聚合硫酸铝与无机纳米颗粒联合稳定的ASA乳液

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在纸和纸板的抄造过程中,常通过浆内施胶来提高纸张的抗水性能。烯基琥珀酸酐(ASA)为常用中/碱性反应型造纸施胶剂,通常以乳液形式添加到抄纸系统中。传统的ASA乳液一般采用表面活性剂和高分子聚合物,例如阳离子淀粉,作为乳化与稳定剂。然而利用表面活性剂和高分子聚合物稳定ASA乳液通常会带来一系列不利影响,如干扰施胶、产生泡沫和使造纸白水循环系统复杂化等。而固体颗粒稳定的乳液,即Pickering乳液,则避免表面活性剂的不利影响。吸附在油水界面上的固体颗粒通过侧向毛细作用形成稳定的界面膜,不仅可以有效地阻止乳液液滴之间的聚并,还有望减缓ASA的水解。本文中着重研究不同碱化度的聚合硫酸铝(PAS)分别与纳米二氧化钛和锂皂石联合稳定的ASA乳液的性质和施胶作用。ASA作为油相,PAS与纳米二氧化钛水分散体作为水相,通过匀质作用得到稳定的ASA乳液。发现,PAS可显著降低ASA与水之间的界面张力,而纳米二氧化钛则可增加ASA与水的界面张力,同时ASA与水之间的界面张力决定着乳液的液滴形态。因此通过调节PAS与纳米二氧化钛的比例,就可调节ASA与水之间的界面张力和所形成的乳液形态。碱化度为25%的聚合硫酸铝(PAS-25%)对油水界面张力的降低能力明显高于碱化度为10%的聚合硫酸铝(PAS-10%),其与纳米二氧化钛联合稳定的ASA乳液,多为非球形;而PAS-10%与纳米二氧化钛联合稳定的ASA乳液仅在二氧化钛比例较低的条件下,才由于乳液液滴之间的聚并而出现非球形液滴。因此,对PAS降低ASA与水的界面张力的作用机理以及非球型乳液液滴的形成机理进行了较为系统的研究。与此同时,根据Pickering乳化理论,研究了在不同油水比,颗粒用量以及转速条件下,PAS与纳米二氧化钛对ASA的乳化规律。ASA作为油相,PAS与锂皂石水散体作为水相,通过匀质作用同样获得了稳定的ASA乳液。并对所制备的ASA乳液性质、施胶性能以及ASA的水解稳定性进行了系统探讨。研究发现,PAS的加入显著提高了ASA乳液的聚并稳定性、抗水解性以及施胶性能。锂皂石用量为2%(相对于ASA)、PAS-10%的用量为2%(相对于锂皂石)时制得的ASA乳液具有较高的水解稳定性及施胶性能,并且在施胶剂ASA的用量为0.3%(相对于绝干浆料)时抄造的纸张,其施胶度高于120s,并且在乳液储存时间超过3h时,其施胶性能基本不变。
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