыв во время печати
• Равномерное впитывание чернил: Одинаковые свойства поверхности по всей площади листа

С распространением технологий цифровой печати — в том числе струйной, лазерной и высокоскоростной офсетной печати — спрос на бумагу с улучшенными поверхностными свойствами резко возрос. Поверхностное проклеивание позволяет напрямую удовлетворить эти требования.

3.2 Повышенная водостойкость

Пропитка поверхности повышает водостойкость бумаги и картона за счет образования гидрофобного барьера на поверхности. Это особенно важно для:

• Картон для упаковки жидкостей: Содержит фруктовый сок, молоко и другие жидкие вещества на водной основе
• Упаковка для использования на открытом воздухе: Устойчивость к воздействию влажности и влаги во время транспортировки и хранения
• Упаковка для пищевых продуктов: Предотвращение проникновения влаги, которое может негативно повлиять на качество продукции

После высыхания поверхностный проклеивающий агент образует на поверхности бумаги тонкую пленку, которая повышает водостойкость.

3.3 Повышение физической силы

Пропитка поверхности улучшает механические характеристики бумаги и картона:

• Прочность поверхности: Уменьшает образование пыли и отслоение во время печати
• Прочность кольца на раздавливание: Особенно важно для гофрированного картона и упаковочных материалов
• Прочность на разрыв: Повышает сопротивление разрыву под давлением
• Прочность на разрыв: Улучшает сцепление волокон с поверхностью

Проведение проклеивания поверхности может применяться для повышения гидрофобности поверхности бумаги или картона либо для улучшения прочностных характеристик и печатаемости бумаги или картона.

3.4 Снижение двусторонности

Пропитка поверхности позволяет эффективно уменьшить разницу в свойствах верхней и нижней поверхностей листа бумаги — явление, известное как «двусторонность». Нанося пропиточный состав на обе поверхности, производители бумаги могут добиться более однородных:

• Плавность
• Возможность печати
• Водонепроницаемость
• Оптические свойства

3.5 Стабильная производительность, не зависящая от качества воды

В отличие от внутреннего проклеивания, на которое могут существенно влиять качество и температура циркулирующей белой воды, поверхностное проклеивание обеспечивает стабильная, надежная работа независимо от колебаний качества воды. Это эксплуатационное преимущество упрощает управление технологическим процессом и снижает риск колебаний качества.

3.6 Высокий уровень удержания клиентов и экономическая эффективность

Предложения по нанесению покрытий на поверхности исключительная эффективность удержания—приближается к 100%—поскольку прокладивающий агент наносится непосредственно на сформированный лист, а не добавляется в целлюлозную суспензию, где его часть неизбежно теряется вместе с белой водой. Такая высокая степень удержания означает:

• Снижение расхода химикатов на тонну бумаги
• Снижение затрат на химикаты
• Сведение к минимуму воздействия на окружающую среду в результате переноса химических веществ

3.7 Синергетический эффект при использовании внутренних размеров

Поверхностное и внутреннее проклеивание не являются взаимоисключающими альтернативами — это взаимодополняющие технологии, которые работают совместно для обеспечения оптимальных эксплуатационных характеристик бумаги. Поверхностное проклеивание позволяет эффективно компенсировать определенные недостатки систем внутреннего проклеивания, что дает производителям бумаги возможность:

• Снизить дозировку внутреннего наполнителя при сохранении общих эксплуатационных характеристик
• Добиться более высокой доли наполнителя без ущерба для прочности
• Решать конкретные проблемы качества, связанные с поверхностью, без изменения химического состава влажной части

4. Классификация поверхностных проклеивающих веществ по функциональному назначению

В зависимости от основного функционального назначения поверхностные проклеивающие вещества можно разделить на две широкие категории: водостойкие модели и типы, способствующие увеличению силы.

4.1 Водостойкие пропиточные вещества для поверхностей

Водоотталкивающие проклеивающие вещества предназначены для придания поверхности бумаги гидрофобных свойств, что снижает проникновение жидкости и улучшает эксплуатационные характеристики в условиях, требующих защиты от влаги.

Димер алкилкетена (AKD) : AKD — это реактивное проклеивающее вещество, которое образует ковалентные эфирные связи с целлюлозными волокнами, создавая постоянный гидрофобный барьер. При применении в качестве поверхностного проклеивающего вещества AKD:

• Обеспечивает превосходную водостойкость
• Обеспечивает возможность вторичной переработки бумаги
• Обеспечивает превосходную производительность по сравнению с традиционными аналогами на основе канифоли
• Широко используется в производстве различных сортов высококачественной культурной бумаги, фотобумаги, бумаги для пакетов для фруктов, упаковочной бумаги и картона

LY-AKD302 от компании LY Chem представляет собой поверхностный проклеивающий агент AKD, специально разработанный для использования в сочетании с крахмалом, что позволяет сократить время отверждения и одновременно повысить кольцевую прочность и прочность на разрыв гофропроката и подкладочного картона.

Сополимеры стирола и малеинового ангидрида (SMA) : Поверхностные проклеивающие вещества на основе СМА обеспечивают превосходную водостойкость и особенно эффективны для улучшения печатаемости мелованной бумаги.

Стирол-акрилатные эмульсии (SAE) : Агенты для обработки поверхности SAE обеспечивают оптимальный баланс между водостойкостью и повышением прочности.

LY-BB201 от компании LY Chem представляет собой катионную стирол-акрилатную эмульсию, которая может частично заменить внутренние проклеивающие вещества, при этом значительно повышая прочность на кольцевое сдавливание и водостойкость крафт-лайнера и белого картона.

4.2 Поверхностные проклеивающие вещества, повышающие прочность

Поверхностные проклеивающие вещества, повышающие прочность, в основном используются для улучшения механических свойств и целостности поверхности бумаги и картона.

Крахмал и производные крахмала: Крахмал является наиболее широко используемым средством для поверхностного проклеивания и занимает значительную долю на мировом рынке средств для поверхностного проклеивания. Обычно применяются окисленный крахмал, ферментативно модифицированный крахмал и катионный крахмал. Использование ферментативно модифицированного крахмала при поверхностном проклеивании представляет собой эффективную стратегию повышения эксплуатационных характеристик бумаги.

Carboxymethyl Cellulose (CMC) : CMC is used as a surface sizing agent to improve surface strength and printability. It has been found to have excellent use in sizing for all fibers.

Polyvinyl Alcohol (PVA) : PVA provides excellent film-forming properties and oil resistance, making it suitable for applications requiring high surface strength and grease resistance.

4.3 Emerging Trends: Bio-Based and Sustainable Sizing Agents

The global shift toward sustainable packaging solutions is driving the development of bio-based and environmentally friendly surface sizing agents. Recent innovations include:

• Chitosan-based sizing agents: Biodegradable alternatives derived from natural sources
• Micro-nanofibrillated cellulose (MNFC) blends: Combining cellulose nanomaterials with traditional sizing agents
• Biodegradable waste gelatin-based coatings: Sustainable biomass surface sizing agents

These innovations reflect the industry’s commitment to reducing environmental impact while maintaining or improving paper performance.

5. Surface Sizing vs. Internal Sizing: A Strategic Comparison

5.1 Complementary Mechanisms

Internal sizing and surface sizing operate through fundamentally different mechanisms, and understanding this distinction is essential for optimizing paper performance.

Aspect	Internal Sizing	Определение размеров поверхности
Application point	Wet end (pulp stage)	Size press (near dryer end)
Mechanism	Slows water by molecular diffusion	Seals capillaries and pores
Effect	Bulk water resistance	Surface properties and top-layer barrier
Retention	Partial (some lost in white water)	Near 100%
Dependence on water quality	Significant	Minimal

Surface sizing makes it possible to use calcium carbonate as a filler of excellent optical property—a filler that cannot be used in traditional acidic internal sizing systems.

5.2 Strategic Integration

In modern papermaking, internal and surface sizing are typically used in combination. The practice of adding surface sizing agent at the size press for replacing or supplementing internal sizing has been widely adopted. This integrated approach offers multiple benefits:

• Повышение качества продукции: Улучшенные поверхностные свойства и прочность материала
• Снижение уровня загрязнения: Меньший объем переноса химических веществ в сточных водах
• Снижение производственных затрат: Оптимизация общего потребления химикатов
• Большая гибкость при составлении рецептур: Возможность точной настройки свойств поверхности независимо от химического состава рабочей фазы

6. Application Scenarios by Paper Grade

The selection of surface sizing approach—and the choice of sizing agent—depends on the specific requirements of the paper grade being produced.

6.1 Cultural Paper and Printing Papers

For writing paper, offset printing paper, and electrostatic copy paper, surface sizing is essential for:

• Achieving high print quality with sharp, clear images
• Preventing ink feathering and bleeding
• Reducing surface dusting that could contaminate printing equipment
• Ensuring consistent ink absorption across the sheet

6.2 Packaging Paper and Board

For linerboard, corrugating medium, and folding carton board, surface sizing provides:

• Enhanced ring crush strength: Critical for box compression resistance
• Improved water resistance: Protecting contents during transport and storage
• Better printability: Enabling high-quality graphics on packaging surfaces

6.3 Food-Contact Papers

For food packaging applications, surface sizing must meet stringent regulatory requirements. Surface sizing agents used in food-contact papers must comply with FDA, BfR, and EU regulations, with specific limits on:

• Migration of sizing agent components into food
• Total extractable substances
• Solvent residues (particularly important for solvent-free AKD products)

6.4 Specialty Papers

For applications such as fruit bag paper, photographic paper, and liquid packaging board, surface sizing delivers specific performance attributes:

• Бумага для пакетов для фруктов: Водостойкость для защиты фруктов от повреждений, вызванных влагой
• Photographic paper: Superior surface smoothness and ink/toner receptivity
• Картон для упаковки жидкостей: Barrier properties to contain aqueous liquids

7. Market Trends and Future Directions

7.1 Рост рынка

The global Paper Surface Sizing Agents market continues to expand, driven by increasing demand for high-performance packaging papers and the shift toward sustainable papermaking practices:

• Market size: US$ 1,114 million (2024) , projected to US$ 1,505 million (2031)
• CAGR: 4.8% during the forecast period
• The emulsion-type surface sizing agent market alone was valued at US$ 315 million in 2024, projected to reach US$ 488 million by 2031 at a CAGR of 6.0%

7.2 Key Drivers

Рост электронной коммерции: With e-commerce packaging volumes projected to grow at over 14% annually, paper-based packaging solutions require high-performance surface sizing agents to enhance water resistance and printability.

Требования в области устойчивого развития: The global shift toward sustainable packaging solutions is driving unprecedented growth in the paper and paperboard industry, subsequently boosting demand for surface sizing agents.

Technological Improvements: The enhancement of surface sizing technology—including the formulation of high-performance and greener agents—is supporting market growth.

Эволюция технологий печати: Распространение цифровых и высокоскоростных технологий печати продолжает повышать требования к качеству поверхности бумаги.

7.3 Будущие инновации

Emerging trends in surface sizing technology include:

• Крахмалы, модифицированные с помощью ферментов: Обладает превосходной стабильностью вязкости и механической прочностью
• Проклейка с добавлением наноцеллюлозы: Combining traditional sizing agents with cellulose nanomaterials for improved barrier properties
• Биопроисходные проклеивающие вещества: Удовлетворение спроса на возобновляемые и биоразлагаемые альтернативы
• Интеллектуальные системы определения размера: Real-time monitoring and control of sizing application for optimized performance

8. Conclusion: Surface Sizing as a Strategic Capability

Surface sizing has evolved from a niche technology for specialty papers to an indispensable process in modern papermaking. Its ability to simultaneously enhance printability, water resistance, physical strength, and surface uniformity—while offering high retention efficiency and consistent performance independent of water quality—makes it a strategic capability for papermakers serving diverse markets.

Основные выводы:

• Surface sizing is complementary to internal sizing, not a replacement; the two systems work together to achieve optimal paper performance
• Function determines choice: Water-resistant surface sizing agents (AKD, SMA, SAE) serve different purposes than strength-enhancing agents (starch, CMC, PVA)
• Рынок демонстрирует устойчивый рост: The global surface sizing agents market is projected to reach US$ 1.5 billion by 2031
• Sustainability is driving innovation: Bio-based and enzyme-modified sizing agents are emerging as key trends
• Application determines strategy: The optimal surface sizing approach varies by paper grade—from cultural paper to packaging board to specialty applications

LY Chem Technology Co., Ltd. , with over two decades of experience in paper chemicals manufacturing, offers a comprehensive range of surface sizing solutions designed to meet the diverse needs of modern papermakers:

• LY-AKD302 (поверхностно-активное вещество AKD) : Delivers superior water resistance and strength enhancement when used with starch, specifically designed for corrugating medium and linerboard
• LY-BB201 (стирол-акрилатный агент для проклеивания поверхностей) : A cationic emulsion that partially replaces internal sizing while improving ring crush strength and water resistance for kraft linerboard and white board

As the global paper industry continues its transition toward higher quality, greater sustainability, and enhanced performance, surface sizing technology will remain at the forefront of papermaking innovation. LY Chem is committed to supporting papermakers in navigating this evolving landscape with reliable, high-performance chemical solutions.

---

For more information about LY Chem’s surface sizing solutions and our complete range of papermaking chemicals, please contact our technical sales team.

Список литературы

1. Paper surface sizing application scope and benefits – Patent literature, EPO
2. Surface sizing vs internal sizing comparison – Hand Papermaking, 2024
3. Surface sizing agents types (AKD, starch, PVA, CMC) – Baidu Baike, 2026
4. Global Paper Surface Sizing Agents Market Report 2025 – QY Research, 2025
5. Surface sizing for strength, printability, and water resistance – Amazon Chem
6. Starch and its derivatives for paper coatings: A review – ScienceDirect, 2019
7. AKD surface sizing for packaging applications – TradeKorea / Research and Markets