纸张是纤维之间通过范德华力及氢键连接在一起的层状网络结构。当纸张中的含水量逐渐增加时，纤维发生润胀，纤维间的范德华力减弱及氢键断开，从而使得纸张的强度下降，此时纸张强度仅剩余纸张干燥时原始强度的3%～10%（相对湿度50%时）。除了受到纤维网络结构物理性质的影响之外，纸张强度还取决于作用力的作用面积，而作用面积可以通过在湿压榨时促进纤维表面的结合而提高，或者提升纤维的灵活度和润胀能力，但这种作用的程度有限，因此常通过添加化学助剂（通常称作湿强树脂）以提高纸的湿强度，即干纸再湿后的强度。通常纸的湿强度不是以其绝对值来表述，而是以纸的湿强度对干强度（常用抗张强度）的比率来表示。一般而言，在浸湿后，仍能保留15%的干强度的纸张，即可被认为是湿强纸。
目前应用湿强树脂以提高纸张湿强度的纸张种类有很多，其中应用范围最广的就是卫生纸，包括擦手纸、面巾纸以及厨房用纸等。另外应用范围较广的纸种就是包装用纸，例如用于包装牛奶或果汁的液体包装盒等，还有就是特种纸，包括茶叶袋、咖啡过滤用纸、壁纸及海报用纸也需要添加湿强剂。
20世纪30年代末，人们发现将某些水溶性的合成树脂应用于纸料的加工时，纸张的湿强度会大幅提高，自此湿强树脂的应用和湿强纸的生产得到迅速发展。第一代商业化的湿强树脂是经改性后的脲醛树脂（U-F），通过引入阴离子或阳离子官能团至聚合物中使其具备水溶性，但其化学性质也决定了只能应用于酸性抄纸过程。随后开发的三聚氰胺-甲醛树脂（M-F）弥补了这一缺陷，其应用的pH较高，这也使得三聚氰胺-甲醛树脂的市场应用范围更广。然而到了20世纪50年代，传统的酸性抄纸条件逐渐向中/碱性条件演变，这也伴随着衍生了聚酰胺多胺-表氯醇树脂（PAE）。在中性抄纸条件下，PAE的增湿强度效果比U-F和M-F更好，并且可以使纤维本身的强度更大，减少纸机的腐蚀及腐浆的产生。
尽管当前大部分纸的抄造条件都在中/碱性，对于某些特殊纸种，如纸袋纸，因其需要松香胶施胶以具备一定抗摩擦性能，仍需要酸性的抄纸条件，这也使得U-F和M-F仍占有一定的市场，然而U-F和M-F的使用过程会释放出甲醛的问题仍未解决。在PAE的使用过程中，因其含有有机氯，会增加废水中的AOX（可吸收性有机卤）含量。
1. 甲醛树脂
图3-30是脲醛树脂的生成过程及其化学结构，从中可以看出羟甲基中羟基可以同另一分子中N原子所连接氢进行交联（如图3-31所示）。U-F的这种不溶性的三维网络式化学结构对纤维-纤维的连接键提供了一种保护作用，或者是纸张润湿时限制了纤维的润胀。为了解决溶解性问题，通过引入亚硫酸氢钠或氨基己酸至聚合物中，而生产出了可溶性的阴离子型脲醛树脂。由于阴离子型树脂带有负电荷，对于带电荷的纤维没有亲和力，需要添加硫酸铝来定着。然而即使在硫酸铝的帮助下，仅可能将此种阴离子型树脂定着于未漂白浆纤维上；另外为了获得最佳湿强度，白水pH应为4.5～5。从以上说明可以看出，阴离子型U-F在应用范围上有了限制，主要是用于硫酸盐浆纸袋纸和低定量皱纹牛皮纸。使用阴离子U-F的重要好处就是可以获得较好的经济效益。市面上阴离子脲醛树脂通常以一种易溶的粉末形式供应，在使用前一般先制成浓度为20%～30%的水溶液，然后在纸浆尝试调节器与冲浆泵中间加入前，先按10∶1的比例用水稀释并过滤。
图3-30 脲醛树脂的生成过程
图3-31 脲醛树脂交联
相对于阴离子型U-F而言，阳离子脲醛树脂有着更广泛的应用范围，因为后者自带阳电荷，不需要定着剂就可以定着在纤维上，包括漂白浆纤维，但阳离子型树脂的增强效果比阴离子型稍差。同阴离子型U-F相同，阳离子型树脂的增强效果也是在pH4.5～5范围才能达到最佳，因为其熟化也是要用酸来催化的。市面上阳离子型脲醛树脂一般以水溶液形式供应，其浓度为40%～60%，在使用前，先用水将其浓度稀释至1%～5%。
2. 三聚氰胺甲醛树脂（M-F）
在大多数情况下，三聚氰胺是由氰腈聚合而来，然后三聚氰胺与甲醛缩合生成一系列的羟甲基三聚氰胺，如单羟甲基三聚氰胺，三羟甲基三聚氰胺（如图3-32所示）等。M-F会发生自交联形成醚键（如图3-33所示）或亚甲基连接，也会与纤维素上的羧基发生交联形成共价键，这两种交联都有助于提高纸张的湿强度。利用M-F作增强剂时，纸张的湿抗张强度可达到50%，湿撕裂强度可以更高。由于M-F树脂抗碱性很强，因此主要是应用于标签纸和钞票原纸。
图3-32 三羟甲基三聚氰胺的生成过程(www.xing528.com)
图3-33 三聚氰胺甲醛树脂的自交联
市面上提供的M-F多是以稀水溶液（浓度为10%～12%）、浓缩液（浓度为60%～80%）和干粉形式供应，这3种形式M-F备用液的pH均应为2左右。在实际操作过程中，可利用计量泵连续性地将树脂备用液加入浆料中，其最佳添加点也是浆浓调节器和冲浆泵之间。M-F添加量一般为0.1%～1%（以固体表示，对绝干浆的百分数）。在特殊应用时，如标签纸中添加量须增加到2%～2.5%。
值得注意的是，脲醛树脂及三聚氰胺-甲醛树脂在使用过程中均会释放出甲醛。甲醛对人的皮肤有刺激作用，而且也被认定为是一种对人体具有致癌性的物质。由于甲醛蒸气会不可避免地从纸机压榨部和纸本身排出，因此在纸厂中必须利用设备将释放出的甲醛进行处理。目前，国内对幼婴用品和与皮肤直接接触的纺织品中甲醛含量的最高限量分别为20 mg/kg和75 mg/kg。许多厂家会设法将甲醛树脂类的产品中的游离甲醛含量减少到最低值，此做法带来的后果就是会缩短树脂的贮存寿命。
3. 聚酰胺多胺-表氯醇树脂（PAE）
传统上抄纸是在酸性条件下进行的，然而酸性抄纸有着腐蚀设备、纸张耐久性差等缺陷，因此中性和碱性抄纸应运而生，并成为当前的主流。U-F及M-F是适用于酸性抄纸的湿增强剂，而PAE正是适用于中/碱性抄纸的助剂，并且因本身带有阳电荷，能很好地与纤维结合，在取得湿强度的同时，又不会丧失纸张的柔软性和吸收性，多用于生活用纸，如毛巾纸、餐巾纸等。PAE 是首先由二元酸（如己二酸）与二胺（如二亚乙基三胺）合成含有仲胺或叔胺功能基的预聚物，然后预聚物在水溶液中与表氯醇反应形成聚合物，反应过程如图3-34所示。
图3-34 PAE的生成反应方程式
PAE树脂应用于增湿强的关键在于其分子质量及大分子中杂氮环丁基的个数。不论哪一个性质下降，都会影响到PAE的性能表现，而这两种性质都受树脂存放时间的影响。存放的时间越长，树脂水解，会导致杂氮环丁基的减少，而存放时所需的强酸性条件会导致树脂的主链水解从而引起分子质量的下降。
PAE树脂增湿强的机理有两步：首先是分子链上氮杂环丁基与另一分子链上的第二个游离氨基产生自交联，形成分子自身的聚合交联网络，在一定程度上限制了纤维的润胀从而增加了湿强度；单个分子中的杂氮环丁基与在两个纤维上的羧基产生共交联作用，PAE与相邻纤维上的部分羟基形成新的结合键，其中亚甲基醚键等抗水共价键的交联网络的形成对增加纸的湿强度最为关键。
由于PAE与阴离子聚合物不能相容，因此在纸机上的添加点要远离阴离子聚合物的添加点，其最佳加入点位于浆浓调节器与冲浆泵之间，刚好在浆料被冲稀至最后浓度之前。根据所需要的效果，PAE树脂的加入量一般为0.05%～1%（以固体表示，对绝干浆的百分数）。
若要使纸张在润湿后仍能保持其原有的干强度，需要保证以下四个原则之一：增加连接键或强化原有的连接键；保护现有的连接键；合成对水不敏感的连接键；形成一个网状结构，可与纤维形成物理性的交联。
一般而言，湿强剂的增强机理主要有两种：一是“保护”“限制”或“自交联”机制，即湿强剂可被纤维素吸附从而在干燥后可形成一个交联的网状结构，当纸张再次被润湿时，纤维素的再次润湿和膨胀就会受到树脂网络结构的限制。因此，部分原始的干强度即可被保留下来。另外一种机制是指“加强”“新连接键”或“共交联”机制。通过增强树脂，纤维之间产生交联，即新的连接键。这种新产生的连接键会在纤维间自然存在的连接键破坏后仍然存在。其中，共价式的交联会使得纸张的湿强度更大，更持久，而离子键的增强方式更为短暂。
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