改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂的合成及其結(jié)構(gòu)與性能對(duì)紙張施膠作用的影響.pdf

1、本研究在催化劑和助溶劑作用下，以聚乙烯醇(PVA)為分散劑，乙二醛為交聯(lián)劑，以苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)和丙烯酸十八酯(ODA)為主要單體，采用無(wú)皂乳液聚合法制備改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂。采用多種現(xiàn)代分析手段對(duì)其結(jié)構(gòu)、形態(tài)和熱性能進(jìn)行了表征。研究了w(PVA)、n(BA)/n(St)、w(DMC)、w(MAA)和w(乙二醛)對(duì)樹(shù)脂乳液粒徑及粒徑分布和紙張的施膠度及表面強(qiáng)度

2、的影響，并分析了w(PVA)、n(BA)/n(St)、交聯(lián)劑、助溶劑對(duì)乳液流變性的影響。討論了改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂膠膜力學(xué)性能和耐水性的影響因素。 改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂可應(yīng)用于造紙表面施膠和漿內(nèi)施膠。本文對(duì)該樹(shù)脂對(duì)紙張表面施膠和漿內(nèi)施膠的實(shí)際應(yīng)用效果及其過(guò)程作用機(jī)理進(jìn)行了初步探討。 研究結(jié)果表明： (1)較佳的無(wú)皂乳液聚合工藝：半連續(xù)種子聚合法，w(DMC)=10％，w(PVA)=8％，w(catalyst)=0

3、.2％，w(MAA)=5％，n(BA)：n(St)=1.1:1，w(ODA)=0.8％，w(乙二醛)=3.5％，w(異丙醇)=0.5％；聚合反應(yīng)溫度為80℃，在反應(yīng)初期加入1/4的單體及1/3的引發(fā)劑，反應(yīng)1h，然后在1h內(nèi)緩慢滴加完剩余單體及引發(fā)劑，繼續(xù)反應(yīng)3h。然后與乙二醛在85℃下，反應(yīng)2h即得產(chǎn)品。 (2)成膜性測(cè)試表明，當(dāng)w(PVA)=8.0％、w(乙二醛)=3.5％、w(異丙醇)=0.5％時(shí)，膠乳膜具有較好的力學(xué)性能

4、和耐水性，拉伸強(qiáng)度(σ)和斷裂伸長(zhǎng)率(ε)分別為8.520MPa和40％以上，水接觸角可達(dá)到92.5°。 (3)流變性測(cè)試表明，改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂乳液為非牛頓流體，有一定的假塑性和觸變性，表觀粘度隨切變速率的變化規(guī)律呈現(xiàn)一定的切力變稀特征，流動(dòng)指數(shù)范圍n為0.982～0.675之間，隨w(PVA)、w(DMC)、w(乙二醛)、w(異丙醇)的不同而異。乳液的表觀粘度隨w(PVA)和w(乙二醛)的增加而增加；隨w(DMC)的增加而

5、降低；助溶劑的加入改善了乳液的流動(dòng)性。 (4)紅外光譜(FT-IR)分析證實(shí)了樹(shù)脂中各單體單元的存在，試驗(yàn)成功制得改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂。透射電鏡(TEM)分析可知乳膠粒分布呈規(guī)則球狀，表面光滑潔凈，分布均一。動(dòng)態(tài)激光光散射(DLLS)分析可知樹(shù)脂乳液的平均粒徑為165.7nm。廣角X射線衍射(WAXD)譜圖顯示有一彌散形寬峰，表明改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂屬于非晶態(tài)聚合物。差示掃描量熱(DSC)測(cè)定結(jié)果顯示聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為50

6、.3℃。熱重(TG)分析表明，聚合物的起始分解溫度為150℃左右，可以滿足一般造紙工藝的溫度要求。原子力顯微鏡(AFM)分析表明樹(shù)脂成膜表面相對(duì)平整、光滑，且均勻。 (5)將所制備的改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂用在造紙工業(yè)，其可用于表面施膠，也可用于漿內(nèi)施膠。兩種處理方法均可以賦予紙張一定的防水性，并改善紙張的強(qiáng)度性能。紙張表面施膠應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，單獨(dú)使用該聚合物施膠劑，紙張的抗張強(qiáng)度、耐折度、平滑度、白度分別提高22.32％、38.2％

7、、20.25％、1.71％，且與氧化淀粉復(fù)配使用的效果均接近于或高于單獨(dú)使用聚合物乳液的紙張。紙張漿內(nèi)施膠應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，在較寬pH值下施膠劑用量為1.5％左右時(shí)紙張性能較好。通過(guò)SEM可觀測(cè)到共聚物處理后的紙頁(yè)纖維編織緊密，纖維間發(fā)生粘結(jié)，空隙率降低。 以上研究表明，通過(guò)無(wú)皂乳液聚合可制備出具有強(qiáng)陽(yáng)離子性、無(wú)乳化劑、乳膠粒分布較為均一、表面光滑潔凈的改性陽(yáng)離子丙烯酸樹(shù)脂乳液；乳液為非牛頓流體，有一定的假塑性和觸變性，流變性好，便