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(jìn)印刷適性。因此,選擇好的表面施膠劑對(duì)生產(chǎn)表面施膠紙至關(guān)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(qiáng)的成膜性能,其分子結(jié)構(gòu)中含有多功能活性基團(tuán),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(tǒng)表面施膠劑因親和力差而導(dǎo)致覆蓋在紙頁(yè)表面的膜在干燥過程中隨水分的不斷蒸發(fā)和膜層的不斷收縮而容易破裂的問題。本實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)苯丙乳液合成方法的基礎(chǔ)上,采用乳液聚合添加功能性單體進(jìn)行改性,合成了新型的納米表面施膠劑DS SS610,并進(jìn)行了表面施膠應(yīng)用性能的研究。
1 實(shí) 驗(yàn)
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(xué)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(fā)劑:過硫酸銨或過硫酸鈉用量為單體含量的1%～3%。
預(yù)乳液制備 將蒸餾水、十二烷基硫酸鈉、OP 10和引發(fā)劑加入裝有回流冷凝器、電動(dòng)攪拌器的燒瓶?jī)?nèi),開動(dòng)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(yīng)燒瓶中進(jìn)行乳化。
表面施膠劑DS SS610合成 在反應(yīng)燒瓶中加入部分蒸餾水,攪拌情況下,加入5%～20%的預(yù)乳液,升溫至80℃,保溫10min后滴加剩余的預(yù)乳液和1/2混合液,反應(yīng)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(lán)光的乳液即為DS SS610產(chǎn)品。
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1 2 納米表面施膠劑應(yīng)用
1 2 1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器
原紙為泰山紙業(yè)生產(chǎn)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(qiáng)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(yáng)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(chǎn)。
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(chǎn)。
NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì);LBT 50型立式挺度測(cè)定儀;YQ Z 100型表面吸收測(cè)試儀;JSM 6490LV掃描電子顯微鏡;IGT全自動(dòng)印刷適性儀;施膠機(jī)(自制)。
1 2 2 檢測(cè)
Cobb值(45s)、表面強(qiáng)度及挺度均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。
1 2 3 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室施膠機(jī)上進(jìn)行表面施膠,干燥后進(jìn)行檢測(cè)。
2 結(jié)果與討論
納米表面施膠劑DS SS610涂布于紙張表面時(shí)羧酸離解,與紙中的Al3+、Ca2+等陽(yáng)離子組分相互作用,而疏水基團(tuán)苯環(huán)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(qiáng)度、挺度,增強(qiáng)紙張的抗水性,消除紙張的表面強(qiáng)度兩面差。其性能已達(dá)到甚至超過國(guó)外進(jìn)口同類產(chǎn)品的水平[3 4]。
2 1 DS-SS610的應(yīng)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(zhì)量比(下同);施膠濃度為10%。用配制好的表面施膠液在施膠機(jī)上對(duì)原紙進(jìn)行表面施膠,考察了DS-SS610用量對(duì)表面施膠紙各項(xiàng)性能指針的影響。
隨著DS SS610用量的增加,紙張的表面強(qiáng)度及表面強(qiáng)度兩面差先增加后趨于平緩,DS SS610用量為2%時(shí)性價(jià)比最好。原紙正面的表面強(qiáng)度比反面小,而紙張表面強(qiáng)度的增加是反面比正面小,可以部分消除表面強(qiáng)度兩面差,所以,DS SS610用量為2%時(shí),表面強(qiáng)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(shí),表面施膠后各項(xiàng)主要性能指針均較理想,性價(jià)比最佳。
2 2 離子環(huán)境對(duì)DS SS610應(yīng)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(huán)境、中性環(huán)境或弱陽(yáng)離子環(huán)境下進(jìn)行施膠,DS-SS610能與羥基結(jié)合,很好地提高施膠性能。但在強(qiáng)陽(yáng)離子環(huán)境下,一方面紙漿纖維表面的羥基部分與環(huán)境中的陽(yáng)離子結(jié)合,與DS-SS610相結(jié)合的羥基減少;另一方面DS-SS610呈陰離子性,能與陽(yáng)離子進(jìn)行反應(yīng)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(yáng)離子聚合物使之分別成為陰離子環(huán)境、中性環(huán)境、弱陽(yáng)離子環(huán)境及強(qiáng)陽(yáng)離子環(huán)境。進(jìn)行表面施膠(施膠濃度10%)以考察離子環(huán)境對(duì)DS -SS610應(yīng)用性能的影響。
采用DS SS610進(jìn)行表面施膠,在陰離子環(huán)境、中性環(huán)境、弱陽(yáng)離子環(huán)境下,表面強(qiáng)度高均較高,Cobb值低,抗水性好,能有效消除表面強(qiáng)度兩面差,且挺度高,施膠效果好。而在強(qiáng)陽(yáng)離子環(huán)境下,表面強(qiáng)度、Cobb值及表面強(qiáng)度兩面差等指標(biāo)均不理想,挺度也較低,應(yīng)用效果較差。
2 3 淀粉種類對(duì)DS SS610應(yīng)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(yáng)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(jìn)行表面施膠,施膠濃度10%。表3為淀粉種類對(duì)表面施膠劑應(yīng)用性能的影響。陽(yáng)離子淀粉、木薯氧化淀粉、馬鈴薯氧化淀粉使表面強(qiáng)度增加的程度相差不大,而普通淀粉應(yīng)用效果比較差。在消除表面強(qiáng)度兩面差方面,使用陽(yáng)離子淀粉的紙張表面強(qiáng)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(duì)于消除紙張表面強(qiáng)度兩面差幾乎無(wú)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(yáng)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(duì)紙張抗水性提高的幅度比陽(yáng)離子木薯淀粉低。另外,使用陽(yáng)離子木薯淀粉對(duì)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(duì)印刷適應(yīng)性的提高
選擇進(jìn)口表面施膠劑AE A6與合成的DS SS610在同等條件下進(jìn)行施膠并印刷,測(cè)試結(jié)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(jié) 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(jìn)行表面施膠,DS SS610與氧化淀粉的質(zhì)量比為2%時(shí),應(yīng)用效果最好,性價(jià)比高。
3 2 在陰離子環(huán)境、中性環(huán)境、弱陽(yáng)離子環(huán)境下,DS-SS610應(yīng)用效果較好,在強(qiáng)陽(yáng)離子環(huán)境下應(yīng)用效果差。
3 3 DS-SS610與陽(yáng)離子淀粉匹配進(jìn)行表面施膠時(shí)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(yīng)用效果較好,與普通淀粉匹配應(yīng)用效果差。
3 4 采用DS-SS610進(jìn)行表面施膠,可以明顯提高紙張的印刷適性。
參考文獻(xiàn)
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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(xué)工業(yè)出版社,2000
