阳离子型聚苯乙烯表面施胶剂的制备及其应用研究

论文摘要

随着印刷技术的不断进步,印刷行业对纸张适印性能的要求在不断提高,如印刷车速的提高需要纸张有更高的表面强度,低定量纸的发展要求纸张有良好的不透印性,从而极大地促进了合成表面施胶剂的研究和发展。合成表面施胶剂日益受到造纸业重视,它与造纸原料结构调整、印刷方式多样化、高速化和纸制品高品质化的发展趋势等有关。表面涂布处理直接作用于纸页表面,也克服了浆内添加助剂存在的诸如纸机系统污染、起泡、高温操造施胶度低下等一系列操作性问题。本论文采用无皂乳液聚合方法,制备出乳液性能较稳定的阳离子聚苯乙烯-丙烯酸丁酯表面施胶剂,并对该乳液进行了结构及性能表征,并与市售的阳离子淀粉进行应用比较。在制备方面,论文分两步制备阳离子聚苯乙烯-丙烯酸丁酯表面施胶剂。第一步采用无皂乳液聚合方法制备阳离子聚苯乙烯表面施胶剂,摸索出较佳的反应条件:反应温度、时间、引发剂用量、阳离子单体及用量。第二步是在前阶段得到较佳的反应条件下添加软单体丙烯酸丁酯进行三元共聚反应。通过调节丙烯酸丁酯的用量,制备出理想玻璃化温度的阳离子聚苯乙烯—丙烯酸丁酯表面施胶剂。在表征方面,论文采用一系列的方法对复合乳液进行表征,得到以下实验结论:1、从红外光谱图可看出,在3000cm-13020cm-1中没有吸收峰出现,说明反应单体的烯基双键特征吸收峰消失,反应体系中单体之间发生共聚合反应。2、采用动态光散射的方法,测定两种阳离子聚苯乙烯-丙烯酸丁酯表面施胶剂的粒径和表面电荷。SBV乳液的粒径主要分布在90nm105nm之间,SBD的粒径主要分布在80nm102nm之间。测定乳液的电荷密度得知,电荷密度越高,其施胶度就越低,这是因为电荷密度越高,意味着表面施胶剂中阳离子单体含量高,而苯乙烯含量降低,聚合物疏水性下降,会降低施胶效果。3、通过用差示扫描量热分析（DSC）的方法表征了SBD、SBV表面施胶剂的玻璃化转变温度Tg。证实了添加适量的丙烯酸丁酯（BA）,能够降低共聚物的玻璃化温度,以满足纸机干燥成形的要求。4、从电镜照片可得出,施胶后的纸页纤维表面上比较均匀地分布着胶料颗粒。吸附在纤维表面的胶料颗粒基本保持了圆球状,大小均一,有利于胶料更好地覆盖在纸张表面,发挥施胶效果。这说明胶料可在纤维上自行留着,即在静电吸引力的作用下,阳离子聚苯乙烯-丙烯酸丁酯表面施胶剂SBV、SBD可依靠自身所带的正电荷留着于带负电的纤维上。5、与空白纸页对比,经过SBV、SBD表面施胶后的纸页在施胶度、印刷表面强度、油墨吸收性、干强度、湿强度等方面都有明显地提高。经过SBV、SBD表面施胶后的纸页在拉毛速度、油墨吸收性能和湿强度上均优于市售的阳离子淀粉施胶后的纸页,在干强度上稍微低一些。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 表面施胶简介
• 1.2 合成聚合物表面施胶剂简介
• 1.3 国外使用合成表面施胶剂概况
• 1.4 国内使用合成表面施胶剂概况
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 阳离子聚苯乙烯表面施胶剂制备及表征
• 2.1 阳离子聚苯乙烯乳液的制备
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 共聚合反应
• 2.1.4 共聚合反应原理
• 2.1.5 反应条件的确定
• 2.2 阳离子聚苯乙烯乳液的性能表征
• 2.2.1 乳液固含量和单体转化率的测定
• 2.2.2 乳液稳定性测定
• 2.2.3 乳液粒径分布及电荷密度大小测定
• 2.2.4 聚合物玻璃转化温度（Tg）DSC 分析
• 2.2.5 乳液施胶性能测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 乳液的稳定性能
• 2.3.2 不同阳离子单体对聚合乳液粒径的影响
• 2.3.3 乳液电荷密度对施胶度的影响
• 2.3.4 不同阳离子单体及用量对共聚物Tg 的影响
• 2.3.5 不同阳离子单体及用量对纸页施胶性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 阳离子聚苯乙烯-丙烯酸丁酯型表面施胶剂制备及表征
• 3.1 实验仪器和试剂
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验试剂
• 3.2 阳离子聚苯乙烯-丙烯酸丁酯型表面施胶剂的合成
• 3.2.1 原料的预处理
• 3.2.2 阳离子聚苯乙烯—丙烯酸丁酯乳液的制备
• 3.3 阳离子聚苯乙烯-丙烯酸丁酯乳液的分析测试
• 3.3.1 乳液的稳定性能
• 3.3.2 不同阳离子共聚物的红外光谱图比较
• 3.3.3 不同阳离子单体对聚合乳液粒径的影响
• 3.3.4 乳液电荷密度对纸页施胶效果的影响
• 3.3.5 不同阳离子单体及用量对共聚物Tg 的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 三元共聚物SBV、SBD 在表面施胶中应用
• 4.1 实验设备
• 4.2 表面施胶机理
• 4.3 纸页的检测
• 4.3.1 乳液施胶性能测定
• 4.3.2 施胶后纸页物理性能的检测
• 4.3.3 纸页表面状态的显微分析
• 4.4 结论与讨论
• 4.4.1 丙烯酸丁酯用量对不同阳离子乳液施胶性能的影响
• 4.4.2 不同阳离子施胶剂对纸页印刷表面强度的影响
• 4.4.3 不同表面施胶剂对纸页油墨吸收性的影响
• 4.4.4 纸页干强度比较
• 4.4.5 纸页湿强度分析
• 4.4.6 纸页表面状态的显微结构比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献