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表面施胶是改善纸张印刷性能的重要手段。随着印刷技术的不断进步,印刷行业对纸张施胶剂的要求在不断提高。传统的表面施胶剂存在着诸多缺陷,如传统的表面施胶剂由于乳化剂的残留,严重影响了纸张的抗水性;又如由于对纤维亲和力差,纸张表面的施胶膜容易破裂,难以满足高速印刷要求。为了提高纸张的抗水性能和改善纸张表面印刷性能,本论文采用反应性乳化剂比较系统地研究了一种自乳化性表面施胶剂的制备和施胶方法,并使用红外光谱仪等仪器分析了该表面施胶剂的性能。本论文的主要研究内容和研究成果归纳如下:
1)在对多种乙烯基单体的物性分析基础上,选择了苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸酯功能单体作为原料。
2)通过比较三种聚合方法,确定了采用半连续全底料乳液聚合的方法制备反应性乳化型表面施胶剂。
3)比较了反应性复合乳化剂(P1-P2)与传统乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)/十二烷基硫酸钠(SDS)对单体的乳化效果和其制备的乳液特性。实验结果表明:相比OP-10-SDS,P1-P2复合乳化剂使乳化效果提高一倍,制得的乳液粒径减少150nm,粒径减少2个分布区间,电负性、稀释稳性和混合相容性均有明显提高。
4)在单体配比研究结果的基础上,研究了聚合工艺、乳化剂和引发剂用量、反应温度、种子乳液浓度和搅拌速率等因素对表面施胶剂性能的影响。以粒径和凝聚率为指标得出最佳聚合工艺为:采用半连续种子乳液聚合法,硬软单体用量为1.3:1,反应性乳化剂用量为单体的2%;使用过硫酸钾/亚硫酸氢钠为引发剂,用量为1%;种子液用量为釜液量的2/5;反应温度为60℃-75℃,在80℃保温反应1小时。在此条件下制得了粒径为170nm、分散度为4个区间分布、单体转化率达97%的乳液型表面施胶剂。
5)对制备的表面施胶剂的物性进行了以下表征测试和分析:
(1)使用红外光谱分析仪对表面施胶剂的结构特征进行检测。分析检测结果表明:苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、以及丙烯酸功能单体和反应型乳化剂Pl发生了共聚反应,表面施胶剂为上述单体形成的共聚物乳液。 (2)使用超细颗粒粒度检测仪器(TSM)对表面施胶剂做了粒径分布检测,以及使用Zeta电位测试仪测试了表面施胶剂的电位。综合分析两项检测结果,表明表面施胶剂为多分散性、阴离子型乳液聚合物。
(3)利用扫描电镜(SEM)技术对施胶纸张表面进行扫描,揭示了表面施胶剂在纸张表面形成了连续性的膜。
6)对制备的表面施胶剂进行了施胶实验,研究了表面施胶剂的玻璃化温度(Tg)、粒径大小对施胶效果的影响;选用氧化淀粉与自制表面施胶剂复配使用,探讨两者的混合相容性,研究复配比例、复配温度对施胶效果的影响。施胶实验表明:表面施胶剂Tg较高时,与氧化淀粉在40℃以下混合、中速搅拌能得到混合相容性好、絮凝物少的施胶液。该表面施胶剂与氧化淀粉有协同作用,两者混合使用时,施胶效果比单独使用施胶剂或氧化淀粉效果好。
上述研究结果表明:本论文研制的新型反应性乳化型表面施胶剂具有性能稳定、施胶效果良好的特点;由于该施胶剂的聚合工艺条件温和、安全性好、制备原料易得、成本较低,具有工业化大规模应用的前景。