不饱和造纸增强剂的研究

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随着世界造纸工业的发展,造纸用增强助剂在纸页中的应用已经越来越广泛,并且造纸用增强助剂在造纸工业中的作用也变得越来越重要。环保要求的提高,寻求一种新型、环保、节能的造纸增强剂成为造纸行业亟待解决的问题。本文立足于全新的纸页交联机理——不饱和双键通过自由基聚合在纤维间形成疏水网络结构,以限制纤维的吸水润胀,从而提高纸张强度性能,合成了带有不饱和碳碳双键的环氧树脂。本文以漂白硫酸盐阔叶木浆、漂白硫酸盐针叶木浆及废纸浆为原料,系统地研究了不饱和环氧树脂增强剂的合成及在纸页中的应用。首先,研究了不饱和造纸增强剂的合成条件。研究结果表明不饱和造纸增强剂的适宜合成条件为:在40℃的反应温度下,以单体摩尔比1:1:1加入各反应单体,反应5h。相比其他条件,此条件下反应合成的聚合物产率较高、应用效果较为理想。通过拉曼光谱、环氧值、不饱和度检测,所合成的聚合物内含有环氧基团、碳碳双键等活性基团。热重分析表明聚合物具有良好的热稳定性。通过对聚合物进行储存条件等性状分析发现,储存温度对聚合物的环氧值和应用效果均有较大的影响,室温条件下储存,环氧值含量、湿强度降低了一半以上,而在低温条件下储存,环氧值仅损失了9.10%、湿强指数降低了19.7%。其次,研究了浆料打浆度、浆料种类、聚合物用量等对不饱和造纸增强剂应用效果的影响,并对纸页的微观结构进行了分析。研究结果表明不饱和造纸增强剂应用于纸页后,能明显提高纸页的强度性能,特别是纸页的湿强性能。对湿纸页断头处进行扫面电镜分析发现,添加了增强剂的纸页,其断头主要以纤维被拉断为主,说明增强剂的加入,明显提升了纤维间结合力。接触角测定表明不饱和造纸增强剂应用于纸页后,能有效提高纸页的抗水性能,且随着用量的增加,纸页的抗水性能提升。再次,研究了不同助留助滤剂对浆料Zeta电位及不饱和造纸增强剂应用的影响。研究结果表明瓜尔胶在结构上与纤维素相类似,不仅能快速的吸附于纸浆纤维表面,而且能为纤维之间形成氢键提供羟基,是所合成的不饱和造纸增强剂较为理想的助留助滤剂。当助留剂用量为0.3%时,浆料的Zeta趋于等电点,此时,相比以阳离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺为助留剂的纸页,以瓜尔胶为助留剂的纸页的湿强度分别提升了41%、15%。最后,研究了不同固化技术对不饱和造纸增强剂应用的影响,希望能以更加环保的紫外光固化技术来替代传统的高温固化技术。研究结果表明相对于自然光固化,紫外光固化及高温固化技术可大幅度提高纸页的湿强性能,其中高温固化对纸页的湿强性能的保留更为显著。经高温固化的纸页其湿强度达到了11.5N·m/g,稍高于紫外固化所能达到的湿强度,但相比于自然光固化,经紫外固化的纸页湿强性能提升了200%。
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