苯丙乳液表面施胶剂的合成与应用

论文摘要

由于近年来造纸工业飞速发展,而我国缺乏高档纸张纤维,使纸和纸板质量难以满足后续要求,添加高效施胶剂是解决上述难题的有效方法之一。合成表面施胶剂因其分子结构的可设计性,良好的成膜性,优异的抗水性,且能够大大提高纸张的表面强度,赋予纸张良好的印刷适应性,越来越受到人们的重视。乳液聚合是制备表面施胶剂的常用方法之一,本文首先以苯乙烯（St）为硬单体,丙烯酸丁酯（BA）为软单体,丙烯酸（AA）为功能单体,NaHCO3为缓冲剂,OP-10和十二烷基硫酸钠（SDS）按质量比为1.59为复配乳化剂采用预乳化半连续法制备了40%固含量的阴离子苯丙表面施胶剂,通过讨论各组分对乳液转化率,凝胶率,施胶度的影响,确定本体系内的最佳配方为m（St+BA）=18.05g, n（St/BA）=1, m（水）=25g, w（AA）=4%（占软硬单体总量）,w（引发剂）=0.45%（占软硬单体总量）,w（乳化剂）=1.44%,m（NaHCO3）=0.05g,其中,施胶度为2min,转化率为95.38%,凝胶率为0.38%。利用红外,全自动表面界面张力仪,扫描电镜进行了分析,IR表明了各单体单元的存在；通过SEM发现施胶液在纸张表面形成连续的膜,使纸张表面比较平整；施胶后的瓦楞纸与水的初始接触角为87.6°,在考察的2min内接触角维持在73-72°,表明经表面施胶后的瓦楞纸有一定的抗水性。利用N-羟甲基丙烯酰胺为交联剂对乳液进行改性,当m（交联剂：功能单体）=1/3时,施胶度达到3.67min,转化率为91.31%,施胶后瓦楞纸与水的初始接触角为93.4°,在考察的3min内接触角维持在74-73°,与原纸相比抗水性大大提高。本文以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）为反应性乳化剂,通过种子乳液聚合法合成了固含量30%的阳离子苯丙表面施胶剂。考察了不同乳化体系,各组分,反应温度,加料方式,对转化率,粒径,施胶度的影响,得出本体系内的最佳配方及最佳实验条件为：以OP-10-DMC-正丁醇为乳化体系,OP-10 lml, w（DMC）=10%(（软硬单体总量）,正丁醇为8ml, m（St+BA）=36.086g, n（St/BA）=1,m（水）=80g,w（AA）=5%（占软硬单体总量）,引发剂为0.20g,反应温度为83-84℃,初始单体量为总单体量30wt%,初始引发剂的量为总引发剂量的50wt%。此时,乳液稳定性好,转化率为96.65%,施胶度为130s。此外考察了本体系最佳配方及条件下pH 2-12范围内的施胶度,pH=2时,施胶度为130s,pH=8时,施胶度为141s；将配方放大6倍后,转化率为99.87%,施胶度不变。利用红外,激光纳米粒度分析仪,全自动表面界面张力仪等进行了分析,IR表明了各单体单元的存在；激光粒度分析仪测出乳液的平均粒径为169.9nm,PDI为0.023,而zeta电位为+36mV,表明乳液的稳定性较好,与纸张纤维的结合较好；通过SEM发现施胶后的瓦楞纸表面比较光滑,瓦楞纸表面的孔被聚合物膜覆盖；施胶后的瓦楞纸与水的初始接触角为97.89°,在考察的120s内接触角维持在95-94°之间,表明用该乳液施胶后的瓦楞纸有较好的抗水性。综上,本文合成了阴离子苯丙表面施胶剂和阳离子苯丙表面施胶剂均能提高瓦楞纸的抗水性,改善施胶效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 表面施胶剂的研究现状
• 1.1.1 表面施胶的意义
• 1.1.2 表面施胶剂的应用进展
• 1.1.3 表面施胶机理
• 1.1.4 表面施胶剂分类
• 1.2 乳液聚合技术概述
• 1.2.1 乳液聚合工艺
• 1.2.2 乳液聚合进展
• 1.2.3 乳液聚合机理
• 1.3 课题研究的意义和内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂与原料
• 2.2 实验装置示意图
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 阴离子表面施胶剂的合成工艺
• 2.3.2 阳离子表面施胶剂的合成工艺
• 2.4 表征
• 2.4.1 乳液的性能表征
• 2.4.2 纸张施胶度的表征
• 第三章 阴离子表面施胶剂的合成与表征
• 3.1 阴离子表面施胶剂的合成
• 3.1.1 乳液的影响因素及优化条件
• 3.1.2 加入交联剂改性阴离子表面施胶剂
• 3.2 产物的表征
• 3.2.1 红外光谱
• 3.2.2 SEM
• 3.2.3 接触角
• 3.3 小结
• 第四章 阳离子表面施胶剂的合成与表征
• 4.1 阳离子表面施胶剂的合成
• 4.1.1 乳化体系的选择
• 4.1.2 影响因素及实验条件优化
• 4.2 产物的表征
• 4.2.1 红外
• 4.2.2 Zeta电位
• 4.2.3 SEM
• 4.2.4 接触角
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 5.1 阴离子表面施胶剂
• 5.2 阳离子苯丙乳液表面施胶剂
• 参考文献
• 研究成果及发表的学术论文
• 致谢
• 作者及导师简介