（化学工艺专业论文）改性AKD施胶剂的制备及其施胶机理的研究.pdf

青岛科技大学研究生学位论文 l i i iiiii ii ii i iii ii ii il y 17 4 0 5 3 2 改性a k d 施胶剂的制备及其施胶机理的研究 摘要 a k d 施胶剂已经成为最具代表性造纸中碱性施胶剂，但是以阳离子淀粉乳化 的a k d 施胶剂易于霉变，常温保存稳定性差，容易失效，且施胶具有滞后性。 本研究的主要目的是通过制备新型的舢乳化剂，提高a k d 乳液的稳定性，改 善其成纸施胶滞后的缺点，分析a k d 施胶粒子和纤维的结合形态，探讨a i d 施 胶抗水机理，并且对a l 在中碱性造纸中进行了应用研究。 首先，研究了高取代度阳离子淀粉的均相法制备工艺。探讨了醚化剂、n a o h 、 反应温度和反应时间等对阳离子淀粉性能的影响，制得了取代度为0 2 5 2 、阳电 荷密度为1 3 l m e q v g 的高取代度阳离子淀粉。同时研究了高取代度高粘度的阳离 子瓜尔胶的半干法制备工艺，并将阳离子瓜尔胶应用于a k d 的中性施胶。 其次，探讨高阳电荷密度的阳离子聚合物型乳化剂p e i 对a k d 的乳化工艺。 结果表明：p e f a k d 质量比为l 6 、乳化体系的p h 值为3 、乳化温度7 0 、乳化 时间l om i n ，乳化后乳液的粒径和z e t a 电位分别为11 8 4n n l 和+ 5 2 1m v ，手抄片 的施胶度可达6 8s 。进行了p e i 改性a k d 乳液的中试生产，试验结果证明，p e i 改性a k d 乳液的施胶效果和熟化速度要明显优于传统阳离子淀粉乳化型a k d 乳 液。 然后，以有机概念图为理论指导，研究了细乳液聚合制备高分子聚合物的工 艺。同时通过控制单体种类和比例，探讨了高分子聚合物乳化剂的h l b 值对a k d 乳化性能的影响。结果表明，当丙烯酸十八酯、丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化 铵( 质量比) 为4 ：7 ：1 0 时，合成的高分子聚合物的h l b 值为1 7 ，聚合物对a k d 乳化性能较佳。当聚合物乳化剂用量为a k d 的8 时，施胶纸页的施胶度可达 6 3s ，下机熟化率为8 6 。 最后，探讨了a k d 施胶剂在a 聊p 浆的施胶性能，考察了阳离子聚合物和 助留体系对a k d 施胶效果的影响。结果表明，阴离子垃圾捕捉剂的最佳用量为 0 0 3 ；在乳化a k d 时添加a k d 施胶促进剂，a k d 的施胶促进作用最佳，施胶 效率提高7 6 ；醋酸盐壳聚糖和p d a d m a c 的施胶促进效果较好，当用量分别 为a k d 胶乳的0 4 和o 8 时，施胶效率提高了1 4 0 和9 7 9 ：当c p a m 和膨 润土用量分别为0 0 3 和0 4 时，浆料留着率和施胶效率分别提高了7 和 1 9 7 5 。 关键词：舢( 烷基烯酮二聚体) 施胶剂细乳液聚合乳化剂施胶增效 青岛科技大学研究生学位论文 p r e p ara t i o n o fm o d 球i e da k ds i z i n g a g e n ta n ds t u d yo ni t ss i z i n g 匝c h 枷s m a b s t r a c t a l k y lk e t e n ed i m m e r s ( a k d ) h a db e e nw i d e l yu s e da st y p i c a li n t e r n a ls i z e sf o r a l k a l i n ep a p e r m a k i n g t h ep u r p o s eo ft h i sr e s e a r c hw e r et oi m p r o v et h es t a b i l i t ya n d s i z i n ge f f i c i e n c y o fa k de m u l s i o n , r e s o l v et h ep r o b l e mo fs i z i n g l a g g i n go f a k d ，m a k ec l e a rt h es i z i n gm e c h a n i s mo fa k da n de x p a n dt h ea p p l i c a t i o na r e ao f a k di np a p e r m a k i n g t h em a i nc o n t e n tc a nb eg o ta sf o l l o w 。 f i r s t l y , t h em o d i f i c a t i o nt e c h n o l o g yo fn a t u r a lp o l y m e rw a ss t u d i e di n v o l v i n g c a t i o n i cs t a r c ha n dc a t i o n i cg u a rg u mb yh o m o g e n e o u sa n ds e m i d r ym e t h o d r e s p e c t i v e l y e f f e c to fp e r f o r m a n c eo fc a t i o n i cm o d i f i e dn a t u r a lp o l y m e ro na k d e m u l s i o na n ds i z i n gw e r ed i s c u s s e d i ti n d i c a t e dt h a tp e r f o r m a n c eo fc a t i o n i cs t a r c h c o u l ds i g n i f i c a n t l yi n f l u e n c ea k ds i z i n g , a n dc a t i o n i cg u a rg u mh a ds u p e r i o r p e r f o r m a n c et oi m p r o v ea k ds i z i n g s e c o n d l y , t h eh i 曲p o s i t i v ec h a r g ed e n s i t yp o l y m e r - - p o l y e t h y l e n e i m i n e ( p e i ) w a s u s e da se m u l s i f i e ro fa k d ，t h eo b t a i n e do p t i m u me m u l s i f yc o n d i t i o n sw e r e m p e i m a k d = i 6 ，p hv a l u ea t3 ，e m u l s i f y i n gt e m p e r a t u r ea t7 0 ca n de m u l s i f y i n g t i m elo m i n u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h ep a r t i c l es i z e sa n dz e t ap o t e n t i a lo fa k d e m u l s i o nw e r e11 8 4n l na n d + 5 2 1 m v , s i z i n gd e g r e eo f h a n ds h e e tc o u l db eu pt o6 8s b e s i d e s ，t h ea k de m u l s i o nm o d i f i e db yp e ii np i l o th a dh i g hs i z i n gd e g r e ea n df a s t c u r i n gs p e e d t h i r d l y , t h eo r g a n i cc o n c e p t i o n a ld i a g r a mw a su s e da st h e o r e t i c a lg u i d a n c e , b y a d j u s t i n gm o n o m e r st y p ea n dr a t i o ，e f f e c t o fh l bo fp o l y m e re m u l s i f i e ro n p e r f o r m a n c eo fe m u l s i f y i n ga k dw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep o l y m e r s h o w e dg o o de m u l s i f i c a t i o np r o p e r t yw h e nt h eh l bv a l u ew a s17a n dt h er a t i oo f m o n o m e r s ( a c r y l a m i d e ：o e t a d e c y la c r y l a t e ：d i a l l y d i m e t y l a m m o n i mc h l o r i d e ) w e r o 改性a k d 施胶剂的制备及其施胶机理的研究 4 ：7 ：10 ，t h es i z i n gd e g r e eo f p a p e rs i z e db ya k d e m u l s i f i e db yp o l y m e re m u l s i f i e ra t t h ed o s a g eo f8 c o u l db eu pt o6 3 s ，t h ec u r i n gy i e l do f p a p e rw a s8 6 a tl a s t ，i no r d e rt od i s c u s st h ea p p l i c a t i o no fa k d s i z i n ga g e n ti na p m pp a p e r s i z i n g , t h es i z i n gp r o m o t i o ne f f i c i e n c yo fc a t i o n i cp o l y m e r sh a db e e nc o m p a r e d a tt h e s a m et i m e ，e f f e c t so fr e t e n t i o ns y s t e mo na k ds i z i n gw e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t s h o w e dt h a ta td o s a g eo fc h i t o s a na c e t a t ew a s0 2w t t oa k d e m u l s i o n , t h es i z i n g d e g r e ec o u l di n c r e a s e14 0 h i g h e rt h a no t h e rs i z i n g - p r o m o t ea g e n t s i z i n gd e g r e ew a q b e t t e ri nd u a l - r e t e n t i o ns y s t e mt h a ni ns i n g l er e t e n t i o ns y s t e m w h e nt h ed o s a g e so f c p a ma n db e n t o n i t ew e r eo 0 3w t a n d0 4w t t of i b e r , t h ef i r s tr e t e n t i o nr a t ea n d s i z i n gd e g r e ei n c r e a s e da b o u t7 a n d19 7 5 6 r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：a k d ( a l k y lk e t e n ed i m m e r s ) s i z i n ga g e n tm i n i - e m u l s i o n p o l y m e r i z a t i o ne m u l s i f i e rs i z i n ge n h a n c e m e n t 青岛科技大学研究生学位论文 目录 前言1日l j 舌1 1 文献综述3 1 1 施胶的简介3 1 1 1 施胶的定义3 1 1 2 酸性施胶造纸向中碱性施胶造纸的转变3 1 1 3 施胶剂的分类4 1 2a k d 施胶剂5 1 2 1a k d 的制备和性质5 1 2 2a k d 的施胶机理6 1 2 3a k d 的乳化8 1 2 4a k d 施胶增效的研究9 1 2 5a k d 助留体系的研究1 0 1 3 细乳液聚合l2 1 3 1 高分子聚合物表面活性剂。1 2 1 3 2 细乳液聚合13 1 3 4 细乳液聚合的特点l4 1 3 5a k d 的乳化机理1 4 1 4 有机概念图15 1 5 本文的研究目的和主要内容16 1 5 1 本文的研究目的。l6 1 5 2 本文研究内容l6 2 天然高分子乳化改性a k d 及其在中性施胶中的应用研究1 9 2 1 引言l9 2 2 实验原料与方法1 9 2 2 1 实验原料1 9 2 2 2 实验仪器2 0 2 2 3 实验方法2 0 2 3 结果与讨论2 4 2 3 1 高取代度阳离子淀粉制备2 4 2 3 2 高取代度阳离子淀粉乳化a k d 应用及其施胶应用2 9 改性a k d 施胶剂的制备及其施胶机理的研究 2 3 3 高取代度阳离子淀粉及其改性a k d 纸页s e m 分析3 0 2 3 4 a k d 施胶促进剂阳离子瓜尔胶的制备及应用。3 3 2 3 5 纸页s e m 分析一3 9 2 4 本章结论4 0 3p e i 乳化改性a k d 乳化工艺的研究4 l 3 1 引言4 l 3 2 实验原料与方法。4 l 3 2 1 实验原料4 l 3 2 2 实验仪器4 l 3 2 3 实验方法4 l 3 - 3 结果与讨论4 2 3 3 1 p e i 改a k d 乳液乳化工艺的探讨4 2 3 3 2p e i 型a k d 乳液与市售产品效果对比4 6 3 3 3p e i 型a k d 乳液施胶纸页的s e m 分析4 7 3 4 本章结论4 9 4 细乳液聚合制备高分子聚合物乳化剂及其应用研究5l 4 1 引言5 l 4 2 实验原料与方法。5 l 4 2 1 实验原料5 1 4 2 2 实验仪器一5 2 4 2 3 实验方法5 2 4 3 结果与讨论5 4 4 3 1 聚合物高分子乳化剂制备工艺研究5 4 4 3 2 高分子乳化剂对a k d 乳化性能的研究5 8 4 3 3 高分子聚合物乳化剂的粒径和z e t a 电位分布图6 3 4 3 4 聚合物及a k d 施胶纸页s e m 分析。6 3 4 3 5 高分子聚合物在表面施胶中的应用。6 5 4 4 本章结论6 7 5 阳离子聚合物改性a k d 施胶剂在a t m p 浆中的应用6 9 5 1 弓l 言6 9 5 2 实验原料与方法6 9 5 2 1 实验原料6 9 u 青岛科技大学研究生学位论文 5 2 2 实验仪器6 9 5 2 3 实验方法6 9 5 3 阴离子垃圾捕捉剂p e i 的用量对a k d 施胶性能的影响6 9 5 4 阳离子聚合物对a k d 施胶效果的影响7 0 5 4 1 阳离子聚合物的添加方式对施胶效果的影响7 0 5 4 2 阳离子聚合物对a k d 的施胶促进效果7 l 5 5 助留体系对a k d 施胶效果的影响7 4 5 5 1 单元助留体系对a k d 施胶效果的影响7 4 5 5 2 二元助留体系对a k d 施胶效果的影响7 5 5 6 本章结论7 7 6 全文结论与创新之处7 9 6 1 全文结论7 9 6 2 本论文的创新之处8 0 6 3 展望8 0 参考文献一8 3 致谢8 7 攻读硕士学位期间发表论文情况8 9 i i i 的 点 白 纸 业 最 纸 制 往 于 水 施 断 乳 的 对 工艺也不很成熟，施胶度发展慢。因此，许多进行中性造纸的厂家，在秋冬季用 国产胶，春夏季改用进口胶，这种情况不但造成我国中性造纸厂对外国产品的依 赖性，而且影响到众多造纸厂由酸性向中性造纸的转换。 在前人研究的基础上，本课题致力于研究a k d 的专用乳化剂的合成及应用， 探讨不同的乳化剂对a k d 胶乳稳定性的影响；分析a k d 施胶滞后的原因，进一 步提高a k d 乳液的复配技术，制备和应用了a k d 的施胶促进剂，缩短a k d 的 改性a k d 施胶剂的制备及其施胶机理的研究 施胶熟化时间，采用先进的仪器和设备鉴定分析研究a k d 的施胶机理以及a k d 施胶剂与纸页纤维的结合形态，扩大其在中碱性造纸湿部的应用范围，为造纸工 业的发展奠定理论基础，具有十分重要的理论研究意义和实际应用价值。 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 施胶的简介 1 文献综述 1 1 1 施胶的定义 施胶就是对纸浆、纸页或纸板进行加工处理，使其获得抗拒流体渗透的性能， 即包括抗水、抗墨水、抗弱酸性汁、抗印刷油墨、抗油等。通常施胶就是寻找一 种具有潜在低表面自由能的物质使其均匀分布在纸张表面，并在一定工艺条件下 使其转化为低能稳定的胶膜。施胶后的纸张在强度、平滑性等方面也有提高。从 最终用途而言，大多数纸和纸板是需要施胶的，施胶度是纸张的重要物理指标， 因此施胶是造纸工艺过程中重要工序之一【3 1 。 造纸施胶基本分为两大类，即浆内施胶和表面施胶。浆内施胶是指在浆料中 加入施胶剂，抄成具有憎液性能的纸和纸板。通常浆内施胶的目的多是使纸和纸 板具有一定的抗水性，即提高产品的施胶度。浆内施胶剂的种类很多，按原料分 有松香胶、石蜡胶、沥青胶、石油树脂胶、合成胶等。其中以松香胶使用最为广 泛，但国际上目前合成胶料的发展很快，使用量也在逐年上升。 表面施胶是指施胶剂加到纸的表面上，使施胶剂与纸体黏结，在纸面上附着 一层近乎连续的薄膜或在其表面上涂上一层施胶剂，取得憎液性能或其他性能。 常用的表面施胶剂有改性淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、动物胶、石蜡胶、松 香胶等。 1 1 2 酸性施胶造纸向中碱性施胶造纸的转变 进入2 0 世纪9 0 年代后，作为造纸主要原料的木材资源日渐缺乏，纸和纸 张价格飞涨。同时，人们对于纸张白度的要求越来越高，二氧化钛( t i 0 2 ) 价格昂 贵，供应紧张。造纸用碳酸钙多来自白垩，其中含有少量c a o ，加填系统p n 值 为7 左右。从降低成本考虑，加廉价的碳酸钙生产低成本纸势在必行。 由于在酸性条件下纤维素易水解，对纸张的强度有不良影响，导致纸或纸 板的耐久性差，物理性能尤其是耐破度及撕裂度差；酸性施胶使用松香胶施胶剂， 必须要加入硫酸铝，加入过多的矾土会使得纸页发脆，强度降低。另外，酸性造 纸会导致水中t d s ( 总溶解固形物含量) 和c o d ( 化学耗氧量) 指标过高，引起严重 的环境污染。再者酸性施胶条件下，也容易引起设备的腐蚀，酸性施胶造纸向中 碱性施胶造纸已经成为发展的必然趋势。 3 改性a k d 施胶剂的制备及其施胶机理的研究 1 1 3 施胶剂的分类 李刚辉、沈一丁等【4 】认为根据施胶剂与纤维结合原理，可将中性施胶剂分为 三类：附着型、反应型和自定型。 1 1 3 1 附着型中性施胶剂 附着型中性施胶剂主要有阴离子分散松香胶、阳离子分散松香胶以及石蜡类 施胶剂，该类型的施胶剂都需要添加助留剂进行留着。 阴离子乳液松香胶的施胶机理：在纸浆体系中，添加的阴离子松香胶，与加 入的正电性的物质发生反应，呈现正电性，从而依靠静电引力吸附到纸浆纤维上。 吸附作用发生后，分散性的正电性松香粒子较为均匀地分布在纤维表面。进入干 燥部，正电性较低的松香粒子的疏水基、亲水基转向定位。通常情况下，松香粒 子在干燥部借助于铝离子实现固着，完成施胶【5 1 。 1 1 3 2 反应型中性施胶剂 反应型中性施胶剂能够与纤维素上羟基直接发生反应生成羰基酯键，所形成 的共价键比离子键具有更强的疏水性，本身又带有长而直的碳氢链，故施胶度可 以显著提高。反应型施胶剂有a k d ( a l k y lk e t e n ed i m m e r ) 、a s a ( a l k e n y ls u e e i n i c a n h y d r i d e s ) 和s a a ( s t e a r i ca c i da n h y d r i d e ) 及其他种类。 1 9 4 8 年，美国h e r c l u e s 公司发明烷基烯酮二聚体( 简称a k d ) ，1 9 5 6 年建 厂投产。1 9 5 7 年供应a k d 型中性胶乳液( 商品名a q u a p e l ) ，并于1 9 5 7 年和1 9 6 0 年分别首次用于生产优质纸和奶瓶用纸板中。与任何浆内施胶剂相同，a k d 胶也 应具备：疏水基、留着保留、均匀分布、转向定位并与纤维价键结合的几点基本 要求。 通常认为a s a 含有疏水基和反应性烷基羧酸酐，将a s a 施胶体系加入到纸 浆中后，这种反应性烷基羧酸酐能够与纤维素中的羟基生成共价键，分子中的长 碳链烯基具有较好的疏水性，可以产生施胶作用。同时，a s a 也可以与纸浆体系 中的水在一定程度上发生反应，生成油状液体水解物，对施胶度产生负面影响。 应该指出，由于a s a 在水解过程中生成二元酸黏状沉淀物，对抄纸过程造 成不良的影响。添加一定量( o 5 ) 的硫酸铝后，铝离子与水解的二元酸生成铝盐， 可以减少黏状沉淀物的形成【6 1 。 1 1 3 3 自定型中性施胶剂 自定型中性施胶剂这类施胶剂分子中导入季铵盐的四价铵离子，带有正电 荷，胶料在分子的静电作用下自动地吸附到纤维表面上而实现留着，也无需硫酸 铝作沉淀剂。而且施胶速率较反应型施胶剂大，由于本身为高分子阳离子表面活 性剂，无需乳化或只加入少量乳化剂即可分散于水中。自定型中性施胶剂一般有 4 青岛科技大学研究生学位论文 阳离子树脂型和阳离子聚合型之分。 阳离子树脂型施胶剂一般在石油树脂长链上引入阳离子基，通常是由具有一 定碳链长度的含有羧基或酸酐的脂肪酸类和由石油树脂合成的酸酐类，与含有仲 胺、叔胺和多胺化合物反应，生成酰胺和亚酰胺，然后使用烷基化试剂，使仲胺 转为叔胺盐，或叔胺转为季铵盐。其典型产品的结构式为： 图1 1 阳离子树脂型施胶剂的结构式 h g 1 1s t r u c t u r eo ft y p i c a lc a t i o n i cr e s i ns i z i n g 阳离子聚合型施胶剂一般由疏水性单体与阳离子单体共聚，然后对阳离子中 心进一步烷基化而得。常见的有表氯醇与疏水性单体和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯 共聚物、苯乙烯与马来酸酐共聚物和多乙撑多胺反应制得的阳离子化聚合物等， 其典型产品的结构式为： 0x l l | 彤 r - - c - - o 一( c h 2 ) n n 9 0 0 图2 2 l 粘度稳定剂用量对阳离子瓜尔胶性能的影响 f i g 2 - 2 1e f f e c to f d o s a g eo f v i s c o s i t ys t a b i l i z e r0 1 1p e r f o r m a n c eo f c g g 青岛科技大学研究生学位论文 注：加料方式1 ，改变粘度稳定剂的用量，其余同上 2 4 4 6 反应温度对阳离子瓜尔胶性能的影响 o 2 5 o 2 型0 1 5 甾0 1 0 0 5 o 6 57 07 5 反应温度 0 0 0 5 0 0 0 0 0 d e - ) 5 0 0 0 0 0 凳 蒜 0 0 图2 2 2 反应温度对阳离子瓜尔胶性能的影响 f i g 2 - 2 2e f f e c to f t e m p e r a t u r e o np e r f o r m a n c eo f c g g 注：加料方式1 ，改变体系反应温度，其余同上 由上图2 2 2 可以看出，在其他物料条件相同的情况下，随着反应温度的升高， 阳离子瓜尔胶的取代度逐渐增加，粘度增加至最大值后下降。这是因为升高反应 温度，醚化反应速率加快，提高反应效率；同时也有利于瓜尔胶颗粒在碱性介质中 的适度膨胀性，有利于醚化反应的进行。但是反应温度过高，也加快了碱对瓜尔 胶分子的降解，粘度下降。因而实验确定较佳的反应温度为6 5 。 2 3 4 7 阳离子瓜尔胶的添加方式对a k d 施胶促进作用的影响 ( 1 ) 向浆内加入a k d 乳液搅拌9 0 s 后，加入c g g 溶液，继续搅拌分散6 0s 后，抄片。 ( 2 ) 准确称取一定量的a k d 乳液，按照一定量的配比与浓度为0 0 0 1 9 m l 的 c g g 溶液按照一定得比例混合均匀后，添加至浆内。 ( 3 ) 将c g g 配成一定浓度的溶液( 浓度小于0 0 5 9 m l ) ，预热至7 0 ，在乳 化a k d 的过程中添加。 由图2 2 3 对比三种加入方式可以看出，加入方式对a k d 施胶有明显的影响。 将a k d 乳液与阳离子瓜尔胶溶液简单混合后施胶，施胶效果最差：将阳离子瓜 尔胶在乳化a k d 时添加，施胶效果最佳( 下机施胶度高达8 3 s ) 。而将a k d 乳 液和阳离子瓜尔胶先后加入浆内施胶效果介于两者之间。造成这种现象的原因可 能是a k d 胶粒与阳离子瓜尔胶的结合方式不同，阳离子瓜尔胶是直链型的大分 子结构，与纤维的亲和性非常好，但与a k d 的阳电荷胶粒相互排斥，将a k d 乳 液与阳离子瓜尔胶简单混合后施胶，或者将阳离子瓜尔胶与a k d 先后加入浆内， 会明显加强这种电荷互相排斥的作用，导致a k d 在纤维上的留着降低。而乳化 3 7 改性a k d 施胶剂的制备及其施胶机理的研究 a k d 时添加阳离子瓜尔胶的溶液，利用激烈的高剪切可以将两者进行乳化，提高 了a k d 胶粒表面的阳电荷密度，更容易在纤维上留着，因而施胶效果最佳。 bc f e e d i n gw a s y 图2 2 3 添加方式对c g g 施胶促进效果的影响 f i g 2 - 2 3e f f e c to ff e e d i n gw a yo fc g go ns i z i n gd e g r e e 注：c g g 用量为a k d 胶乳的0 5 ，熟化时间分别为5r a i n ，1 0m i n 2 3 4 8 阳离子瓜尔胶的用量对a k d 施胶促进作用的影响 0 0 2 0 40 60 8l d o s a g eo f c f o g 图2 2 4c g g 用量对其施胶促进效果的影响 f i g 2 - 2 4e f f e c to fd o s a g eo fc g go l ls i z i n gd e g r e e 注：a k d 施胶纸页的熟化条件为1 0 5 c ，熟化时间分别为5m i n 1 0m i n 由图2 2 4 可以看出，随着施胶促进剂用量的增加，纸页的施胶度明显升高， 当阳离子瓜尔胶用量为o 7 时，纸页的抗水性能最佳。阳离子瓜尔胶是直链结构， 所以瓜尔胶的活性基团比阳离子淀粉更容易与纤维接近，并为纤维之间形成氢键 结合提供大量的羟基，从而能够有效促进纤维之间的结合；同时它能以强的微絮 聚的方式，像润滑剂一样使纤维表面平滑，使纤维滑过时不缠结。在乳化过程中 印的加踯柏加o l l au耸u口iilz另 加加0 ；l 青岛科技大学研究生学位论文 添加阳离子瓜尔胶，避免了两种阳电荷物质的相互排斥作用，有助于提高a k d 胶粒表面的z e t a 电位，这使得a k d 胶粒借助于阳离子瓜尔胶与纤维的亲和性， 提高了在纤维表面的留着率，因而随着阳离子瓜尔胶用量的增大，纸页的抗水性 能提高，但是当阳离子瓜尔胶用量过大时，胶粒的留着被过多的阳离子瓜尔胶所 阻碍，施胶度下降。因而阳离子瓜尔胶作为施胶促进剂较佳的添加量为a k d 胶 乳的0 7 。 2 3 5 纸页s e m 分析 为了更直观地了解阳离子瓜尔胶对a k d 的施胶增效机理，我们用s e m 扫 描了添加了施胶促进剂阳离子瓜尔胶，经a k d 施胶的纸张，纸页的s e m 如图 2 2 5 和2 2 6 所示。 由图2 2 5 和2 2 6 可以看出，阳离子瓜尔胶作为a k d 的施胶促进剂加入后， 纸页的纤维表面被很多粘连的膜覆盖，而未添加阳离子瓜尔胶的施胶纸页没有这 种现象，其可能的原因是阳离子瓜尔胶的大分子结构可以有效地提高a k d 胶粒 的留着，并且抑制a k d 在纸页未干条件下发生的水解反应，促使a k d 胶粒在纤 维上铺展成膜，有效地提高a k d 的施胶效率。 图2 2 5 经阳离子淀粉乳化型a k d 施胶纸页的s e m ( 未添加阳离子瓜尔胶) f i g 2 2 5s e mo f p a p e rs i z e db y c a t i o n i cs t a r c hm o d i f i e da k dw i t h o u tc g g 3 9 改性a k d 施胶剂的制备及其施胶机理的研究 图2 2 6 经阳离子淀粉乳化型a k d 施胶的纸页的s e m 图( 添加阳离子瓜尔胶) f i g 2 - 2 6s e mo f p a p e rs i z e db yc a t i o n i cs t a r c hm o d i f i e da k d 、j i r i n lc c - g ) 2 4 本章结论 本章详细探讨了两种天然高分子的改性工艺，分别以均相法和半干法制备得 到阳离子改性物，并进行了应用研究，得出以下结论： ( 1 ) 以木薯淀粉为原料，3 氯2 羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂，采用湿法 合成高取代度阳离子均相淀粉的最佳工艺条件为：醚化剂为淀粉质量的3 6 时， n a o h 醚化剂的摩尔比为1 1 ：l ，反应温度8 5 ，反应时间4h ，此时取代度为0 2 5 2 ， 阳电荷密度为1 2 6m e q v g 。 ( 2 ) 以高取代度阳离子淀粉作为a k d 的乳化剂，当阳离子淀粉的取代度为 0 3 1 时，阳离子淀粉与a k d 乳化比例为1 ：1 时，可以得到稳定性能和施胶性能良 好的a k d 施胶乳液。而且随着阳离子淀粉取代度的增加，所得a k d 乳液施胶效 果增加。 ( 3 ) 实验得到了阳离子瓜尔胶的较佳制备工艺：碱化用碱量为1 5 ，醚化 剂用量为4 0 ，醚化剂碱摩尔比为1 ：1 1 ，粘度稳定剂用量为3 ，在6 5 下反 应时间3 小时，可得到取代度为o 1 7 ，含氮量 1 9 ，粘度为2 8 7 0m p a s 的阳 离子瓜尔胶。 ( 4 ) 阳离子瓜尔胶作为a k d 的施胶促进剂，加入方式会影响其对a k d 的 施胶促进效果，采用乳化a k d 时添加施胶促进效果较好，用量为a k d 胶乳的 0 7 时施胶促进效果达到最佳。 青岛科技大学研究生学位论文 3 1 引言 3p e i 乳化改性a k d 乳化工艺的研究 聚乙烯亚胺是一种高阳电荷的聚合物，在造纸中应用可作为增强剂、阴离子 垃圾捕捉剂和助留助滤剂 4 9 - 5 0 ，但是以聚乙烯亚胺( p e i ) 为乳化剂乳化a k d 的 研究未见报道。p e i 具有亲水亲油基团，而且含有的高阳电荷密度有助于增进乳 液的稳定性和乳液粒子在纤维上的保留，本章节主要探讨以p e i 为a k d 乳化剂 的乳化工艺，并对p e i 改性a k d 乳液进行施胶应用对比。 3 2 实验原料与方法 3 2 1 实验原料 蒸馏水：实验室自制； a k d 蜡粉：苏州天马医药集团精细化学品有限公司； 漂白阔叶木浆：( 干度：2 1 7 1 ，打浆度：3 7 0 s r ) ： 碳酸钙：4 0 0 目，取自寿光北海粉体厂； 聚乙烯亚胺：武汉强龙化工新材料有限责任公司。 3 2 2 实验仪器 同2 2 2 实验仪器所述。 3 2 3 实验方法 3 2 3 1a k d 施胶乳液的制备 首先将a k d 蜡粉在水浴中加热熔融，预热水( 加入酸调节p h 值) 和聚乙 烯亚胺溶液。待a k d 全部熔融完毕后，将预热好的聚乙烯亚胺溶液缓慢加入到 熔融的a k d 中，高速剪切搅拌lm i n 后，加入剩余的水，继续高速剪切搅拌( 9 0 0 0 r p m ) 一定时间后快速冷却、出料。 3 2 3 2 乳液粒径的测定 将a k d 乳液用去离子水稀释至0 0 1 浓度后，使用粒径仪测定乳液的粒径。 3 2 3 3 分散性 分散性分为五个等级，一级最好，五级最差。 一级：将蜡乳液滴入水中，能迅速地分散成带蓝色荧光雾状分散液，稍加搅 拌后成蓝色或苍白色透明溶液。 4 1 改性a k d 施胶剂的制备及其施胶机理的研究 二级：将蜡乳液滴入水中，能迅速分散成蓝白色带荧光的分散液，稍加搅拌 后成蓝色半透明溶液。 三级：将蜡乳液滴入水中， 稍带荧光的不透明乳液。 四级：将蜡乳液滴入水中， 明的乳液。 呈白色云雾状或条状分散液，搅动后得到乳白色 呈大颗粒浮在水面，搅动后仍能成为乳白色不透 五级：将蜡乳液滴入水中，呈大颗粒浮在水面，搅动后虽能乳化，但立即发 生分层，蜡上浮。 3 2 3 4 稳定性 将样品放置在2 5 0 的水浴锅中，密封，记录产生漂油，结块，分层现象的时 间。 3 2 3 5a k d 乳液粘度的测定 取15 0m l 乳液倒入小烧杯中，表观粘度采用n d j 5 型旋转粘度计在3 0 ( 2 下 测