Lijming

Een lijmmiddel zorgt ervoor dat het papier waterafstotend wordt. Dit is belangrijk voor de beschrijfbaarheid en de bedrukbaarheid van het papier en dat het papier voor een nabehandeling zoals strijken/coaten beter voorbereid is.

Lijmmiddelen kunnen aan de massa, dat wil zeggen in de stofvoorbereiding, of aan het oppervlakte, dat wil zeggen in de lijmpers, toegevoegd worden. De lijmmiddelen hebben over het algemeen een apolair deel en een polair geladen deel. Het polaire gedeelte zorgt voor de binding met de papiervezel, terwijl het apolaire deel zorgt voor de waterafstotende werking van het papier (dat nodig is voor een goede beschrijfbaarheid).

De oudste lijming werd gedaan met dierlijke lijm, gemaakt van uitgekookte botten en huiden (meestal van schapen). Het papier werd voor een lijming gedoopt in een oplossing van deze kraakbeenlijm met aluminiumsulfaat (papiermakersaluin). Later werd de lijming met harslijmen ontwikkeld. Harsen ontstaan bij het verwerkingsproces van bomen tot celstof. Deze harssoort wordt ook wel colophoniumhars genoemd. Deze harsen lossen slecht op in water, hetgeen opgelost kan worden met verzepen van de hars. De hars is negatief geladen, evenals de celstofvezel. Papiermakersaluin (aluminiumsulfaat) wordt dan gebruikt om de hars aan de vezel te binden, doordat de aluminium een positief geladen brugdeeltje is. Deze lijming kan alleen plaats vinden bij een zuur productieproces.

Bij een zuur productieproces kan geen calciumcarbonaat gebruikt worden als vulstof. Carbonaat met zuur reageert namelijk tot koolstofdioxide (CO₂) en water; het papier zou gaan borrelen! Papier dat in een zuur proces wordt gemaakt, kan alleen gevuld worden met calciumsulfaat en kaolien, waardoor het minder wit is dan papier gevuld met calciumcarbonaat. Bovendien is de houdbaarheid van zuur papier niet lang, dit papier vergeelt snel en valt uit elkaar bij veroudering.

Voor lijming van papier dat bij een neutraal proces wordt geproduceerd (dat met de witte vulstof calciumcarbonaat kan worden gevuld), moesten andere middelen gebruikt en ontwikkeld worden. De nu meest gebruikte, zogenaamde synthetische lijmmiddelen, zijn ASA (alkenyl succinic anhydride) en AKD (alkylketeendimeer). AKD is iets makkelijker dan ASA om het papier te lijmen. Het nadeel van AKD is dat het papier, in tegenstelling tot ASA en harslijm, nog niet volledig gelijmd is nadat het productieproces afgesloten is. Volledige lijming bij het gebruik van AKD wordt pas tot 2 weken na de productie bereikt.

De waterafstotende werking (lijming) wordt gemeten als Cobb-waarde. De Cobb-waarde wordt bepaald door het papier gedurende een vastgestelde tijd met water nat te maken. Na afloop van de tijd wordt de opgenomen hoeveelheid water gewogen. Is de opgenomen hoeveelheid water hoog dan is het papier vrijwel ongelijmd; de Cobb-waarde is hoog.

Natvastmiddel

Een natvastmiddel zorgt ervoor dat het papier in natte toestand zijn sterkte beter behoudt. Zonder natvastmiddel is de sterkte van papier in natte toestand slechts 3 tot 10% van de sterkte, wanneer het papier droog is. Dit is bijvoorbeeld belangrijk bij een papieren zakdoek, want na het snuiten mag het papier niet scheuren.

Een natvastmiddel werkt doordat ze bij droging in de droogpartij van de papiermachine driedimensionale structuren laat ontstaan, die de vezels omvatten, ook bij de punten waar de vezels met elkaar in contact komen. Indien het papier nat wordt, zal deze drie-dimensionale structuur niet aangetast worden en wordt zo een bepaalde sterkte van het papier in natte toestand behouden.

In een zuur proces werken natvastmiddelen op basis van ureumformaldehyde en melamineformaldehyde het best. In een neutraal productieproces werken middelen op basis van polyamide en polyamine het best.

Chemische structuur van ureumformaldehyde

Ureumformaldehyde

Zetmeel in de massa

Zetmeel wordt toegevoegd in de massa omdat het de verbindingen tussen vezels kan verbeteren. Zetmeel is een polysaccharide, net als cellulose en daarom lijken beide stoffen veel op elkaar. Zetmeel kan door waterstofbruggen binden aan de celstofketens van cellulose. Een nog betere verbinding wordt bereikt wanneer de zetmeel gemodificeerd is met quarternaire ammoniumgroepen. Dit maakt de zetmeel kationisch (positief geladen) zodat het een sterkere binding kan aangaan met de negatief geladen oppervlakte van de celstofvezel.

Kationisch zetmeel in de massa verbetert dus de onderlinge binding tussen de vezels.

Zetmeel op de oppervlakte

Zetmeel op de oppervlakte wordt aangebracht in de lijmpers in de droogpartij van de papiermachine. Zetmeel fungeert daar als een bindmiddel en zorgt ervoor dat de componenten in het papier beter aan het papier zijn gebonden. Daarnaast vermindert het de wateropname (en verbetert daarbij de beschrijfbaarheid van het papier).

Zetmeel wordt voornamelijk gewonnen uit maïs, aardappel, tarwe en rijst. Zetmeel bestaat uit de stoffen amylopectine en amylose.

De chemische structuur van amylopectine	De chemische structuur van amylose
amylopectine	amylose

Door de zetmeellijm te mengen met andere stoffen, zoals pigmenten, kan de bewerking ook leiden tot het kleuren van papier, verbeterde drukeigenschappen (bijvoorbeeld voor inkjet-printers of offset-persen), verbeterde weerstand tegen verbranden, of een verbetering van de oppervlakte waardoor een behandeling met een coating na de papiermachine wordt vergemakkelijkt.

Men kan oppervlaktezetmeel modificeren, zodat de eigenschappen van het zetmeel zich veranderen. Er bestaan:

• geoxydeerde zetmelen
• gefosfateerde zetmelen
• veretherde zetmelen
• kationische zetmelen

Niet gemodificeerde zetmeel noemt men natief zetmeel.

Natief zetmeel wordt het meest gebruikt (het is ook het goedkoopst). Natief zetmeel zonder behandeling is minder geschikt voor het oppervlakteverlijmen van het papier. De zetmeelketens zijn te lang en moeten worden verkort. Dit kan op twee manieren worden verkort. De eerste manier is het behandelen van de zetmeel met warmte, waardoor de zetmeelketens doorbroken worden. De tweede manier is wat vriendelijker en berust op de inwerking van een enzym. Het enzym amylase knipt de ketens door, waardoor het zetmeel gebruikt kan worden. Onder andere de viscositeit van het zetmeel wordt dan verlaagd, waardoor het beter toepasbaar is op de lijmpers. Het bepalen van de juiste zetmeelketenlengte is belangrijk. Te kort en het zetmeel wordt te diep in het papier gezogen, tevens is het zetmeel dan makkelijker oplosbaar in water (bij offset-drukprocessen, waarbij met water wordt gewerkt kan dit leiden tot stuiven van het papier). Is de zetmeelketen te lang, dan kan het opdragen van de zetmeel in de lijmpers door de te hoge viscositeit tot een probleem worden.