环氧丙烯酸酯的合成、改性及其应用于造纸湿强剂的研究

论文摘要

随着造纸行业的发展,湿强纸的应用已经相当广泛,湿强剂在造纸行业中也越来越重要。随着人们环保和低碳意识的加强,寻求一种新型环保、节能型的造纸湿强剂成为造纸行业需要解决的重要问题。本文立足于全新的纸页交联机理——不饱和双键通过自由基聚合在纤维间形成疏水网络结构,以限制纤维的吸水润胀,从而提高纸张湿强度。合成了带有不饱和碳碳双键的环氧丙烯酸酯（EA）,对其进行水溶改性得到水溶环氧丙烯酸酯（EB）,并对其作为湿强剂应用于造纸进行了研究。研究了各合成反应条件对EA的影响,其中反应温度、催化剂用量对其合成影响最大。结果表明合成EA较佳反应条件:丙烯酸与环氧基反应摩尔比为1.05:1;反应温度95℃;催化剂为N,N-二甲基乙醇胺,加入量为体系的1.0%（wt%）;阻聚剂为对苯二酚,加入量为体系总量的0.5%（wt%）。实验通过EA与顺丁烯二酸酐反应,制备了EB,确定了其较佳反应条件:温度控制在80℃,反应1h,催化剂N,N-二甲基乙醇胺,用量为反应体系质量的1.0%（wt%）。对影响EB水溶性因素进行了研究,结果表明,羧基含量越高、中和度越高,水溶性越好。通过FT-IR和FT-RAMAN对合成产物EA和EB进行结构表征,分析谱图出现的特征谱带,确认了实验产物是与理论EA和EB相符合。对EB作为湿强剂的应用研究发现:EB属于阴离子型树脂,必须加入阳离子助留剂才能留着在纤维表面,适宜中性条件下抄纸成形,紫外熟化的效果最好。针叶木漂白浆（打浆度30°SR）,pH为78,加入0.4%CPAM,再加入2.0%的EB,经过紫外熟化（1kW, 2min）,湿强保留率达到19.01%,与空白样比较提高了224%。研究还发现EB的添加对纸张干抗强、耐破度、撕裂度等其他性能影响不大,但能有效的提高纸张湿强度。EB作为湿强剂,具有环保无污染、熟化速度快、节省能源等优点。本文还研究了环氧丙烯酸酯作为湿强剂的作用机理。通过扫描电镜（SEM）对纸张表面微观分析,可以发现添加了EB的纸页在纤维表面粘着一层丝状物质,经熟化后其结构发生了变化,这种结构能够防止纤维吸水润胀;通过FT-IR跟踪EB在纸页中结构官能团的变化,其中发现添加了EB的纸样出现了共轭C=O（1730cm-1处）和C=C（1635cm-1处）,纸样经熟化后C=C伸缩振动峰又消失了,熟化后纸样谱图中出现了双酚A型聚碳酸酯的特征峰,说明发生了双键的自由基聚合。由此证实了不饱和碳碳双键在纸页中自由基聚合交联这一机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国造纸行业发展状况
• 1.2 造纸湿强剂的发展现状
• 1.2.1 湿强剂的定义
• 1.2.2 湿强剂的作用机理
• 1.2.3 常见的湿强剂及其应用
• 1.2.3.1 脲醛树脂
• 1.2.3.2 三聚氰胺甲醛树脂
• 1.2.3.3 双醛淀粉
• 1.2.3.4 聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂
• 1.2.4 新型环保型湿强剂
• 1.2.4.1 聚羧酸类湿强剂
• 1.2.4.2 戊二醛类湿强剂
• 1.2.4.3 壳聚糖
• 1.2.4.4 反应性纸张增湿强剂
• 1.3 环氧丙烯酸酯（EA）
• 1.3.1 环氧丙烯酸酯树脂的性能与应用
• 1.3.1.1 双酚A 环氧丙烯酸酯
• 1.3.1.2 酚醛环氧丙烯酸酯
• 1.3.1.3 环氧化油丙烯酸酯
• 1.3.2 环氧丙烯酸酯的改性
• 1.3.3 水性环氧丙烯酸酯（EB）的研究及应用
• 1.3.4 环氧丙烯酸酯的交联
• 1.4 本研究的目的和意义
• 第二章 实验材料、仪器与方法
• 2.1 实验原材料及实验仪器设备
• 2.1.1 实验原材料
• 2.1.2 实验部分仪器及设备
• 2.1.3 制备仪器
• 2.2 合成产物的制备方法
• 2.2.1 EA 制备方法
• 2.2.2 EB 制备方法
• 2.3 合成产物的检测
• 2.3.1 酸价和转化率的测定
• 2.3.2 环氧值的测定
• 2.3.3 固含量的测定
• 2.3.4 粘度的测定
• 2.3.6 傅立叶-红外光谱分析
• 2.3.7 傅立叶-拉曼光谱分析
• 2.3.8 扫描电镜分析
• 2.3.9 贮存稳定性的测定
• 2.4 合成产物在纸页应用实验过程
• 2.4.1 浆料水分的测定
• 2.4.2 打浆度的测定
• 2.4.2.1 打浆
• 2.4.2.2 打浆度的测定
• 2.4.3 pH 的测定
• 2.4.4 Zeta 电位的测定
• 2.4.5 抄纸
• 2.4.6 纸页熟化的处理方法
• 2.5 纸页物理性能的检测方法
• 2.5.1 纸页检测的准备
• 2.5.2 纸页定量的测定
• 2.5.3 纸页厚度的测定
• 2.5.4 纸页抗张强度和伸长率的测定
• 2.5.4.1 干抗张指数及伸长率的测定
• 2.5.4.2 湿抗张强度和伸长率的测定
• 2.5.5 纸页耐破度的测定
• 2.5.6 纸页撕裂度的测定
• 第三章 环氧丙烯酸酯（EA）的合成与表征
• 3.1 EA 的合成
• 3.1.1 EA 合成机理
• 3.1.2 EA 的合成过程
• 3.1.3 环氧树脂的选择
• 3.1.4 催化剂种类对EA 合成的影响
• 3.1.5 催化剂用量对EA 合成的影响
• 3.1.6 反应温度对EA 合成的影响
• 3.1.7 丙烯酸与环氧基反应摩尔比对EA 合成的影响
• 3.1.8 阻聚剂的用量队EA 合成的影响
• 3.1.9 在较佳条件下合成EA 的性能测试
• 3.2 EA 的表征
• 3.2.1 环氧树脂E-51 和EA 的傅立叶-红外表征
• 3.2.2 EA 的傅立叶-拉曼表征
• 3.3 本章小结
• 第四章 水溶性环氧丙烯酸酯（EB）的合成、表征及应用
• 4.1 EB 的合成
• 4.1.1 EB 的合成机理
• 4.1.2 EB 的合成过程
• 4.1.3 反应温度对EB 合成的影响
• 4.1.4 催化剂种类对EB 合成的影响
• 4.1.5 催化剂用量对合成EB 的影响
• 4.1.6 反应时间对合成EB 的影响
• 4.1.7 羧基含量对EB 水溶性的影响
• 4.1.8 中和试剂对EB 水溶性的影响
• 4.1.9 中和度对EB 水溶性的影响
• 4.1.10 EB 的较佳反应条件
• 4.2 EB 的表征
• 4.2.1 EB 的傅立叶-红外表征
• 4.2.2 EB 的傅立叶-拉曼表征
• 4.3 本章小结
• 第五章 环氧丙烯酸酯在抄纸中的应用研究
• 5.1 EB 的添加方式和添加环境对纸张湿强度的影响
• 5.1.1 EB 对浆料Zeta 电位的影响
• 5.1.2 助留剂用量对纸张湿强度的影响
• 5.1.3 不同pH 对纸张湿强的影响
• 5.1.4 不同熟化方式对纸张湿强的影响
• 5.1.5 不同紫外熟化时间对纸张湿强的影响
• 5.2 EB 的添加对纸张性能的影响
• 5.3 EB 纸页中湿增强机理的研究
• 5.3.1 红外谱图分析
• 5.3.2 扫描电镜分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文