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本文选择丙烯酸丁酯、丙烯酰胺为软单体,以苯乙烯为硬单体,甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为阳离子单体,甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)作交联剂,过硫酸钾作引发剂,聚乙烯醇为分散剂用3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CHPTMAC)醚化后进行无皂乳液聚合,合成了稳定的增干强剂,对纸张具有明显的增干强作用。
纸张增强剂的作用机理可以归纳如下。
(1)纤维间氢键结合和静电吸附等是纸张具有干强度的原因,特别是氢键结合点多、结合力强,是干强度产生的主要原因。加入增强剂后,这些高分子有各种活性基团,可以和纤维上的羟基产生强的分子间相互作用及氧键结合。
(2)一些含有阴离子基团的增强剂可以通过Al3+等形成配位结合。如果纤维经过特殊处理后含有羧基等,也不排除存在离子键结合的可能性。长链高分子可同时贯穿若干个纤维和颗粒,物理缠结和吸附能够起到某种补强作用。
(3)增强剂往往也是纤维的高效分散剂,能使浆中纤维分布更均匀,导致纤维间及纤维与高分子间接合点增加,成纸匀度提高,从而提高纸张的强度。
(4)增强剂可以增加纸张中纤维间的结合力,因而提高了纸张的各种强度指标,如耐折度、Z向强度、挺度、表面耐磨性、表面拉毛速度、抗张强度等。但一般不能增加撕裂度,甚至使撕裂度、压缩性、柔软度等降低。
通过对阳离子醚化剂浓度、DMC单体浓度、交联剂用量及时间等因素对纸张增强应用性能的影响进行了探讨,找出了最佳增干强剂的合成条件:m(PVA):m(EPTMAC):m(AM):m(BA):m(St):m(DMC):m(GMA)=2.0:2.12:6.0:4.0:4.0:2.7:1.24,w(K2S2O8)=0.33%。反应时间(t)为3h,反应温度为85℃,pH值为8。应用实验表明,以棉浆为浆料,乳液增干强剂用量为0.8%,浆料的pH值为7,抄造定量为80g/㎡的纸张,可使纸张的抗张指数增加20%以上,耐破指数的增加15%以上,撕裂指数增长30%。
通过红外光谱、透射电镜、扫描电镜、差示扫描量热仪(DSC)等检测手段对增强剂进行了结构表征,确认丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵发生了共聚反应。通过对增强剂的增强机理进行研究,证实了增强剂能够增加纸的结合强度。