PMAA非离子乳液纸张干强剂制备应用

采用用草浆生产的纸张和纸板强度不高，目前多采用增干强剂增强，如阴、阳离子淀粉［１～２］、阳离子聚丙烯酰胺［３］或接枝共聚物［４～５］。由于纸机车速加快、一些特种纸的出现及印刷机械改进等因素，上述助剂单独使用往往不能同时满足提高干强度和耐折度的要求。根据添加剂对纸张增强的机理［６］，本文采用核—壳乳液聚合法［７］研制了水分散性干强剂，于抄纸时在湿部添加，能够明显增加纸的干强度和撕裂度。 　　1 系制备原理 　　采用纸张增强机理是利用添加剂中的羟基、胺基、酰胺基、羧基等基团与纤维素中的羟基形成氢键，从而增强纸张强度。本文利用核－ 壳乳液聚合技术，研制具有硬核与鞭毛的非离子乳液型纸张增强剂。其增强机理：以苯乙烯为主的硬核，边上长出富含酯基、腈基、酰胺基的鞭毛。因纤维富含羟基，鞭毛与纤维形成氢键，鞭毛之间也形成氢键，从而形成网络结构。当受到拉力时，纤维可通过类似“焊点”的氢键作用，将力转移到乳液粒上。当受到压力时，位于纤维网络中的硬质核将承受压力。因此，这种增强剂不仅能有效地提高纸张的抗拉强度，而且提高纸张的抗压强度。 　　2系实验部分 　　2.1跑反应原理 　　采用在水、乳化剂、引发剂的存在下，苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯腈和丙烯酰胺共聚，形成乳液，其反应方程式如下： 　　2.2跑原料 　　采用丙烯酸甲酯（ＭＡ），苯乙烯（Ｓｔ）， 丙烯酰胺（Ａ Ｍ ），丙烯腈（Ａ Ｎ ），过硫 酸铵，碳酸氢钠，均为化学纯；十二烷 基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠，非离子乳化剂Ｓｐａｎ－８０，均为分析纯。 　　2.3跑非离子乳液（ＰＭＡＡ）的合成 　　采用在装有回流冷凝管、搅拌捧、温 度计的四口烧瓶中加入部分乳化剂、去离子水，在加热搅拌下溶解，在氮气保护下加入丙烯酸甲酯、丙烯酯胺、丙烯腈及苯乙烯，在适量过硫酸铵引发下进行共聚。升温至８ ０ ～８ ５ ℃，保温３ ｈ ，即得Ｐ Ｍ Ａ Ａ 乳液。调ｐ Ｈ 至适宜，降温出料。改变各组分的配 比可合成Ｐ Ｍ Ａ Ａ 乳液的系列产物。 　　2.4跑乳液性能测定 　　采用粘度：以ＮＤＪ－７９型旋转粘度计测定。 　　采用ｐＨ：　 以２５型酸度计测定。 　　采用固含量：样品于６０℃烘干称重并计算固含量。 　　2.5跑纸张的物理性能检测 　　采用纸张在恒温、恒湿下（温度２０±１ ℃，相对湿度６５％±２％），平衡２４ｈ后，按国家标准测定纸页的抗张强度、耐破度、环压指数等各项指标。 　　3系结果与讨论 　　3.1跑乳液增强剂的物化性能 　　采用Ｐ Ｍ Ａ Ａ 外观为乳白色粘稠乳液，可以与水任意比例互溶，ｐＨ为６．５～ ７．０；固含量为１３％，粘度为１０～２０ ｍＰａ·ｓ（２０℃），室温下贮存半年不分 层、不凝胶。 　　3.2跑影响增强效果的主要因素 　　3.2.1跑单体的选择及配比 　　采用由于苯乙烯具有一定的强度，能抵抗纸张纤维转移在它上面的应力， 故用它作为乳液聚合的核。丙烯酰胺良好的水溶性，有利于乳胶粒迅速在水溶液中发散出鞭毛，同时能增加聚合物的化学抗性及乳液的稳定性。引入丙烯腈可改善分子间的相溶性，减 少凝胶，改善聚合过程，增大抗张强度。丙烯酸甲酯的加入使鞭毛具有适宜的强度。 　　采用大量实验表明：Ｓｔ的含量为９％～１ ３ ％（质量，下同）、Ａ Ｎ 为３ ％ ～５ ％ 、Ｍ Ａ 为５ ０ ％ ～７ ０ ％ 、Ａ Ｍ 为３ ％ ～５ ％ 时效果比较好。另外发现苯乙烯的含量偏低些，后三者的含量略高些时有利 于提高增强效果，而且生成的乳液其鞭毛较长，能充分与纸张纤维结合。 　　3.2.2跑单体添加次序及方式的影响 　　采用采用核－ 壳乳液聚合法，单体加入次序对其产品的性能有较大的影 响。实验过程中选用两种添加顺序：一是先加全部Ｓｔ，再分批地加入ＡＭ、Ａ Ｎ 、Ｍ Ａ ，即“饥饿”投料法，在前次加入单体反应完全后，再次投料；二 是先加全部Ｓ ｔ ，再将Ａ Ｍ 、Ａ Ｎ 、Ｍ Ａ-次性地加入。结果表明，采用“饥饿”加料法反应充分、均匀。这是因为先加全部Ｓｔ聚合得到致密的均聚物，其无法或很少能与后面的单体接枝的缘故。通过调整先加部分的Ａ Ｍ 、Ａ Ｎ 、Ｍ Ａ 的量，可以调整核的大小和鞭毛的长度和密度，从而最大程度地增加氢键的结合。此外，采用饥饿投料法加料，还可以减少增溶胶束的形成，使水溶性大的单体与其它单体充分混合，减少沉淀，从而提高乳液聚合物的稳定性。 　　3.2.3跑引发剂的用量 　　采用以硫酸铵作为引发剂，在不同用量时，产品的粘度及对纸张的增强效果不同，具体如表１所示。 　　采用当引发剂的用量为单体质量分数的１．５％～２．０％时，粘度达到最大，纸张的各项指标也达到最大。当引发剂量少时，反应时间长，单体反应不完全；用量多时，则出现暴聚，同时粘度降低，说明相对分子量也降低。综合考虑后引发剂用量确定为单体质量分数的１．５％～２．０％。 　　3.2.4跑反应温度的影响 　　采用反应温度对乳液聚合影响较大。对于聚合乳液来说，聚合热靠水及单体的蒸发散热，所以反应温度一般控制在刚好产生回流的反应温度。对于沸点相差较大的单体共聚，则反应温度控制在沸点较低单体的沸点以下，否则得不到良好的共聚组成。Ｍ Ａ 的沸点为８０．５℃，Ｓｔ的沸点为１４５．２℃， 所以反应温度在８０℃左右为宜。但对Ｍ Ａ 这类沸点较低的单体为主的反应，温度可适当提高些，可达到８５℃。若反应温度＜８０℃时，反应不能及时完成，出现单体累积；温度＞８５℃时， 反应瓶中出现粗粒子 甚至在瓶壁上出现凝 聚物。故反应温度控制 在８０～８５℃。 　　3.2.5跑反应时间的影响 　　采用反应时间短，单体来不及反应，造成原料浪费及降低性能；反应时间越长，收率越高，这是符合自由基聚合规律的。但自由基聚合对产品的分子量影响不大，考虑到产品的粘度，故确定反应时间为３ｈ。 　　4系增干强剂的增强效果 　　采用在一定的范围内，纸页的强度是随着增强剂用量的增加而增加，但是当其用量达到一定程度后，会产生严重的絮凝现象，影响纸页的成形，进 而影响纸页的表面性能和强度。况且 助剂用量过大，会造成生产成本的提高。为了考察增强剂的用量对增干强度的影响，在ｐＨ为７ ． ５时，不同用量（相对于绝干浆）对纸张强度的影响。 　　采用由实验结果可知，各项指标在增强剂用量为０．７５％时趋于稳定，再增加用量，各项指标虽有增长，但增幅逐渐减小，且用量为０．７５％时，效果比较理想，故确定增强剂用量为０．７５％。 　　5系结　论 　　5.1ＰＭＡＡ 非离子乳液纸张增强剂是一种新型的纸张添加剂，主要用于提高纸张的抗张强度和环压强度。经实验选定的最佳配方，可使木浆纸抗张强度提高２ ９ ． ４ ％ ，环压指数提高３６．８％，耐破度提高９６．４％。 　　5.2在实验中还发现，本助剂有较好的助留和助滤作用。 信息来源于：中国纸业网