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--《华南理工大学》2014年硕士论文
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
【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。
【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TS727.5【目录】：
摘要5-7Abstract7-12第一章 绪论12-24 1.1 造纸施胶剂12 1.2 浆内施胶剂12-15
1.2.1 浆内施胶剂的发展历程13
1.2.2 浆内施胶剂的分类13-15 1.3 表面施胶剂15-20
1.3.1 合成表面施胶剂的发展历程15-16
1.3.2 表面施胶剂的意义16-17
1.3.3 表面施胶剂的作用机理17-18
1.3.4 合成表面施胶剂的分类18-20 1.4 阳离子型聚丙烯酸酯乳液20-22
1.4.1 阳离子聚丙烯酸酯乳液的应用研究进展20-21
1.4.2 阳离子聚丙烯酸酯乳液的制备21-22 1.5 研究的目的意义和主要内容22-24第二章 阳离子型聚丙烯酸酯表面施胶剂的制备与表征24-48 2.1 共聚物的性能测试及结构表征24-27
2.1.1 原料24-25
2.1.2 仪器设备25-26
2.1.3 阳离子乳液的制备工艺26-27
2.1.4 表面施胶工艺27 2.2 乳液性能检测及结构表征27-30
2.2.1 乳液的性能测试27-29
2.2.2 施胶剂的结构性能表征29-30 2.3 共聚物的性能测试及结构表征30-33
2.3.1 共聚物的红外光谱分析30-31
2.3.2 共聚物乳液的乳胶粒形态分析31
2.3.3 共聚物的玻璃化转变温度分析31-32
2.3.4 扫描电镜分析32-33 2.4 结果与讨论33-46
2.4.1 引发剂的影响33-37
2.4.1.1 引发剂种类的选择33-34
2.4.1.2 AIBA 用量对乳液性能的影响34-37
2.4.2 乳化剂的影响37-39
2.4.2.1 乳化剂种类对乳液的影响37
2.4.2.2 乳化剂配比对乳液的影响37-38
2.4.2.3 乳化剂用量对乳液的影响38-39
2.4.3 阳离子单体 DMC 的影响39-44
2.4.3.1 DMC 用量对乳液性能的影响39-43
2.4.3.2 DMC 用量对纸张施胶度的影响43-44
2.4.4 功能单体 2-EHA 的影响44-46
2.4.4.1 2-EHA 用量对乳液性能的影响44-46
2.4.4.2 2-EHA 用量对纸张施胶度的影响46 2.5 本章小结46-48第三章 阳离子型聚丙烯酸酯浆内施胶剂的制备与表征48-64 3.1 共聚物的性能测试及结构表征48-49
3.1.1 纸张的浆内施胶48-49 3.2 共聚物的性能测试及结构表征49-53
3.2.1 共聚物的红外光谱分析49-50
3.2.2 共聚物的乳胶粒形态分析50-51
3.2.3 共聚物的玻璃化转变温度分析51
3.2.4 扫描电镜分析51-53 3.3 结果与讨论53-62
3.3.1 乳化剂的影响53-55
3.3.1.1 乳化剂用量对乳液平均粒径的影响53-54
3.3.1.2 乳化剂用量对纸张施胶度的影响54-55
3.3.2 阳离子单体 DMC 的影响55-57
3.3.2.1 DMC 用量对乳液平均粒径的影响55-56
3.3.2.2 DMC 用量对纸张施胶度的影响56-57
3.3.3 引发剂 AIBA 的影响57-58
3.3.3.1 AIBA 用量对乳液平均粒径的影响57-58
3.3.3.2 AIBA 用量对纸张施胶度的影响58
3.3.4 功能单体 GMA 的影响58-62
3.3.4.1 GMA 用量对乳液性能的影响58-60
3.3.4.2 GMA 用量对纸张施胶度的影响60-61
3.3.4.3 GMA 用量对水的静态接触角测试61-62 3.4 本章小结62-64第四章 丙烯酸酯/PVA 复合浆内施胶剂的制备与表征64-75 4.1 共聚物的性能测试及结构表征64-69
4.1.1 共聚物的红外光谱分析64-65
4.1.2 共聚物的乳胶粒形态分析65-66
4.1.3 扫描电镜分析66-67
4.1.4 乳液平均粒径及粒径分布分析67-68
4.1.5 施胶后纸页对水的静态接触角分析68-69 4.2 结果与讨论69-74
4.2.1 PVA 用量对乳液性能的影响69-71
4.2.2 PVA 用量对纸张施胶度的影响71
4.2.3 PVA 用量对纸张力学性能的影响71-74 4.3 本章小结74-75结论、创新点和展望75-77参考文献77-82攻读硕士学位期间所取得的研究成果82-83致谢83-84附件84
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