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在催化剂和助溶剂作用下,以三聚氰胺、乙二醛为原料,制备了高固含量的三聚氰胺乙二醛抗水剂。通过对产物外观、粘度、稳定性及其对纸张的增湿强效果的测定,探讨了三聚氰胺乙二醛抗水剂的较佳合成工艺,并使用现代仪器分析技术测量聚合物的多个特征数据。研究了该抗水剂和淀粉、聚乙烯醇等涂布胶粘剂复配使用的效果;另外,初步分析了抗水剂对涂布浆料的流变行为的影响。
研究结果表明:
(1)确定较佳聚合工艺为:n(glyoxal):n(melamine)=3,碱性条件下反应30min,酸性缩聚1 h;反应温度75℃,w(catalyst)=1.9%(以单体质量计算),n(甲醇):n(三聚氰胺):5:1,采用氢氧化钠和盐酸调节pH值,可得到橙黄色聚合物溶液。
(2)红外(FT-IR)证实了MG抗水剂中各单体单元的存在,试验成功制得改性的三聚氰胺乙二醛树脂。广角X射线衍射(WAXD)谱图显示有一弥散形宽峰,表明三聚氰胺乙二醛树脂属于非晶态聚合物。DSC测定结果显示聚合物的玻璃化转变温度为53.95℃。热重(TG)分析表明,聚合物的起始分解温度较高,可以满足涂布造纸工艺的温度要求。流变性测试表明,MG溶液为非牛顿流体,Ostwajd稠度系数k1=1.104,流态特性指数k<,2>=0.665。
(3)所制备的MG抗水剂对提高纸张的抗水效果和印刷性能具有明显作用。以质量分数为2%的MG树脂溶液进行涂布时,可使纸张湿强度达到22.2%,油墨吸收率为47%,拉毛速率达到2.90m/s。
(4)该树脂和淀粉复配使用,和淀粉具有极好的交联和相容性。纸张的湿强度随着m(MG):m(Starch)的增大而增大,但纸张的白度随着m(MG):m(Stareh)增大略有下降。
(5)该树脂和PVA复配使用,有利于提高纸张的抗张强度和耐破度,纸张的湿强度随着m(PVA):m(MG)增大而逐渐下降。当m(PVA):m(MG)=2:1时,纸张的抗张强度、耐折度、干拉毛速度分别提高20.6%、 18.8%、16.7%。
(6)将MG树脂与MF树脂的应用效果进行比较,使用MG树脂的纸张白度和使用MF树脂的纸张相差不大,但是湿强度、平滑度和表面强度等性能均优于MF树脂处理过的纸张。
(7)涂布浆料为假塑性流体。当抗水剂用量与淀粉用量的比值为0.2~1.0时,涂布浆料的触变性随着抗水剂MG树脂的添加而先增大后减小。在高剪切力作用下涂料的触变性得到改善,涂料具有更低的粘度,涂料各组分与原纸结合均匀,可以提高纸张的印刷适性。
(8)SEM显示,无论是单独使用抗水剂还是和胶粘剂复配使用,经改性MG处理后的纸样,细小纤维互相粘结成片后和较粗纤维贯串起来,纤维编织的更加紧密,纸张的抗水性和纸张的适印性有所提高。
本研究的创新点如下:
(1)随着环境保护要求的日趋严格,同时人们对纸制品的要求也越来越高,因此,应开发具有环保和功能型的新型抗水剂,本研究以三聚氰胺和乙二醛为原料制备了一种新型抗水剂,其抗水性能好,且无游离甲醛释放,从而消除了甲醛气体对环境和人体健康造成的危害。
(2)MG抗水剂对提高纸张的抗水效果和印刷性能具有明显作用。该树脂和淀粉等胶粘剂复配使用时,能充分地与涂料中胶粘剂的羟基交联固化,从而具有更为优良的抗水性。
(3)本实验对涂布涂料的流变性及触变性进行了研究,改善涂料的流变性及触变性,可以提高纸张的印刷适性。