近年来我国的造纸工业取得迅猛发展,纸张的质量不仅取决于造纸过程的工艺和设备,同时更依赖于造纸过程中添加的各种化学品。在制浆、漂白、打浆、抄纸及成纸后加工工艺全过程的各个阶段,均离不开化学品的应用。表面施胶剂是一种很重要的造纸化学品。瓦楞纸和纸板企业普遍使用表面施胶替代内部施胶以增强纸张抗水性、增加环压强度、降低生产成本。同时,在文化用纸中亦广泛采用表面施胶来改进表面强度、减轻掉毛和掉粉问题以获得更好的印刷适应性和书写性能。因此,开发高性能的表面施胶剂势在必行。 本文采用预乳化种子乳液聚合工艺,以苯乙烯、丙烯酸酯等单体为主要原料,选择合适的共聚单体和功能性单体进行交联改性,合成了苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液型表面施胶剂PSE-100。当反应温度为80℃±2℃,乳化剂的用量占单体总量的1.5％,SDS:X-100=1:2,引发剂的用量在0.8％时,硬软单体质量配比为50:50,丙烯酸单体用量为1.5％,N-羟甲基丙烯酰胺用量为3％,丙烯腈用量为1％,搅拌速度为300 rpm时,聚合反应最稳定且能保证纸张获得较强的抗水性能。 探讨木薯淀粉氧化糊化的工艺条件,发现当木薯淀粉浓度为8％、过硫酸铵用量为干淀粉质量的0.8％,保温反应时间为20 min时,纸张可以获得较强的抗水性和环压强度。通过对影响施胶的各种因素进行单因素分析和正交实验,确定表面施胶剂PSE-100结合淀粉复配使用作为表面施胶处理液的最佳工艺条件为pH=4,Al2(SO4)3用量为施胶处理液0.2％,施胶温度为65℃。 FTIR分析表明PSE-100为苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯腈等单体的共聚物。通过马尔文粒度仪测得PSE-100的zeta电位值为-3.537 mV,表明PSE-100是一种弱阴离子型的表面施胶剂。乳液的TEM分析表明,聚合物粒子平均粒径约70 nm,粒子呈较规整的圆球状。聚合物乳液粒子分散在淀粉糊化液中的TEM照片表明,表面施胶剂PSE-100的粒子能够较好的分散在淀粉氧化糊化液中,与淀粉的分子链形成架桥作用。DSC分析表明,PSE-100只有一个玻璃化转变温度为35℃,表明共聚物相容性好,热稳定性高。由纸张表面的SEM图可以看出,经过PSE-100表面施胶剂施胶处理后,与原纸相比纸张表面的空隙度明显减小,有助于增强纸张的抗水性；从纸张横断面的SEM图看出,经施胶处理后,由淀粉和聚合物表面施胶剂组成的表面施胶液向纸层渗透,填充了纸纤维之间的空隙。对施胶机理分析表明,阴离子型的表面施胶剂PSE-100配合少量的硫酸铝可以产生极佳的施胶效果,这是因为铝离子的存在使得表面施胶剂分子中的羧基发生铝盐化,与带有负电荷的纸张纤维发生静电吸附,疏水基朝外定向排列,使得纸张产生疏水性。