三聚氰胺乙二醛树脂涂布抗水剂的制备及应用

摘要

在催化剂和助溶剂作用下，以三聚氰胺、乙二醛为原料，制备了高固含量的三聚氰胺乙二醛抗水剂。通过对产物外观、粘度、稳定性及其对纸张的增湿强效果的测定，探讨了三聚氰胺乙二醛抗水剂的较佳合成工艺，并使用现代仪器分析技术测量聚合物的多个特征数据。研究了该抗水剂和淀粉、聚乙烯醇等涂布胶粘剂复配使用的效果；另外，初步分析了抗水剂对涂布浆料的流变行为的影响。 研究结果表明： (1)确定较佳聚合工艺为：n(glyoxal)：n(melamine)=3，碱性条件下反应30min，酸性缩聚1 h；反应温度75℃，w(catalyst)=1.9％(以单体质量计算)，n(甲醇)：n(三聚氰胺)：5：1，采用氢氧化钠和盐酸调节pH值，可得到橙黄色聚合物溶液。 (2)红外(FT-IR)证实了MG抗水剂中各单体单元的存在，试验成功制得改性的三聚氰胺乙二醛树脂。广角X射线衍射(WAXD)谱图显示有一弥散形宽峰，表明三聚氰胺乙二醛树脂属于非晶态聚合物。DSC测定结果显示聚合物的玻璃化转变温度为53.95℃。热重(TG)分析表明，聚合物的起始分解温度较高，可以满足涂布造纸工艺的温度要求。流变性测试表明，MG溶液为非牛顿流体，Ostwajd稠度系数k1=1.104，流态特性指数k<,2>=0.665。 (3)所制备的MG抗水剂对提高纸张的抗水效果和印刷性能具有明显作用。以质量分数为2％的MG树脂溶液进行涂布时，可使纸张湿强度达到22.2％，油墨吸收率为47％，拉毛速率达到2.90m/s。 (4)该树脂和淀粉复配使用，和淀粉具有极好的交联和相容性。纸张的湿强度随着m(MG)：m(Starch)的增大而增大，但纸张的白度随着m(MG)：m(Stareh)增大略有下降。 (5)该树脂和PVA复配使用，有利于提高纸张的抗张强度和耐破度，纸张的湿强度随着m(PVA)：m(MG)增大而逐渐下降。当m(PVA)：m(MG)=2：1时，纸张的抗张强度、耐折度、干拉毛速度分别提高20.6％、 18.8％、16.7％。 (6)将MG树脂与MF树脂的应用效果进行比较，使用MG树脂的纸张白度和使用MF树脂的纸张相差不大，但是湿强度、平滑度和表面强度等性能均优于MF树脂处理过的纸张。 (7)涂布浆料为假塑性流体。当抗水剂用量与淀粉用量的比值为0.2～1.0时，涂布浆料的触变性随着抗水剂MG树脂的添加而先增大后减小。在高剪切力作用下涂料的触变性得到改善，涂料具有更低的粘度，涂料各组分与原纸结合均匀，可以提高纸张的印刷适性。 (8)SEM显示，无论是单独使用抗水剂还是和胶粘剂复配使用，经改性MG处理后的纸样，细小纤维互相粘结成片后和较粗纤维贯串起来，纤维编织的更加紧密，纸张的抗水性和纸张的适印性有所提高。 本研究的创新点如下： (1)随着环境保护要求的日趋严格，同时人们对纸制品的要求也越来越高，因此，应开发具有环保和功能型的新型抗水剂，本研究以三聚氰胺和乙二醛为原料制备了一种新型抗水剂，其抗水性能好，且无游离甲醛释放，从而消除了甲醛气体对环境和人体健康造成的危害。 (2)MG抗水剂对提高纸张的抗水效果和印刷性能具有明显作用。该树脂和淀粉等胶粘剂复配使用时，能充分地与涂料中胶粘剂的羟基交联固化，从而具有更为优良的抗水性。 (3)本实验对涂布涂料的流变性及触变性进行了研究，改善涂料的流变性及触变性，可以提高纸张的印刷适性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1涂布化学品的发展

1.2抗水剂的抗水机理

1.3常用抗水剂的种类及制备方法

1.3.1三聚氰胺甲醛树脂(MF树脂)

1.3.2脲醛树脂(UF树脂)

1.3.3碳酸锆铵抗水剂

1.3.4 PAE树脂

1.3.5聚酰胺聚脲树脂

1.4各种抗水剂结构及性能的比较

1.4.1分子结构的比较

1.4.2抗水机理的比较

1.4.3在应用中的优缺点

1.5涂布抗水剂的发展方向

1.5.1 PAM和PVA系抗水剂

1.5.2无甲醛三聚氰胺树脂抗水剂

1.5.3聚酰胺聚脲树脂(PAPU)

1.5.4自交联丙烯酸树脂抗水剂

1.5.5碳酸锆铵抗水剂

1.6本课题的意义及任务

2合成部分

2.1实验原料及仪器

2.1.1实验原料

2.1.2实验仪器

2.2合成原理和制备工艺

2.2.1合成原理

2.2.2合成工艺

2.3抗水剂性能测试

2.3.1外观

2.3.2固含量

2.3.3 pH值

2.3.4粘度

2.3.5树脂稳定性的测定

2.4结果与讨论

2.4.1单体配比的选择

2.4.2反应温度的影响

2.4.3反应时间的选择

2.4.4 pH值的影响

2.4.5甲醇用量的影响

2.4.6催化剂用量的影响

3结构及表征

3.1红外光谱(IR)测试

3.1.1测试原理

3.1.2测试仪器和方法

3.1.3测试结果及讨论

3.2广角X射线分析

3.2.1测试原理

3.2.2测试仪器及方法

3.2.3测试结果与讨论

3.3差示扫描量热分析

3.3.1测试原理

3.3.2测试仪器及方法

3.3.3测试结果与讨论

3.4热失重分析

3.4.1测试原理

3.4.2测试仪器及方法

3.4.3测试结果与讨论

3.5溶液流变性测试

3.5.1测试仪器及方法

3.5.2测试结果与讨论

4应用研究

4.1主要原料

4.2实验及性能检测方法

4.2.1抗水剂单独使用

4.2.2抗水剂的复配实验

4.2.3拉毛速度

4.2.4油墨吸收性

4.2.5抗张强度的测定

4.2.6白度的测定

4.2.7耐破度的测定

4.2.8耐折度的测定

4.3结果与讨论

4.3.1单独使用抗水剂对纸张性能的影响

4.3.2抗水剂与淀粉复配对纸张性能的影响

4.3.3抗水剂与PVA复配对纸张性能的影响

4.3.4三聚氰胺乙二醛与三聚氰胺甲醛比较

4.4抗水剂的涂布过程及作用机理

4.4.1涂布胶料粘度特性实验

4.4.2纸页扫描电镜分析

4.4.3 MG抗水机理的推断

5总结

5.1主要工作

5.1.1合成与结构表征部分

5.1.2应用部分

5.2主要创新点

5.3进一步的工作

参考文献

致谢

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