硅丙乳液的制备及其在纸张中的应用研究

论文摘要

有机硅改性丙烯酸酯共聚乳液结合了丙烯酸酯聚合物良好的粘结性能和有机硅聚合物优良的疏水性、热稳定性和柔性而成为目前各国研究的热点,并使得该类树脂在高耐候性、高耐玷污性涂料、织物整理及纸张表面施胶、纸张增强以及纸张增柔中将有着十分广泛的应用。但是,由于有机硅氧烷单体疏水性大,这不仅导致有机硅单体的转化率较低,并且也使乳液的稳定性降低,共聚物组成难于控制,乳液树脂的成膜性不好,这已成为乳液聚合制备有机硅改性丙烯酸酯共聚物的难点。为了克服在制备有机硅改性丙烯酸酯共聚物的过程中有机硅容易水解的缺陷,我们采取细乳液聚合方法制备有机硅预聚体的方法,解决聚合过程中高疏水性单体在水相中扩散受阻和易发生水解所引起的单体转化率较低的问题。首先,本论文以八甲基环四硅氧烷（D4）为单体,酸为催化剂,由十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和聚氧乙烯基醚（NP-10）组成复合乳化剂体系,十六烷（HD）为共稳定剂,采用细乳液聚合技术成功制备出粒径在250nm左右的聚二甲基硅氧烷乳液（PDMS）,然后加入乙烯基封端剂制成乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷预聚体乳液（DV-PDMS）。研究了细乳液聚合中超声分散时间、乳化剂用量、单体用量、共稳定剂用量和催化剂用量对PDMS细乳液粒径和分散稳定性的影响,并讨论了各种影响因素对有机硅转化率的影响,得到了制备稳定的乙烯基聚二甲基硅氧烷（DV-PDMS）细乳液的工艺条件。其次,采用半连续法核壳乳液聚合工艺,将自制DV-PDMS与丙烯酸酯单体共聚,成功制备出以聚丙烯酸酯为核,DV-PDMS/丙烯酸酯共聚物为壳的新型硅丙共聚乳液型纸张增柔剂。通过红外、DSC等手段对产物的化学结构、凝聚态结构进行表征。实验结果表明,自制硅丙共聚乳液尽管在提高纸张柔软性方面与商品样相近,但经该乳液处理后纸页的力学性能明显优于商品增柔剂处理后的纸页,尤其是其湿强度远远高于后者。因此,该类乳液可作为一类新型的纸张增柔剂在生活用纸领域得到广泛地应用此外,在课题组原有工作基础之上,将DV-PDMS与苯乙烯、丙烯酸酯等单体共聚制备出具有核/壳结构的新型汽车空滤纸增强共聚乳液树脂。通过红外、DSC、静态表面接触角分析仪及SEM等手段对共聚产物的结构、疏水性以及增强滤纸的表面形态结构进行表征,探讨了DV-PDMS用量对共聚物结构、聚合物表面特性以及增强滤纸力学性能、耐热性以及疏水性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 乳液聚合概述
• 1.2.1 常规乳液聚合概述
• 1.2.2 乳液聚合新技术
• 1.2.3 有机硅氧烷的乳液聚合
• 1.3 有机硅改性丙烯酸酯乳液的研究现状
• 1.3.1 有机硅改性丙烯酸酯乳液的理论基础
• 1.3.2 有机硅改性丙烯酸酯乳液的方法
• 1.3.3 有机硅改性丙烯酸酯乳液的研究进展
• 1.4 纸张柔软剂的研究现状
• 1.4.1 纸张柔软剂分类
• 1.4.2 纸张柔软剂的作用机理
• 1.4.3 纸张柔软剂的研究进展
• 1.5 滤纸浸渍用乳液型树脂的研究现状
• 1.6 本课题的研究目的和技术路线
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要实验原料
• 2.2 聚合工艺
• 2.2.1 预聚体DV-PDMS 乳液的制备
• 2.2.2 硅丙共聚乳液型纸张柔软剂的制备
• 2.2.3 无皂苯丙乳液的合成
• 2.2.4 低皂硅丙滤纸增强剂的制备
• 2.3 分析测试
• 2.3.1 硅丙乳液的性能表征
• 2.3.2 纸张性能表征
• 2.4 主要设备图
• 第三章 D4 的开环聚合研究及DV-PDMS 的制备
• 3.1 D4 细乳液粒径及其稳定性
• 3.1.1 分散方式的影响
• 3.1.2 乳化剂种类的影响
• 3.1.3 乳化剂浓度对单体液滴分散性能的影响
• 3.1.4 共稳定剂用量对单体液滴粒径分布的影响
• 3.2 D4 细乳液开环条件及DV-PDMS 的制备
• 3.2.1 D4 开环聚合机理
• 3.2.2 催化剂浓度对D4 转化率的影响
• 3.2.3 乳化剂浓度对D4 转化率的影响
• 3.2.4 共稳定剂用量的影响
• 3.2.5 反应温度的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 硅丙共聚乳液型纸张柔软剂的制备
• 4.1 DV-PDMS 的引入对共聚物性能的影响
• 4.1.1 共聚物的聚合机理
• 4.1.2 共聚乳液性能表征
• 4.1.3 核层单体组成对纸张增柔剂性能的影响
• 4.1.4 DV-PDMS 用量对硅丙共聚物凝聚态结构的影响
• 4.2 硅丙共聚乳液对纸张性能的影响
• 4.2.1 硅丙乳液对纸张柔软度的影响
• 4.2.2 硅丙乳液对浸渍纸强度性能的影响
• 4.2.3 增柔机理分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 低皂硅丙共聚乳液的制备及其在滤纸增强中的应用
• 5.1 无皂苯丙共聚物的制备
• 5.1.1 无皂苯丙共聚物的FT-IR 表征
• 5.1.2 乳化剂用量和种类对浸渍滤纸耐水性能的影响
• 5.1.3 无皂苯丙乳液对浸渍滤纸性能的影响
• 5.2 低皂硅丙乳液的制备
• 5.2.1 无皂有机硅/苯丙共聚物的FT-IR 表征
• 5.2.2 低皂硅-苯丙共聚物的DSC 表征
• 5.2.3 低皂硅-苯丙共聚物的TG 表征
• 5.2.4 硅丙聚合物膜的水的静态接触角的分析
• 5.2.5 低皂硅丙乳液对纸张性能的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果
• 致谢