高效苯丙乳液表面施胶剂的研制

摘要

造纸工业已经成为国民经济的基础产业，是社会文明和经济建设的重要组成部分。纸及纸板的生产、消费水平己成为衡量一个国家经济发展水平和社会进步的重要标志之一。而随着印刷及包装行业的迅速发展，对纸张性能的要求也越来越高，在此趋势下，表面施胶的研发和应用备受关注。表面施胶剂的作用主要有以下几个方面：(1)提高纸及纸板的抗水性能，通过表面施胶后，施胶剂能够在纸张表面形成涂膜，阻止水分的浸入；(2)改善纸及纸板的表面强度；(3)提高纸张的印刷适性，表面施胶后的纸张表面平滑细腻，有效减少了在印刷过程中的掉毛掉粉现象等。作为表面施胶剂中最典型最具代表性的化学品-苯丙乳液，对它的研究工作也越来越广泛深入。
　　 本论文在传统的乳液合成基础上，采用了新型的核壳型无皂苯丙乳液聚合工艺，合成了性能优异的核壳型无皂苯丙乳液表面施胶剂。该法主要是通过以改性聚丙烯酸钠为分散剂，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯为硬单体，丙烯酸丁酯为软单体，添加丙烯酸、马来酸酐为功能性单体，乙烯基磺酸钠为改性单体，APS为引发剂，通过连续滴加方式进行聚合。通过对单体转化率、产物凝胶率、粒径等的探讨，确定了最优的聚合工艺，并同时探讨了不同条件下对最终产物性能的影响。在确定聚合工艺之后，将最终产物与表面施胶淀粉配用进行表面施胶，检测了施胶后的纸张性能，并就此与几种不同的表而施胶剂进行了对比研究。
　　 结果显示：
　　 1、较优的聚合工艺：
　　 无皂乳液聚合法；乳液粒子结构设计成为核壳结构，采用连续滴加方式合成；参与反应的单体为苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)、马来酸酐(MA)、乙烯基磺酸钠(HS)等；分散剂为改性聚丙烯酸钠，用量为5.0％；引发剂为过硫酸铵(APS)，用量为0.5％；体系中各组分占总单体量的比例为：w(BA)：w(St)=40:47，w(MMA)=5％，w(AA)=2％,w(乙烯基磺酸钠HS)=2.5％,w(MA)=5.0％；反应温度：80℃；单体滴加时间为2.5h，引发剂单独滴加，滴加时间为3.5h；总反应时间6h。
　　 2．过表面施胶应用，研究了优化后苯丙乳液施胶后的纸张性能，并与市售的两种表面施胶剂进行对比研究，优化后自制表面施胶剂的综合性能特别是抗水性高于BH，BK。
　　 3、红外光谱(IR)证实了乳液中各共聚单元的存在，符合预期结构和形态；透射电镜(TEM)分析显示出苯丙乳液粒子平均粒径在120～170nm之间，表面光滑，粒径分布较为均一；DSC测定的结果显示出聚合物的玻璃化转变温度为39.5℃，说明胶膜在常温下为玻璃态，符合表面施胶剂的要求。
　　 4、苯丙乳液为乳白色泛蓝光液体，与水无限互溶，乳液的稳定性能良好。
　　 以上研究说明，通过无皂乳液聚合技术以及核壳型的乳液粒子结构设计、改性单体ER与MWA的引入，生产出的无皂苯丙乳液能有效提高纸张抗水性能。通过应用性研究，证明其可以有效提高双胶纸及文化用纸抗水性能，减少AKD用量，降低纸厂生产成本。