聚丙烯酸酯及其复合乳液型纸张施胶剂的制备及应用研究

作     者：周娇 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周雪松

授予年度：2014年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 082201[工学-制浆造纸工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：聚丙烯酸酯 阳离子乳液 表面施胶 浆内施胶 

摘      要：合成聚合物施胶剂由于单体来源广泛，因此对于调控聚合物的结构与性能相对较为灵活而日益得以广泛研究。其中聚丙烯酸酯乳液的原料易得、合成工艺简单、聚合物抗水性能较好且成膜性优良。添加一些阳离子性物质后，不仅能够使聚丙烯酸酯乳液带上正电荷，由此进行施胶时，聚合物乳液可以自发地吸附于带负电的纸张纤维表面，从而有效改善施胶效果。 本论文以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）与非离子型表面活性剂壬酚基聚氧乙烯醚（NP-10）复配作乳化剂，选用甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）为主要单体，采用种子半连续法乳液聚合工艺制备阳离子型聚丙烯酸酯乳液施胶剂。 在聚丙烯酸酯表面施胶剂的研究中，通过在共聚单体中加入疏水性优良的功能单体—丙烯酸异辛酯（2-EHA），赋予表面施胶剂以良好的成膜性;同时，加入阳离子功能单体—甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）参与共聚，以期进一步提高聚合物对纤维的黏附性，赋予聚合物良好的表面施胶效果。研究中，探讨了乳化剂、引发剂以及功能单体等对聚合物乳液的性能和施胶性、聚合物乳胶膜的抗水性和成膜性等的影响。优化了合成条件，得到最佳结果：当CTAC与NP-10复配作乳化剂且使用比例1，DMC、AIBA、2-EHA用量分别为单体总量的5.0%、1.6%、15%时，自制乳液性能较佳、表面施胶效果最好。此外，研究中以FT-IR和DSC表征共聚物的化学结构和热力学行为，以马尔文粒度仪和TEM研究共聚乳液的乳胶粒子的粒径及其分布、乳胶粒子的形态结构的影响，通过SEM、表面张力仪和Cobb值测定仪对采用该乳液表面施胶前后纸页的表面形貌、对水的静态接触角以及抗水性进行观察和测试。 为提高浆内施胶剂对纤维表面的粘结性能，在丙烯酸酯合成浆内施胶剂的制备中，引入DMC和带有能与纤维素上活性羟基反应的官能团的功能性丙烯酸酯单体—甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）参与共聚，制备反应型浆内施胶剂。研究了引发剂用量、功能单体对聚合物乳液性能和施胶效果等的影响。实验结果为：当AIBA、DMC和G用量分别为单体总量的1.6%、5.0%和10%时、乳液的性能稳定、浆内施胶效果最佳。为进一步改善浆内施胶剂施胶后纸张的力学性能，添加一种本身粘结力强且成膜性好的高分子粘结剂—聚乙烯醇（PVA），最佳结果表明：添加PVA可以改善浆内施胶后纸张的力学性能，且PVA用量为单体总量的2.39%时，进行浆内施胶后纸张力的力学性能最佳，聚合物乳液的稳定性等也较好。