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随着社会科技的进步和我国经济建设的发展,人们的环保意识不断增强,透明纸和半透明纸的应用越来越广泛,“易回收,低污染”的特点使它的市场前景被一致看好。目前应用比较广的,包括玻璃纸、描图纸、仿羊皮纸、透明复写纸、透明复印纸及透明包装纸等品种。
由于传统生产方法存在浆料种类使用面窄,高打浆度难以达到,需用专用设备以及耗电量大等弊端,许多发达国家进行了大量的研究,而纸张透明剂的出现,为开发新纸种,改良现行工艺开辟了一条新的途径。
本论文以丙烯酸酯单体和苯乙烯单体为主原料,探讨乳液聚合法合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的方案和工艺对纸张透明剂性能和透明剂处理纸张效果的影响,并讨论纸张透明度的影响因素和透明剂对纸张其他性质的影响。
选用的四种常见乳化剂,观察它们对单体转化率、透明剂分子量、乳液粘度、透明剂折光率和纸张透明度的影响。从实验数据来看,单独使用一种乳化剂时,非离子乳化剂显然比阴离子乳化剂更适合丙烯酸树酯类纸张透明剂的合成,0-25的使用效果优于OP-10,硬脂酸钠盐优于十二烷基硫酸钠盐。所以,0-25是合成丙烯酸树脂类纸张透明剂时的选择。
其次,选用四种常见过氧化物类引发剂,观察它们对单体转化率、透明剂分子量、乳液粘度、透明剂折光率和纸张透明度产生的影响。从实验数据来看,过硫酸铵的使用效果最佳,过氧化二苯甲酰次之,过硫酸钾和过硫酸钠较差,因此,过硫酸铵是合成丙烯酸树脂类纸张透明剂时的选择。
然后,以丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为主原料,0-25为乳化剂,过硫酸铵为引发剂,合成纸张透明剂,此为方案一。并用所得透明剂浸渍纸张。从实验数据来看,在浸渍所使用的原纸和浸渍工艺相同时,随着合成工艺条件的改变,透明剂折光率与纸页透明度变化趋势一致;可以得出一套较佳的丙烯酸酯类纸张透明剂合成工艺(丙烯酸酯单体总量为100g时):丙烯酸甲酯40g,丙烯酸丁酯60g,0-25为5g,过硫酸铵0.7g,反应温度60℃,保温时间5h。
由于第一种方案所得透明剂折光率与纤维素纤维折光率相差较大,且观察到透明剂折光率越高,纸张透明度也越高,因此在合成时,引入另一种单体:苯乙烯,此为方案二。从实验结果来看,苯乙烯的嵌入有效提高了纸张透明剂的折光率,并且得出一套较佳的工艺条件参数(丙烯酸酯单体总质量为100g):丙烯酸甲酯60g,丙烯酸丁酯40g,苯乙烯30g,0-25用量7g,过硫酸铵用量0.7g,温度60,保温时间5h。
比较两种方案,观察苯乙烯的引入对合成的影响,结论表明它可以较大幅度地提高透明剂的折光率,同时,单体转化率、透明剂分子量也都略有提高,乳液粘度降低,透明剂浸渍纸张的效果更佳。但是,透明剂成膜硬度变高,柔韧性降低,因此,合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的两种方案各有优缺点,可以根据需要选择采用。
除此之外,研究了影响纸张透明度的几种因素,从实验数据来看,随着浆料打浆度的升高,纸张透明度呈现先升高然后降低的趋势;随着纸张定量的增加,纸张透明度呈现逐步降低的趋势;随着纸张紧度、透明剂折光率和透明剂浸渍量的增加,纸张透明度变化趋势一致,均是逐渐升高。几种因素中,透明剂的性质和浸渍量最具影响。
最后,讨论了丙烯酸树脂类纸张透明剂对除纸张透明度外的其他纸张性质的影响,从实验数据可以看出,受透明剂影响最大的是纸张透气度,当透明剂浸渍量超过30g/m<2>后,纸张透气度几乎降为零;纸张白度是受透明剂影响最小的性质,只有小幅的降低;而经过透明剂浸渍后,纸张的干强度都有不同程度的降低,纸张强度是纤维之间大量氢键作用的宏观呈现,透明剂浸渍到纸张中,破坏了部分氢键,所以造成纸张强度降低,纸张抗张指数和耐破指数受影响较大,而耐折度因主要反映的是纸张折面的强度,所以受到的影响相对较小。