论文摘要
造纸工业在我国国民经济中占有重要地位。近年来,造纸工业得到了迅速发展,相应的原料结构、产品指标、生产能耗及环保要求等也都有了较大变化,如废纸浆回用增多、产品表面性能要求提高、生产成本增加等,造纸化学品的应用已成为解决这些问题的重要途径,其中,表面施胶剂由于可应用于多种造纸产品、显著提高纸张的表面性能、降低纸张生产成本、减少环境污染等特点,为造纸工业提供了一种更加有效的解决方法。为研制高效价廉、环境友好型的无皂乳液表面施胶剂,以苯乙烯（St）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸（AA）等为主要原料,引入功能单体乙烯基磺酸钠（HS-1）进行无皂乳液共聚,采用连续滴加方式,设计核壳层组成,合成了核壳型阴离子无皂乳液。得到合成优化条件:m（St）:m（BA）=42:47,w（MMA）=4%,w（AA）=3%,w（HS-1）=3%,w（B130）=5%,w（MA）=1%,m（核）:m（壳）=2:8,反应温度78℃,w（APS）=0.5%,单体滴加时间2.5h,反应总时间6h。IR、DSC、TEM分析表明优化产物符合预期设计结构和形态。其体积平均粒径为280nm,表面张力为50.588mN/m,质均相对分子量为229338。阴离子核壳型表面施胶剂中试产品SSTOP的实验室和纸厂试验,均取得了良好的应用效果。铜版原纸试用结果:与只用表面施胶淀粉相比,0.78kg/t的SSTOP和淀粉共用施胶,纸张的正反面Cobb值分别降低28.6%和40.8%,表面强度、抗张指数和耐折度分别提高14.2%、7.4%和16.7%。白纸板试用结果:SSTOP用量为0.15kg/t纸板时,纸板正反面Cobb值分别降到26.5 g/m2和31.5 g/m2。相同条件下,SSTOP与进口BK-350产品使用效果相当,优于国产BJ-25和DZ-10产品。双胶纸试用结果:SSTOP用量为0.75kg/t纸时,双胶纸正反面Cobb值分别达到22 g/m2和24 g/m2,表面强度分别为2.9m/s和2.3m/s。相同条件下,SSTOP与DZ-10相比,纸张正反面Cobb值分别降低10.2%和14.2%,表面强度分别提高20.8%和21.0%。采用自制阳离子高分子表面活性剂EM,以St、BA和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（CM）为主单体进行无皂乳液聚合,合成了阳离子纳米无皂乳液。EM表面活性研究表明其临界聚集浓度约为12g/L。得到了阳离子无皂乳液聚合的反应动力学方程:Rp∝[EM]0.34[APS]0.45[CM]0.77,体系表观活化能Ea=64.3kJ.mol-1。得到了优化产物的合成条件:m（St）:m（BA）=117:100、w（CM）=3.4%、w（EM）=8%、w（APS）=0.5%、反应时间4h。IR、ATR-IR、DSC、TEM分析表明优化产物符合预期的结构和形态,体积平均粒径为77.4nm,表面张力为46.886mN/m,Zeta电位为+30mv。采用Modde 7软件建立了理想的阳离子表面施胶剂合成数学模型。阳离子无皂型表面施胶剂中试产品CPSS-1的实验室和纸厂试用效果良好。白纸板试用结果:当CPSS-1用量为0.6kg/t纸板时,无需浆内施胶,纸板产品的反面Cobb值可降到44g/m2。与进口产品相比效果更好。瓦楞纸试用结果:当CPSS-1用量为2.5kg/t纸时,瓦楞纸正面Cobb值达到42 g/m2,横向环压指数为7.8m/s,纵向裂断长为4.3km,耐破指数为2.2 kPa.m2/g,横向耐折度达14次,达到A级瓦楞纸质量指标。苯丙共聚物表面施胶剂成膜吸水率与施胶纸张的Cobb值成正比关系。实验条件下,苯丙共聚物表面施胶剂的成膜吸水率（x）与施胶纸张Cobb值（y）之间的关系为:y=3.49561n（x）+10.504,R=0.9906。在此基础上,建立了评价苯丙共聚物施胶效果的新方法:根据产品成膜吸水率,由二者关系式计算其Cobb值来评价其施胶效果,或新产品与纸厂现用产品对比成膜吸水率的大小,数值越小则施胶效果越好。在本实验条件下,当玻璃化温度Tg在7.95—33.91℃时,Tg与施胶纸张Cobb值和表面强度性能存在较理想的反比关系式:y（Cobb值）=—1.16521n（Tg）+18.878,R=0.9518;y（表面强度）=—0.3288ln（Tg）+4.31,R=0.9831。产品表面张力（x）与表面施胶液的泡沫体积（y）的近似关系式:y=1.1389x2—114.01x+2878.6,R=0.9893。对施胶前后纸张的接触角分析表明:表面施胶剂的应用,既增大了水滴在纸张表面的初始接触角,又限制了水滴向纸张表面的渗透速率,从而改善纸张的抗水性。DSC-TGA分析表明:CPSS-1和氧化淀粉（OS）表面施胶时,CPSS-1与OS或纸张纤维形成氢键或共价键结合,使得纸页的失重率明显减小,热稳定性提高,纸页中CPSS-1的构象转变温度升高。XPS分析表明:CPSS-1和OS表面施胶时在原纸表面上均匀成膜。其亲水基团与纸张纤维吸附结合,而疏水基团向外迁移到纸张表面,应用CPSS-1后,这种趋势更加明显。经CPSS-1施胶后纸张表面产生了新的共价键或氢键结合,共价键结合有利于纸张抗水性和表面强度等性能的提高,氢键结合有利于纸张强度的改善。AFM分析表明:CPSS-1与OS软硬段相容性好,形成氢键结合,均匀分布在纸张表面,使得施胶纸张表面凹凸程度明显减弱,粗糙度减小。SEM和CLSM分析表明:CPSS-1和OS可吸附缠绕在纤维表面,与纤维组成网络结构,使纸张纤维结合更加紧密、孔隙度减小、匀度提高,有助于纸样抗水性、表面强度、平滑度等性能的改善。
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标签：无皂乳液论文; 表面施胶剂论文; 苯丙共聚物论文; 高分子表面活性剂论文;