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我国造纸纤维原料中非木材纤维占据85%,但以非木材浆为原料的纸张存在表面强度不够,印刷性能差等缺点。表面施胶是实现其表面补强,改善其表面特性的有效方式,近年来得到较快的发展,同时也对表面施胶剂的研究开发提出了新的要求。
本文首先利用乳液聚合技术制备了一种苯乙烯-丙烯酸酯(SAE)表面施胶乳液,并对其结构进行了表征。研究了其合成工艺。结果表明:当m(软单体):m(硬单体)=3:7, w(引发剂)=0.5%~0.6%, m(K-12):m(OP-10)=2:1,反应时间为80min时可以得到理想的聚合物乳液。DSC显示苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的玻璃化转变温度为37.22℃,基本符合FOX方程对其玻璃化转变温度的计算结果。
为改善SAE乳液的施胶性能,实验又以淀粉为分散保护剂,利用无皂乳液聚合技术通过淀粉和苯乙烯,丙烯酸丁酯等乙烯基单体进行接枝共聚反应,制备了一种主链亲水支链疏水的梳状接枝聚合物乳液,并研究了其合成工艺。结果表明:m(软单体):m(硬单体)=3:7,淀粉用量大于20%, w(过硫酸钾)=3%时可以得到稳定性较好的乳液。DSC显示淀粉接枝共聚物的玻璃化转变温度为58.28℃。
分别对两种乳液的应用性能进行研究,结果表明:苯乙烯-丙烯酸酯乳液(SAE)与氧化淀粉以1:10复配对纸张进行施胶,可使书写纸的施胶度由2s提高至11.33s,抗张强度提高83%,耐破度提高14%;可使瓦楞纸环压强度指数提高64%,挺度提高33%,施胶度由2s提高至127s。玉米无皂淀粉接枝共聚物乳液施胶性能优于木薯无皂淀粉接枝乳液,其最佳的施胶条件为:硫酸铝加入量为0.4%, pH=4。在此条件下与氧化淀粉以1:10复配施胶,可使书写纸施胶度由2s提高至11.7s,抗张强度提高106%,耐破度提高16%;与氧化淀粉以3:100复配对瓦楞纸进行施胶可使纸张的施胶度由2s提高至266s,环压强度指数提高108%,挺度提高26%,无皂淀粉接枝共聚物乳液表面施胶剂可有效减小环境湿度对纸张强度的影响,提高纸张对湿度环境的适应性。
利用SEM观察了施胶前后纸张表面的微观结构。实验所制备的无皂淀粉接枝共聚物乳液施胶性能优于苯乙烯丙烯酸酯(SAE)共聚物乳液。其性能与市售产品相当。