表面施膠可明顯改善紙張的表面性能,增加挺度、平滑度,改進印刷適性。因此,選擇好的表面施膠劑對生產表面施膠紙至關重要。SAE(苯乙烯 丙烯酸聚合物表面施膠劑)具有較好的抗水性、良好的吸墨性和極強的成膜性能,其分子結構中含有多功能活性基團,它與纖維的親和力比聚乙烯醇與纖維的親和力高100倍以上,因而能較好地解決傳統表面施膠劑因親和力差而導致覆蓋在紙頁表面的膜在干燥過程中隨水分的不斷蒸發和膜層的不斷收縮而容易破裂的問題。本實驗在傳統苯丙乳液合成方法的基礎上,采用乳液聚合添加功能性單體進行改性,合成了新型的納米表面施膠劑DS SS610,并進行了表面施膠應用性能的研究。
1 實 驗
1 1 納米表面施膠劑DS SS610的合成[1]
1 1 1 原料
苯乙烯,甲基丙烯酸甲酯,丙烯酸丁酯,丙烯酸,N 羥甲基丙烯 胺,丙烯 胺,甲基丙烯酸,OP 10,過硫酸銨,過硫酸鈉,十二烷基硫酸鈉,以上化學藥品均為分析純。
1 1 2 合成工藝
單體組成:50%～80%苯乙烯,0～30%甲基丙烯酸甲酯,10%～40%丙烯酸丁酯,5%～20%N 羥甲基丙烯 胺或丙烯 胺,1%～5%丙烯酸或甲基丙烯酸。
乳化劑:十二烷基硫酸鈉用量為單體的1%～3%;OP 10用量為單體的0～3%。
引發劑:過硫酸銨或過硫酸鈉用量為單體含量的1%～3%。
預乳液制備 將蒸餾水、十二烷基硫酸鈉、OP 10和引發劑加入裝有回流冷凝器、電動攪拌器的燒瓶內,開動攪拌器,待乳化劑分散均勻后倒出1/2混合液,再將全部單體倒入反應燒瓶中進行乳化。
表面施膠劑DS SS610合成 在反應燒瓶中加入部分蒸餾水,攪拌情況下,加入5%～20%的預乳液,升溫至80℃,保溫10min后滴加剩余的預乳液和1/2混合液,反應3～4h。升溫至90～95℃,保溫1h。降溫至45℃以下,用氨水中和pH值至8～9。得到粒徑約為10nm的泛藍光的乳液即為DS SS610產品。
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1 2 納米表面施膠劑應用
1 2 1 實驗原料與儀器
原紙為泰山紙業生產的書寫紙(65g/m2),漿料配比為草漿與木漿比例為4︰6,原紙表面強度:0 73m/s(正面),1 00m/s(反面)。
木薯氧化淀粉、馬鈴薯氧化淀粉、陽離子木薯淀粉及普通淀粉(未改性木薯淀粉)均為明旭公司生產。
納米表面施膠劑DS SS610,自制,固含量25 1%,pH值7 0,黏度(25℃)9mPa?s;表面施膠劑AE A6,日本產。
NDJ-1型旋轉式黏度計;LBT 50型立式挺度測定儀;YQ Z 100型表面吸收測試儀;JSM 6490LV掃描電子顯微鏡;IGT全自動印刷適性儀;施膠機(自制)。
1 2 2 檢測
Cobb值(45s)、表面強度及挺度均按國家標準方法測定。
1 2 3 實驗方法
氧化淀粉(100份)糊化后加入食鹽(2份)及一定量的表面施膠劑配制成表面施膠液。在實驗室施膠機上進行表面施膠,干燥后進行檢測。
2 結果與討論
納米表面施膠劑DS SS610涂布于紙張表面時羧酸離解,與紙中的Al3+、Ca2+等陽離子組分相互作用,而疏水基團苯環則在纖維表面定向分布,從而獲得施膠效果[2]。
與一般表面施膠劑相比,納米表面施膠劑DS-SS610能有效提高紙張表面強度、挺度,增強紙張的抗水性,消除紙張的表面強度兩面差。其性能已達到甚至超過國外進口同類產品的水平[3 4]。
2 1 DS-SS610的應用性能
用一定量的DS-SS610、100份糊化后的氧化淀粉及2份食鹽配制成表面施膠液。其中,DS SS610的用量是指DS SS610與氧化淀粉的質量比(下同);施膠濃度為10%。用配制好的表面施膠液在施膠機上對原紙進行表面施膠,考察了DS-SS610用量對表面施膠紙各項性能指針的影響。
隨著DS SS610用量的增加,紙張的表面強度及表面強度兩面差先增加后趨于平緩,DS SS610用量為2%時性價比最好。原紙正面的表面強度比反面小,而紙張表面強度的增加是反面比正面小,可以部分消除表面強度兩面差,所以,DS SS610用量為2%時,表面強度兩面差最小。由表1還可以看出,DS SS610用量增加,紙張正面Cobb紙逐漸降低,DS SS610用量為2%以后,降幅比較平緩。紙張反面Cobb值下降不明顯。另外,隨著DS SS610用量增加,挺度也逐漸增加,在DS S
S610用量為2%以前,挺度增加比較快,之后增加綜上可以得出,DS SS610用量為2%時,表面施膠后各項主要性能指針均較理想,性價比最佳。
2 2 離子環境對DS SS610應用性能的影響
紙漿纖維表面有大量的羥基,呈陰離子性。DS-SS610為陰離子型,在陰離子環境、中性環境或弱陽離子環境下進行施膠,DS-SS610能與羥基結合,很好地提高施膠性能。但在強陽離子環境下,一方面紙漿纖維表面的羥基部分與環境中的陽離子結合,與DS-SS610相結合的羥基減少;另一方面DS-SS610呈陰離子性,能與陽離子進行反應而降低DS-SS610的有效成分,兩方面作用必將降低施膠效果。將100份木薯氧化淀粉與2份食鹽及2份DS-SS610配制成表面施膠液,通過添加陰、陽離子聚合物使之分別成為陰離子環境、中性環境、弱陽離子環境及強陽離子環境。進行表面施膠(施膠濃度10%)以考察離子環境對DS -SS610應用性能的影響。
采用DS SS610進行表面施膠,在陰離子環境、中性環境、弱陽離子環境下,表面強度高均較高,Cobb值低,抗水性好,能有效消除表面強度兩面差,且挺度高,施膠效果好。而在強陽離子環境下,表面強度、Cobb值及表面強度兩面差等指標均不理想,挺度也較低,應用效果較差。
2 3 淀粉種類對DS SS610應用性能的影響
分別將100份木薯氧化淀粉、馬鈴薯氧化淀粉、陽離子木薯淀粉及普通淀粉加入2份食鹽及2份DS SS610配制成表面施膠液,進行表面施膠,施膠濃度10%。表3為淀粉種類對表面施膠劑應用性能的影響。陽離子淀粉、木薯氧化淀粉、馬鈴薯氧化淀粉使表面強度增加的程度相差不大,而普通淀粉應用效果比較差。在消除表面強度兩面差方面,使用陽離子淀粉的紙張表面強度兩面差最小,效果最明顯,其次為馬鈴薯氧化淀粉、木薯氧化淀粉,普通淀粉對于消除紙張表面強度兩面差幾乎無效。
在抗水性方面(即Cobb粉、木薯氧化淀粉,普通淀粉最差。這是由于紙漿纖維表面有大量的羥基,表面呈陰離子性。陽離子木薯淀粉能與紙漿中的陰離子以離子鍵鍵合、與羥基以氫鍵鍵合,形成一層致密的膜以提高紙張的抗水性。馬鈴薯氧化淀粉、木薯氧化淀粉只能與纖維表面的羥基鍵合,因此,對紙張抗水性提高的幅度比陽離子木薯淀粉低。另外,使用陽離子木薯淀粉對挺度的提高效果最好,其次為馬鈴薯氧化淀粉、木薯氧化淀粉,普通淀粉最差。
2 4 DS SS610對印刷適應性的提高
選擇進口表面施膠劑AE A6與合成的DS SS610在同等條件下進行施膠并印刷,測試結果。
DS SS610施膠后的紙樣印刷適性比AE A6施膠后的效果更好。
3 結 論
3 1 采用自制的納米表面施膠劑DS-SS610與氧化淀粉配制成表面施膠液進行表面施膠,DS SS610與氧化淀粉的質量比為2%時,應用效果最好,性價比高。
3 2 在陰離子環境、中性環境、弱陽離子環境下,DS-SS610應用效果較好,在強陽離子環境下應用效果差。
3 3 DS-SS610與陽離子淀粉匹配進行表面施膠時效果最好,與馬鈴薯氧化淀粉匹配及與木薯氧化淀粉匹配應用效果較好,與普通淀粉匹配應用效果差。
3 4 采用DS-SS610進行表面施膠,可以明顯提高紙張的印刷適性。
參考文獻
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[4]曹同慶,劉慶普,胡今生.聚合物乳液合成原理[M].北京:化學工業出版社,2000
