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该研究以丙酮为助溶剂,苯乙烯、丙烯酸丁酯及含阳离子基团的化合物为共聚单体,采用无皂乳液聚合制备出阳离子丙烯酸酯齐聚物;再以所制备的齐聚物为分散剂,将上述共聚单体通过无皂聚合制备出阳离子无皂细微乳液。同时,还研究了该无皂细微乳液作为中性施胶剂的应用效果。
研究结果表明:
(1)较佳的齐聚物聚合工艺:间歇聚合法,n(St):n(BA):n(DMC)=1.0:1.0:0.30,w(丙酮)=25.0%,w(引发剂)=3.0%,在80~85℃反应约2.0h;
(2)较佳的无皂细微乳液聚合工艺:种子聚合法,m(苯乙烯):m(丙烯酸丁酯)=(0.7~1.5):1.0,甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(12.5~20.0)%,齐聚物15.0%~25.0%(反应初期全部加入),w(引发剂)=0.5%~1.2%,反应进行5.5~6.0h,反应温度80~85℃之间,pH值为4.0~6.0;
(3)聚合动力学研究表明,聚合速率Rp∝[齐聚物]0.498、Rp∝[引发剂]0.949,聚合反应的表观活化能为72.932kJ/mol;
(4)乳液pH值在5.5~9.0之间变化时,乳液的Zeta电位从+43.9mV下降到+41.5左右;细微乳液的粒子粒度分布较窄,平均粒径为55.1nm;
(5)聚合物的玻璃化转变温度为54.4℃;齐聚物和产物的数均相对分子质量分别为5700和21900,重均相对分子质量分别为12000和108000,相对分子质量分布系数分别为2.11和4.93;元素分析显示单体转化率很高;聚合物膜与水的接触角在80°左右;
(6)该产品较适合于木浆,其次是麦草浆,对棉浆的应用效果不明显,抄片干燥后的后期热处理可以显著提高施胶效果;
(7)当浆种为麦草浆时,适宜的胶料添加量为0.5%~1.0%(无白水循环)、pH值范围为5.5~8.0、助留剂PAE的用量为0.3%~0.5%、填料碳酸钙的用量为10%~15%;
(8)其它条件相同时,在施胶效果方面:甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵好于甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯,丙烯酸丁酯含量高的优于丙烯酸丁酯含量低的;
(9)该产品还能提高纸张的强度指标。
通过以上研究可以看出:所提出的制备共聚物细微乳液新方法是成功的,该方法能够制备出具有强阳离子性、无小分子乳化剂、乳胶粒径处于纳米级等特点的细微乳液,且在提高无皂乳液稳定性、固含量及聚合速率等方面具有重要意义;该细微乳液用于纸张中性施胶时具有良好的应用效果。