交联型阳离子聚乙烯醇接枝丙烯酸酯纸张增强剂的研究

摘要

本文选择丙烯酸丁酯、丙烯酰胺为软单体，以苯乙烯为硬单体，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为阳离子单体，甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)作交联剂，过硫酸钾作引发剂，聚乙烯醇为分散剂用3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CHPTMAC)醚化后进行无皂乳液聚合，合成了稳定的增干强剂，对纸张具有明显的增干强作用。 纸张增强剂的作用机理可以归纳如下。 (1)纤维间氢键结合和静电吸附等是纸张具有干强度的原因，特别是氢键结合点多、结合力强，是干强度产生的主要原因。加入增强剂后，这些高分子有各种活性基团，可以和纤维上的羟基产生强的分子间相互作用及氧键结合。 (2)一些含有阴离子基团的增强剂可以通过Al3+等形成配位结合。如果纤维经过特殊处理后含有羧基等，也不排除存在离子键结合的可能性。长链高分子可同时贯穿若干个纤维和颗粒，物理缠结和吸附能够起到某种补强作用。 (3)增强剂往往也是纤维的高效分散剂，能使浆中纤维分布更均匀，导致纤维间及纤维与高分子间接合点增加，成纸匀度提高，从而提高纸张的强度。 (4)增强剂可以增加纸张中纤维间的结合力，因而提高了纸张的各种强度指标，如耐折度、Z向强度、挺度、表面耐磨性、表面拉毛速度、抗张强度等。但一般不能增加撕裂度，甚至使撕裂度、压缩性、柔软度等降低。 通过对阳离子醚化剂浓度、DMC单体浓度、交联剂用量及时间等因素对纸张增强应用性能的影响进行了探讨，找出了最佳增干强剂的合成条件：m(PVA)：m(EPTMAC)：m(AM)：m(BA)：m(St)：m(DMC)：m(GMA)=2.0:2.12:6.0:4.0:4.0:2.7:1.24，w(K2S2O8)=0.33％。反应时间(t)为3h，反应温度为85℃，pH值为8。应用实验表明，以棉浆为浆料，乳液增干强剂用量为0.8％，浆料的pH值为7，抄造定量为80g/㎡的纸张，可使纸张的抗张指数增加20％以上，耐破指数的增加15％以上，撕裂指数增长30％。 通过红外光谱、透射电镜、扫描电镜、差示扫描量热仪(DSC)等检测手段对增强剂进行了结构表征，确认丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵发生了共聚反应。通过对增强剂的增强机理进行研究，证实了增强剂能够增加纸的结合强度。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1造纸增下强剂的研究现状及其应用

1.1.1增干增强剂的种类和应用

1.1.2增干强剂的发展趋势

1.2乳液聚合

1.2.1乳液聚合技术研究进展

1.2.2聚合过程模型

1.3无皂乳液聚合

1.3.1无皂乳液聚合技术发展

1.3.2无皂乳液聚合的基本组成

1.3.3无皂乳液聚合成核机理

1.3.4丙烯酸酯及其共聚物乳液

1.4聚乙烯醇改性研究进展

1.4.1前期共聚改性

1.4.2后期改性方法

1.5实验方案的选择

2增干强剂的制备

2.1实验材料

2.1.1实验药品

2.1.2阳离子单体的选择

2.1.3阳离子醚化剂的用途

2.1.4分散剂的选择

2.1.5其它单体的性能

2.1.6实验仪器

2.2实验方法

2.2.1增干强剂的制备方法

2.2.2增干强剂性能的检测及方法

2.2.3纸张性能测定

3结果与讨论

3.1各因素对纸张性能的影响的讨论

3.1.1阳离子醚化剂用量对合成增干强剂的影响

3.2.2阳离子单体DMC浓度对合成增干强剂的影响

3.3.3交联剂(甲基丙烯酸缩水甘油醚)用量的确定

3.2 GMA用量对粘度的影响

3.3 GMA用量对乳液分散体系Zeta电位的影响

3.4 GMA用量对粒子粒径和粒子的形态的影响

3.5 GMA用量对乳液流变性的影响

3.6 AFM测定的聚合物膜结晶形貌分析

3.7增强剂的结构与表征

3.7.1正交实验

3.7.2最终合成优化方案的确定

3.8合成增干强剂的理化指标

3.9红外光谱(IR)测试

3.9.1测试仪器和方法

3.9.2测试结果及讨论

3.10乳液颗粒粒子尺寸光散射(DLS)图及形态透射电镜(TEM)分析

3.10.1测试仪器和方法

3.10.2测试结果及讨论

3.11聚合物差示扫描量热(DSC)分析

3.11.1测试仪器和方法

3.11.2测试结果及讨论

3.12小结

4应用研究

4.1增干强剂用量与纸张强度的关系

4.2增强机理的研究

4.3小结

5结论

5.1阳离子化聚乙烯醇增干强剂的制备

5.2阳离子聚丙烯酰胺的应用实验

5.3机理分析

5.4本课题的创新点

5.5本课题的展望

参考文献

致谢

附录

攻读硕士期间发表的学术论文