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随着造纸技术的不断进步,对纸张的性能要求不断提高,如何提高纸张的施胶度、挺度、平滑度、掉粉现象、减少纸张的掉毛、提高产品的质量是我国造纸行业多年来十分关注并急需解决的问题。松香作为传统浆内施胶剂可明显提高纸张的施胶度、强度,并且松香有着价格低廉、可再生、资源丰富等优点。阳离子高分散松香胶的研发是近几年松香类施胶剂研究的热点。阳离子高分散松香胶慢慢取代阴离子松香胶,并且酸性施胶转化为中性施胶是造纸工业发展的必然趋势。
本文以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为助溶剂,苯乙烯(St)、丙烯酸十八酯(ODA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酰胺(AM)为单体,通过无皂乳液共聚反应合成了阳离子高分子乳化剂,并用其制备了阳离子松香/AKD、松香/石蜡中性施胶剂。通过对产物外观、粘度、稳定性及其对纸张的施胶度、耐折度和环压强度的测定,探讨了两种阳离子高分子乳化剂合成工艺与松香/AKD、松香/石蜡中性施胶剂制备工艺及其应用条件。
通过红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热(DSC)等检测手段对乳液分子结构、分子量及其共聚物热转变性能进行了表征;通过透射电子显微镜(TEM)、表面电位粒径仪等检测手段对松香/AKD、松香/石蜡中性施胶剂相结构及其分布进行了测定,研究结果表明:
a(1)松香/AKD中性施胶剂乳化剂合成条件为w(AM):w(DMC):w(ODA):w(St)=35:15:25:25,引发剂加入量为1％,反应温度为70℃(2)松香/石蜡中性施胶剂乳化剂合成条件为w(AM):w(DMC):w(ODA):w(St)=37:13:17:33,引发剂加入量为0.8％,反应温度为70℃。
b FT-IR,H-NMR测试结果证实了乳化剂中各官能团及单体单元的存在,用GPC检测结果证实了产物为高分子化合物,DSC检测结果证实了高分子乳化剂玻璃化转变温度为70℃。
c(1)松香/AKD施胶剂的较佳制备条件为m(松香):m(AKD):m(乳化剂)=11:4:3,制备温度为95℃。(2)松香/石蜡施胶剂的较佳制备条件为m(松香):m(石蜡):m(乳化剂)=10:5:3,制备温度为95℃。
d TEM、表面电位粒径仪分析结果可知乳化剂已包覆固体颗粒并呈球形,颗粒表面光滑,粒子分布较均匀,松香/AKD、松香/石蜡中性施胶剂平均粒径分别为464.5nm、515.2nm,zeta电位分别为+3.406my、+5.934mv。
e松香/AKD、松香石蜡中性施胶剂具有优异的施胶效果。施胶剂加入量为1％时纸张施胶度分别可达298s、157s环压强度分别可达598N·m/g、592N·m/g。
f扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明纤维表面的光亮度下降,纤维均排列紧密,细小纤维互相粘结成片后和较粗纤维贯串起来,空隙率降低。
g纸张接触角测试结果表明用松香/AKD、松香/石蜡中性施胶剂进行施胶后,纸张接触角分别达到109°、104.5°。