无皂乳液的合成表征及其在造纸中

栏目:国内业绩

更新时间:2021-04-07

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无皂乳液的合成表征及其在造纸中

产品简介

中文为了提升桉木纸张的强度和提高其表面性能,研究研发了阳离子型无皂乳液凝N-乙烯基甲酰胺-苯乙烯-二甲基二烯丙基氯化铵(PNVF-SM-DMDAAC,全称PNSD),同时对其性能及在桉木纸浆中的应用于效果展开了研究。

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本文摘要:中文为了提升桉木纸张的强度和提高其表面性能,研究研发了阳离子型无皂乳液凝N-乙烯基甲酰胺-苯乙烯-二甲基二烯丙基氯化铵(PNVF-SM-DMDAAC,全称PNSD),同时对其性能及在桉木纸浆中的应用于效果展开了研究。

中文为了提升桉木纸张的强度和提高其表面性能,研究研发了阳离子型无皂乳液凝N-乙烯基甲酰胺-苯乙烯-二甲基二烯丙基氯化铵(PNVF-SM-DMDAAC,全称PNSD),同时对其性能及在桉木纸浆中的应用于效果展开了研究。第一章,使用无皂乳液苯乙烯方法制备了PNVF-SM-DMDAAC,利用红外光谱仪、量热示差扫描仪、热重分析仪对共聚物密切相关,详尽探究了单体质量分数、引起剂浓度、反应温度及单体用料对产率和DMDAAC转化率的影响。

第二章,通过对工艺条件的掌控,如单体质量分数、引起剂浓度、反应温度及单体用料等,实地考察工艺条件的转变对乳胶粒径、动力黏度和乳液稳定性(储存、机械、电解质、高温、低温)的影响。第三章使用单一变量法则,实地考察了有所不同的乳胶粒径、阳离子量和单体用料的样品,作为浆内添加剂对纸张强度的影响,总结了乳胶粒径、阳离子、加到量等对纸张强度的影响规律。第四章某种程度使用单一变量法则,把乳胶粒径、表面阳离子量和单体用料有所不同的样品,应用于桉木纸张的表面施胶,总结出有乳胶粒径、表面电荷量、单体用料对纸张强度的影响规律。通过第三、四章的研究结果找到:在表面阳离子量相似情况下,乳胶粒径小的PNSD对桉木纸张强化效果高于粒径大的PNSD乳液;在乳胶粒径相似情况下,表面阳离子量大的PNSD对桉木纸张强化效果小于阳离子量小的PNSD乳液;在乳胶粒径和阳离子量分别相似的情况下,减小共聚物中NVF的比例不利于提升纸张强度。

关键词:N-乙烯基甲酰胺,苯乙烯,二甲基二烯丙基氯化铵,粒径,阳离子量,纸张强化,表面施胶绪论0.1研究背景造纸工业是我国经济的基础产业,在国民经济中占据最重要地位。据中国纺织协会调查资料,2012年全国纸及纸板生产企业大约3500家;纸和纸板生产量10250万吨,较上年快速增长3.22%;纸和纸板消费量10048万吨,较上年快速增长3.04%,人均消费量为74千克(13.54亿人),比上年快速增长1千克[1]。

随着我国新型工业化、城镇化、农业现代化的发展,纸张和纸板市场需求将不会更进一步快速增长,这终将给造纸工业带给新的机遇和挑战。造纸工业具备木材消耗量大、污染排放量大、能源消耗大等特点。近年来工信部拒绝纺织等行业了解贯彻落实《清洁生产实施细则》,实行节能减排生产[2]。造纸工业面对着数量主导型向质量效益型的改变,同时国际经济萎靡不振,行业竞争日趋激烈,因此对环境友好型生产工艺及纺织化学品的市场需求更加急迫。

在纺织原料方面,我国由于木浆原料比较紧缺,草浆等非木浆料被大量用于,而造纸厂为了降低成本又大量用于废纸,对纸张产品的性能导致严重影响;在填料方面,经常出现加到量减小、品种激增的趋势,填料的加到可以提高纸张的光学、光滑度、匀度等性能,彰显纸张尺寸稳定性、油墨吸收性、外用化学性、书写适应性和阻燃性等[3],从而提升纸及产品的市场竞争力,但填料的加到不会对纸张的强度等性能导致影响,特别是在是表面强度,在高速印刷时会经常出现丢弃毛、丢弃粉现象;在产品规格与档次方面,纸和纸板产品在向较低分析、薄型化、高速化发展,产品档次向中高级别发展;在生产工艺方面,遗文纸工艺由酸性相反中、碱性条件移往,纺织设备渐趋大型化、高速化[4]。为了应付纸与纸板品种多样化、高档化的影响和市场需求,提升纸张产量,提高纸张性能、减少污染以及提升经济效益,各种高效、精致的纺织化学品于是以不断涌现。世界各国都十分侧重纺织化学品的研发和生产,据HIS旗下SRI咨询公司称之为,2009年全球专用纺织化学品市场份额已约大约150亿美元,并在2014年前将以2.3%的速度快速增长,其中中国市场将以年均6%的速度快速增长[5]。我国的纸和纸板由于纤维原料劣等原因,表面强度、印刷适性等指标广泛约将近拒绝,因此强化纸和纸板化学品的研发,特别是在是研发针对我国纺织原料的专用化学品迫在眉睫,而新型纸张强化剂的研究研发堪称首当其冲。

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0.1.1纸张强化剂纸张强化剂是用来减少纸和纸板强度的一类细致化学品[6]。纸张强化剂的用于方法有两种,一种是在纸张抄造的过程中将助剂以浆内加到的方式重新加入;另一种是将助剂以表面施胶的方式用作早已遗文好的纸张表面。其中浆内加到型纸张强化剂又可分成增干强剂和增湿强剂两种,其起到效果和强化机理有所不同。

影响纸张强度的因素有单根纤维强度、纤维间融合强度、纤维间融合面积、纤维产于情况等,其中纤维间结合力是主要原因[7]。纤维之间的结合力主要源于化学键融合、氢键融合及范德华力等。纤维素分子所含大量羟基,羟基相互之间不会构成很强的氢键结合力,加到强化剂后,可以在纤维之间产生新的氢键,减少纸张中氢键融合的数目,从而提升纸张的强度,例如抗张强度、环压强度、断裂强度、耐热斩强度、耐折强度等[8]。

0.1.1.1增干强剂增干强剂是一种借以促进纤维之间的融合,以提升纸张的物理强度而不影响其滑强度的细致化学品,对纸张裂断宽、耐折度、表面拉毛强度、抗压强度效果显著,但一般无法减少断裂度甚至有可能使断裂度、压缩性、柔软度上升[9]。应用于纸浆内部加到的增干强剂的起到机理[6,10,11]主要为:(1)纤维间氢键融合和静电吸附作用,其中氢键融合是腊强度产生的主要原因。(2)所含阴离子基的增干强剂可通过Al3+等阳离子与纤维构成配位融合起到,经过类似处置的纤维表面还可以具有羧基,有可能产生离子键起到。

表格0-1增干强剂的分类及主要产品[12-13]Table0-1Thecategoriesandmainproductsofdrystrengthadditives种类主要产品改性淀粉类阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、淀粉接枝共聚物等植物胶类瓜尔豆胶、田箐胶、洋槐等乳液类苯丙乳液、丁苯乳液、凝醋酸乙烯酯乳液等凝丙烯酰胺类阴离子聚丙烯胺、阳离子凝丙烯酰胺、两性凝丙烯酰胺壳聚糖接枝凝丙烯酰胺等(3)增干强剂一般来说能使浆中纤维产于均匀分布,起着分散剂的起到,使纤维间及纤维与分子间结合点减少,从而提升腊强度;而长链高分子可同时跨越若干根纤维和颗粒,其产生的物理胶体和导电需要起着某种修补起到。(4)增干强剂的重新加入可以提升细小纤维的留着和促进纸页水解,提高纸幅的紧实程度,从而提升了纸页强度。

乳液类增干强剂具备粒径小、不易导电、有效成分低、性能平稳等优点,在纸张增干强剂的研发研究中异军突起。它通过在纤维空隙间构成立体网状结构及在纤维交叉点处粘合多根纤维来提升纸张强度,潮湿后还可构成均匀分布膜维护纤维或胶乳之间的融合,使纸张保持良好的干强度。

目前制取方法有普通乳液聚合、无皂乳液聚合、反互为乳液聚合、微乳液聚合、核壳乳液聚合和分散聚合[14]。近年来,国内乳液类增干强剂研究有:低海燕等[15]以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)为主要原料,通过无皂乳液聚合制取了平稳且性能出色的两性MMA/DMC/AM/AA四元共聚物乳液纸张环压强化剂。

王小荣等[16]用异佛尔酮二异氰酸酯与凝四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、亲水扩链剂和制做的含酮羰基的扩链剂,使用自乳化法制备了室温交联型水性聚氨酯乳液。崔娜娜等[17]以聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂(PAE)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酰胺(AM)、硫酸铵为主要原料,在过硫酸钾的引起下制备CPAM/PAE水包水乳液,并展开了应用于研究。来水利等[18]在微波电磁辐射条件下制取出有阳离子增干强剂PAM-DMC。

马永生等[19]制备了壳聚糖接枝丙烯酰胺反互为胶乳,并应用于去除麦草浆和干墨浆,可以明显提高纸张裂断长和断裂指数。李明等[20]明确提出反互为乳液接枝单体技术,根据其特点积极开展了制备纸张增干强剂的探索性实验,并顺利制备出有纸张增干强剂。

国外的研究有:YuanZ等[21]为了提升纸张腊强度,以丙烯酰胺(AM)、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)、2-巯基乙醇、乙二醛为主要原料,制备了一系列乙醛交联型阳离子丙烯酰胺树脂(GPAM)。VesterinenAH等[22]为了强化纸张纤维之间的粘合力,制备了PEO嵌段聚合物和2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯聚合物,并对它们展开改性使之沦为阳离子聚合物。Yun-feiS等[23]以种子乳液聚合的方法,制取了水溶性丙烯酸环氧交联阴离子乳液,并积极开展了纸张强化研究。KanieO等[24]制取出可生物降解的共混聚合物,具备很好的纸张强化起到,少量加到效果就非常明显,同时还积极开展了对其生物降解性的研究。

Guo-qiangW等[25]以丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈和丙烯酰胺为原料,制备丙烯酸乳液型纸张强化剂。在乳液的加到量为2%时,纸的剪切强度提升22.8%,环压强度提升65.6%。0.1.1.2增湿强剂纸张在被水全部曝晒后,水分子与纤维的融合代替纤维之间的融合,纸张不会丧失其大部分的融合强度,一般来说将剩下的强度称作纸张的湿强度。

滑强剂就是指能使纸张被水几乎润湿后仍能维持15%以上强度的纸张强化剂[26-27]。Dunlop-Jones[28]指出纸被曝晒时为维持其强度,有以下途径:(1)维护有数的纤维融合;(2)构成外壳纤维的网络结构;(3)构成对水不脆弱的新融合键;(4)使加到物质与纤维混合构成一个网络结构。


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